一种在管壳上共晶焊接大基板的方法与流程

本发明属于大基板的焊接技术领域，具体涉及一种在管壳上共晶焊接大基板的方法。

背景技术：

真空共晶焊接技术是近几年来出现的一种利用共晶合金的特性实现芯片与基板、基板与管壳、盖板与壳体的焊接。由于共晶焊片要比导电胶具有更好的导热特性和导电特性，而且随着微电子集成产品功率的增加，越来越多的基板需要采用共晶焊接代替导电胶粘接来实现与镀金管壳的互联。

真空共晶焊接属于热板加热方式，在焊接芯片等比较小的元器件时往往能获得很好的焊透率(焊透率一般能达到90％以上)，但在把大基板(基板的大小在3cm×3cm以上)焊接在管壳时，由于热板的热容量不够大从而大概率会造成焊接完成后的空洞率过大(焊接的空洞率在50％左右)，导致焊接不满足国军标的焊接要求。因此，如何在把大基板焊接在管壳时保证焊接的空洞率控制在20％以内是我们研究的一个重点。

在国内外中，一方面是通过加大焊片的厚度来完成大基板与管壳在焊接后保持空洞率低的要求，但采用此种方法由于焊片的价格昂贵必然会导致焊接的成本高，而且具有不可适用性；另一方面通过真空汽相再流焊的方法来完成此类镀金大基板在管壳上的焊接，但真空汽相再流焊的设备昂贵，而且一种真空汽相再流焊炉只能对应一种材料的焊料，因此使用的局限性很大。

因此，在把大基板共晶焊接在镀金管壳时，急需开发一种简单的方法，从而有效的解决大基板焊接在管壳上空洞率高的问题。

在关于把大基板共晶焊接在管壳上，专利文件名称为一种真空共晶焊接方法(公开号：102528194A)的中国专利，公开了一种采用高温石墨板的工装夹具，并且在石墨板上铣洗若干个槽，槽中通过放置精密的不锈钢插针的方法，通过槽来实现对管壳和大基板的固定，此种方法虽然能实现大基板在管壳上的焊接。此种方法也是目前在管壳上焊接大基板普遍采用的方法。但此种方法的缺点是一方面是大基板在壳体上焊接完成后，空洞率很高，焊接的空洞率一般很高(超过50％)；另一方面，采用此种方法制备夹具不具备适用性，一种大基板需要对应一种夹具，成本高，而且制作时间周期长。

专利文件名称为微波基板与壳体的焊接工艺及其焊接机构(公开号：104125722A)的中国专利，公开了微波基板与壳体的焊接工艺，采用了微波基板开通孔与壳体加工出对应的柱体的方式来实现两者的焊接。

还公开了在采用微波基板开通孔与壳体加工出对应的柱体的方式来实现两者的焊接，但此种方法的缺点就是要对大基板和壳体要做有损破坏；另一方面，要求大基板的通孔和管壳的柱体要在位置对应上十分准确，在加工上有困难。

因此，需要开发一种新的简单易行的在管壳上实现对大基板的焊接，不仅能够实现在焊接的过程中保证管壳和大基板不错位，而且要求焊接的空洞率必须控制在20％以内，整个过程的制作要求简单低廉，并且要有很高的适用性。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述不足，提出了一种将大基板的膜层光刻成网格结构后通过焊接夹具依次将管壳、焊片及大基板固定后，放入共晶炉中进行焊接，实现大基板与管壳的焊接，保证焊接的过程中管壳和大基板不错位，提高焊接的焊透率，将焊接的空洞率控制在20％以内的一种在管壳上共晶焊接大基板的方法。

本发明具体采用如下技术方案：

一种在管壳上共晶焊接大基板的方法，具体按如下顺序进行：

步骤一：根据大基板的规格选择合适的光刻掩膜板；

步骤二：对大基板的一侧电镀膜层；

步骤三：采用光刻机和光刻掩膜版对大基板的膜层进行光刻处理，获得网格状的大基板，其中网格为1.9mm×1.9mm的方格阵列，方格的间距为0.1mm，方格在光刻掩膜板中为不透光部分，间距为透光部分；

步骤四：采用焊接夹具将管壳、焊片和网格状的大基板固定后置于共晶炉中进行焊接，焊接夹具上开有凹槽，将管壳、焊片和网格状的大基板固定于凹槽中，凹槽的深度大于管壳、焊片和网格状的大基板的厚度之和；

步骤五：将焊接完成后的网格状的大基板进行焊接效果检验。

优选地，所述步骤二中电镀的膜层为镍/金电镀层，其中镀镍层的厚度为5μm，镀金层的厚度为1.27μm。

优选地，所述步骤三中，大基板通过光刻处理后，方格处的膜层仍然为镍5μm/金1.27μm，间距的镀层为镍5μm。

优选地，所述步骤四中的焊接夹具采用铝合金材料，具有良好的导热性。

优选地，所述焊片为金锡合金预成型焊片，金锡合金预成型焊片的厚度为34μm，焊接的温度为350℃，焊接的时间为60s。

优选地，所述步骤五中，采用X射线对网格状的大基板的焊接空洞率进行检验。

本发明具有的有益效果是：在焊接的过程中通过焊接夹具凹槽的固定，保证了管壳和大基板不错位，大基板光刻成网格状结构，提高焊接的焊透率，焊接的过程中空洞率控制在了20％以内，解决了大基板在管壳中焊接空洞率高的问题，提高了大基板在管壳中的共晶焊接的成品率，整个过程的制作简单低廉，并且具有很高的适用性。

附图说明

图1为该在管壳上共晶焊接大基板的方法的流程图；

图2为该在管壳上共晶焊接大基板的方法的工装示意图；

图3为光刻成网格状的大基板的结构示意图。

图4为焊接夹具结构示意图。

其中，1为网格状的大基板，2为焊片，3为管壳，4为焊接夹具，5为凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：

如图1-4所示，一种在管壳上共晶焊接大基板的方法，具体按如下顺序进行：

步骤一：根据大基板的规格选择合适的光刻掩膜板；基板的尺寸一般在3cm×3cm以上。

步骤二：对大基板的一侧电镀膜层；

步骤三：采用光刻机和光刻掩膜版对大基板的膜层进行光刻处理，获得网格状的大基板1，其中网格为1.9mm×1.9mm的方格阵列，方格的间距为0.1mm，方格在光刻掩膜板中为不透光部分，间距为透光部分；

步骤四：采用焊接夹具4将管壳3、焊片2和网格状的大基板1固定后置于共晶炉中进行焊接，焊接夹具4上开有凹槽，将管壳3、焊片2和网格状的大基板1固定于凹槽5中，凹槽5的深度大于管壳3、焊片2和网格状的大基板1的厚度之和；

步骤五：将焊接完成后的网格状的大基板1进行焊接效果检验。

步骤一中光刻掩膜板呈1.9mm×1.9mm的方格阵列，方格的间距为0.1mm，其中方格在掩膜板中为不透光部分，间距为透光部分。

步骤二中电镀的膜层为镍/金电镀层，其中镀镍层的厚度为5μm，镀金层的厚度为1.27μm(Ni5μm/Au1.27μm)。

步骤三中：所述步骤三中，大基板通过光刻处理后，方格处的膜层仍然为镍5μm/金1.27μm，间距的镀层为镍5μm。

步骤四中的焊接夹具采用铝合金材料，具有良好的导热性。

焊片为金锡合金预成型焊片(Au80Sn20)，金锡合金预成型焊片的厚度为34μm，焊接的温度为350℃，焊接的时间为60s，焊接的过程中采用高纯氮气作为保护气体。

步骤五中：采用X射线(X-Ray)对焊接空洞率进行检验，焊透率在80％以上才符合要求。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。