银铜扩散焊接方法及焊接装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子、光电子领域封装技术，特别是针对高功率系统包括功率型电子元器件、半导体激光器、固体激光器系统中热源制冷所需要的紫铜(或无氧铜)散热基座或热沉的制备过程中采用的焊接方法及焊接装置。
【背景技术】
[0002]高功率系统中热源往往会产生很多废热，如半导体激光器中的有源区，固体激光器的增益介质(晶体)等等，这些热需要通过合理的散热路径耗散掉，否则会影响整个系统的性能，采用高导热材料如紫铜、无氧铜做为基座或热沉对热源进行液体对流传导制冷是常用的方法之一。为了形成液体制冷通道就会涉及到焊接，通常采用各种规格的银铜焊条、焊丝、焊片等。利用氢氧焰或乙炔焰对热沉或基座整体进行加热，然后在堵头部位进行焊接。焊接温度控制在600摄氏度附近，焊接过程中需要有助焊剂参与。这种焊接方法适用于基座和热沉体积较大，水道尺寸较大，设计简单的情况。随着散热能力需求不断提高而且热沉体积不断缩小，在水道设计中常常会引入微通道的概念，这种散热通道尺度大约在10um左右，而承载微通道的热沉又比较单薄，如果继续使用通常的银铜焊接方法，会在焊接的过程中使微通道变形甚至熔化，而且焊接后容易引入针孔或漏焊部位，出现漏水。此外由于微通道结构尺寸较小，在焊料融化后会对其产生“虹吸”现象，造成微通道堵塞。
[0003]本发明是针对这一应用需求，提出了一种新型的银铜扩散焊接方法及其使用的焊接装置。利用该方法和焊接装置可以将多层薄片热沉或者带有微型散热图形的热沉焊接在一起，主要应用于功率型电子元器件、激光器或者光学增益介质的制冷过程中使用的通水热沉及基座的焊接。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提出了一种新型的银铜扩散焊接方法及焊接装置，主要是针对功率型电子元器件、激光器或者光学增益介质的制冷过程中使用的通水热沉及基座的焊接。
[0005]为达到上述目的，本发明提供了一种银铜扩散焊接焊接方法包括:
[0006]A、对所有要焊接的零件进行化学清洗，去除油污、氧化层；
[0007]B、在特定零件表面涂覆一层银；
[0008]C、将所有要焊接的零件按顺序排列好，放在焊接装置上夹紧，重复的热沉之间用石墨片进行隔离，焊接装置上有弹簧，通过螺块进行力量调节；
[0009]D、将装好热沉的整个夹具放入用熔融石英玻璃制成的炉膛内进行充惰性气体或者氢气保护，数分钟后对炉膛进行升温至800摄氏度左右，恒温1-5分钟，然后自然冷却至室温;
[0010]E、卸下所需的零件，由于高温下银铜分子相互扩散，形成合金层，零件将会焊接在一起;
[0011]F、关闭气体阀门，卸下焊接好的零件，进行试水、机械加工整形等后序工艺。
[0012]本发明还提供了该银铜扩散焊接焊接方法所使用的焊接装置，包括左堵头；支撑座；夹块；顶杆；导向支撑；壳体；簧座；簧芯；簧；右堵头；导向丝堵；旋紧螺母。该装置采用不锈钢材料制成。
[0013]上述方案中，零件指的是组成散热体(热沉或基座)的各个机械加工件，至少包括两件，零件的材料为紫铜或者无氧铜；
[0014]上述方案中，所有零件均必须进行严格化学清洗，表面无油污、氧化层，否则影响焊接质量；化学清洗包括使用三氯乙烯进行去油污处理，使用酸性溶液如硝酸:磷酸=I: 10溶液进行去除表面氧化物和抛光处理；
[0015]上述方案中，特定零件指的是组成散热体的、其上没有散热图形(如散热肋片、微沟道等)的机械加工件；
[0016]上述方案中，散热体焊接后内部应具有液体流动的通道，一个进水口和一个出水口，除了液体通道之外的不规则面积为焊接面；
[0017]上述方案中，组成散热体的零件中至少有一件上具有特征尺度较小(100um-500um)、精细的图形，如散热肋片、散热通道等；
[0018]上述方案中，零件表面镀银借助电镀工艺进行，镀层厚度为I?2um ;
[0019]上述方案中，焊接装置中的左堵头、导向支撑、右堵头与壳体采用氩弧焊的方式连接在一起；
[0020]上述方案中，被焊接部件放置在支撑座组件上，由压块压紧；
[0021]上述方案中，可以通过调节导向丝堵和旋紧螺母对被焊接部件的压力进行调节；
[0022]上述方案中，支撑座组件和压块可以根据被焊接的散热体的形状、尺寸进行更换设计；
[0023]上述方案中，左堵头、顶杆、导向支撑、簧座、簧芯、右堵头、导向丝堵和旋紧螺母均为同轴的，保证了施加在被焊接部件上的由右向左正向均匀压力；
[0024]上述方案中，熔融石英制成的炉膛为一端开放，一端闭合的管状器皿，至少包括一个进气口，一个堵头；
[0025]上述方案中，在焊接前20分钟、焊接过程中、焊接结束冷却到室温过程中通过炉膛的进气口对内部进行充气，保护被焊接部件在高温过程中不会发生氧化；
[0026]上述方案中，焊接过程中采用惰性气体或者还原气体进行保护，气体流量控制在0.1升/分钟；
[0027]上述方案中，对熔融石英管进行加热升温借助常规电阻加热的工艺；
[0028]上述方案中，焊接温度一般为800度左右，但由于焊接热沉体积不同，以及炉膛内不同位置的温度不同，所以需要根据实际情况进行调节；
[0029]上述方案中，一次可以焊接多个热沉，为了避免热沉之间、热沉与不锈钢支撑座和压块之间相互粘接，采用石墨片进行隔离。
[0030]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0031]第一，避免了在焊接过程中热沉或基体整体产生氧化；
[0032]第二，不会使微型散热结构产生变形；
[0033]第三，扩散焊接采用了电镀银层的工艺，可以对银层的厚度和均匀性进行很好的控制，从而可以控制银铜合金的厚度，不会产生漏焊或堵塞现象，焊接成品率和焊接质量得到很大提尚;
[0034]第四，由于银铜合金的机械强度要比纯铜高，可以提高热沉整体的可靠性。
[0035]本发明提供的这种银铜扩散焊接的方法，可以对具有精细图形、微型通道的不规则的两片或多片零件进行焊接形成散热热沉或基座，具有方法简单、焊接成品率高、焊接质量和可靠性好的优点，是采用其他常规的焊接方法无法实现的。
【附图说明】
[0036]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明，其中:
[0037]图1是银铜扩散焊接方法流程图；
[0038]图2是焊接用装置图；
[0039]图3是实施例中被焊接部件示意图；
[0040]图4是实施例中热沉示意图；
[0041]附图标记说明:
[0042]1:左堵头；2:支撑座组件；3:被焊接件部件；4:夹块