銀銅擴散焊接方法及焊接裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子、光電子領域封裝技術，特別是針對高功率系統包括功率型電子元器件、半導體激光器、固體激光器系統中熱源制冷所需要的紫銅(或無氧銅)散熱基座或熱沉的制備過程中采用的焊接方法及焊接裝置。
【背景技術】
[0002]高功率系統中熱源往往會產生很多廢熱，如半導體激光器中的有源區，固體激光器的增益介質(晶體)等等，這些熱需要通過合理的散熱路徑耗散掉，否則會影響整個系統的性能，采用高導熱材料如紫銅、無氧銅做為基座或熱沉對熱源進行液體對流傳導制冷是常用的方法之一。為了形成液體制冷通道就會涉及到焊接，通常采用各種規格的銀銅焊條、焊絲、焊片等。利用氫氧焰或乙炔焰對熱沉或基座整體進行加熱，然后在堵頭部位進行焊接。焊接溫度控制在600攝氏度附近，焊接過程中需要有助焊劑參與。這種焊接方法適用于基座和熱沉體積較大，水道尺寸較大，設計簡單的情況。隨著散熱能力需求不斷提高而且熱沉體積不斷縮小，在水道設計中常常會引入微通道的概念，這種散熱通道尺度大約在10um左右，而承載微通道的熱沉又比較單薄，如果繼續使用通常的銀銅焊接方法，會在焊接的過程中使微通道變形甚至熔化，而且焊接后容易引入針孔或漏焊部位，出現漏水。此外由于微通道結構尺寸較小，在焊料融化后會對其產生“虹吸”現象，造成微通道堵塞。
[0003]本發明是針對這一應用需求，提出了一種新型的銀銅擴散焊接方法及其使用的焊接裝置。利用該方法和焊接裝置可以將多層薄片熱沉或者帶有微型散熱圖形的熱沉焊接在一起，主要應用于功率型電子元器件、激光器或者光學增益介質的制冷過程中使用的通水熱沉及基座的焊接。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提出了一種新型的銀銅擴散焊接方法及焊接裝置，主要是針對功率型電子元器件、激光器或者光學增益介質的制冷過程中使用的通水熱沉及基座的焊接。
[0005]為達到上述目的，本發明提供了一種銀銅擴散焊接焊接方法包括:
[0006]A、對所有要焊接的零件進行化學清洗，去除油污、氧化層；
[0007]B、在特定零件表面涂覆一層銀；
[0008]C、將所有要焊接的零件按順序排列好，放在焊接裝置上夾緊，重復的熱沉之間用石墨片進行隔離，焊接裝置上有彈簧，通過螺塊進行力量調節；
[0009]D、將裝好熱沉的整個夾具放入用熔融石英玻璃制成的爐膛內進行充惰性氣體或者氫氣保護，數分鐘后對爐膛進行升溫至800攝氏度左右，恒溫1-5分鐘，然后自然冷卻至室溫;
[0010]E、卸下所需的零件，由于高溫下銀銅分子相互擴散，形成合金層，零件將會焊接在一起;
[0011]F、關閉氣體閥門，卸下焊接好的零件，進行試水、機械加工整形等后序工藝。
[0012]本發明還提供了該銀銅擴散焊接焊接方法所使用的焊接裝置，包括左堵頭；支撐座；夾塊；頂桿；導向支撐；殼體；簧座；簧芯；簧；右堵頭；導向絲堵；旋緊螺母。該裝置采用不銹鋼材料制成。
[0013]上述方案中，零件指的是組成散熱體(熱沉或基座)的各個機械加工件，至少包括兩件，零件的材料為紫銅或者無氧銅；
[0014]上述方案中，所有零件均必須進行嚴格化學清洗，表面無油污、氧化層，否則影響焊接質量；化學清洗包括使用三氯乙烯進行去油污處理，使用酸性溶液如硝酸:磷酸=I: 10溶液進行去除表面氧化物和拋光處理；
[0015]上述方案中，特定零件指的是組成散熱體的、其上沒有散熱圖形(如散熱肋片、微溝道等)的機械加工件；
[0016]上述方案中，散熱體焊接后內部應具有液體流動的通道，一個進水口和一個出水口，除了液體通道之外的不規則面積為焊接面；
[0017]上述方案中，組成散熱體的零件中至少有一件上具有特征尺度較小(100um-500um)、精細的圖形，如散熱肋片、散熱通道等；
[0018]上述方案中，零件表面鍍銀借助電鍍工藝進行，鍍層厚度為I?2um ;
[0019]上述方案中，焊接裝置中的左堵頭、導向支撐、右堵頭與殼體采用氬弧焊的方式連接在一起；
[0020]上述方案中，被焊接部件放置在支撐座組件上，由壓塊壓緊；
[0021]上述方案中，可以通過調節導向絲堵和旋緊螺母對被焊接部件的壓力進行調節；
[0022]上述方案中，支撐座組件和壓塊可以根據被焊接的散熱體的形狀、尺寸進行更換設計；
[0023]上述方案中，左堵頭、頂桿、導向支撐、簧座、簧芯、右堵頭、導向絲堵和旋緊螺母均為同軸的，保證了施加在被焊接部件上的由右向左正向均勻壓力；
[0024]上述方案中，熔融石英制成的爐膛為一端開放，一端閉合的管狀器皿，至少包括一個進氣口，一個堵頭；
[0025]上述方案中，在焊接前20分鐘、焊接過程中、焊接結束冷卻到室溫過程中通過爐膛的進氣口對內部進行充氣，保護被焊接部件在高溫過程中不會發生氧化；
[0026]上述方案中，焊接過程中采用惰性氣體或者還原氣體進行保護，氣體流量控制在0.1升/分鐘；
[0027]上述方案中，對熔融石英管進行加熱升溫借助常規電阻加熱的工藝；
[0028]上述方案中，焊接溫度一般為800度左右，但由于焊接熱沉體積不同，以及爐膛內不同位置的溫度不同，所以需要根據實際情況進行調節；
[0029]上述方案中，一次可以焊接多個熱沉，為了避免熱沉之間、熱沉與不銹鋼支撐座和壓塊之間相互粘接，采用石墨片進行隔離。
[0030]與現有技術相比，本發明的有益效果在于:
[0031]第一，避免了在焊接過程中熱沉或基體整體產生氧化；
[0032]第二，不會使微型散熱結構產生變形；
[0033]第三，擴散焊接采用了電鍍銀層的工藝，可以對銀層的厚度和均勻性進行很好的控制，從而可以控制銀銅合金的厚度，不會產生漏焊或堵塞現象，焊接成品率和焊接質量得到很大提尚;
[0034]第四，由于銀銅合金的機械強度要比純銅高，可以提高熱沉整體的可靠性。
[0035]本發明提供的這種銀銅擴散焊接的方法，可以對具有精細圖形、微型通道的不規則的兩片或多片零件進行焊接形成散熱熱沉或基座，具有方法簡單、焊接成品率高、焊接質量和可靠性好的優點，是采用其他常規的焊接方法無法實現的。
【附圖說明】
[0036]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明，其中:
[0037]圖1是銀銅擴散焊接方法流程圖；
[0038]圖2是焊接用裝置圖；
[0039]圖3是實施例中被焊接部件示意圖；
[0040]圖4是實施例中熱沉示意圖；
[0041]附圖標記說明:
[0042]1:左堵頭；2:支撐座組件；3:被焊接件部件；4:夾塊