[发明专利]一种采用叠加法的陶瓷与铝相互焊接的焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料加工技术领域，尤其涉及一种金属与非金属的相互焊接的方法。

背景技术

随着国家高端技术的需求，尤其是航天事业的发展，对材料的性能有着各种各样的高水平要求。有的要求是既要导热率高、耐腐蚀、耐磨损，但又要绝缘，能切削加工。而陶瓷、铝只能满足其中部分要求。目前只有使用金属材料与非金属材料的紧密复合才能达到要求。而紧密复合只能是焊接比较理想，因为焊接是将两部分同质或非同质的材料，利用原子间的联系及质点的扩散作用，通过加热、加压或加热的方法形成永久性的连接，这样才能确保其多种功能的要求。但由于陶瓷与金属在电子结队晶体结构、力学性能、热物理性能以及化学性能等方面存在着明显的差别，因此要实现陶瓷与金属结合是困难的；用常规的焊接材料和工艺几乎无法获得可靠的连接，因为陶瓷与金属界面的结合机制都属于化学结合。此外由于陶瓷和金属之间的热膨胀系数相差很大，因此由焊接温度冷却下来后会产生很大的热应力，降低了焊接接处的强度，轻则变形，重则裂开，所以金属与非金属的焊接是个难以解决的问题。

发明内容

本发明目的是针对陶瓷与铝（铝合金）的特性，以及普通焊接的局限性，提供了一种采用叠加法的陶瓷与铝相互焊接的焊接方法。

本发明解决其技术问题的技术方案是：一种采用叠加法的陶瓷与铝相互焊接的焊接方法，铝包括铝合金，该方法包括以下步骤：

（1）铝板镀锡：应用有机溶剂粗除铝板上的油脂，然后置于混合液中碱洗，进行化学除油，混合液由氢氧化钠、碳酸钠和水按照质量比2:1:7混合得到；最后放入电镀槽中进行镀锡10分钟，得镀锡层。

（2）陶瓷烧银：包括丝网印刷与陶瓷烧结两个子步骤。

（2.1）丝网印刷：先制造与镀锡层形状一致的模版，在丝网上涂感光胶，然后把模版放在感光胶上，通过曝光机进行曝光，丝网上模板遮住部分以外曝光，感光胶凝固，而模版遮住部分不透光，模板遮住部分的感光胶由于不透光而没有凝固；用水冲洗，洗去未曝光部分，再采用银浆作为油墨，把丝网放置在陶瓷基板上进行印刷，把银浆印在陶瓷基板上,由于丝网上模板遮住部分是透空的，所以银浆就印在陶瓷基板上相应位置，而其余部分因为有胶封住，银浆就没有印上。

（2.2）陶瓷烧结：将印刷好的陶瓷基板在陶瓷烧结炉中烧结，使银浆与陶瓷基板间形成良好的熔合，在烧结后形成银的烧结层面即银箔。烧结后的银箔高出陶瓷基板15微米-20微米。

（3）叠加式回流焊：把锡膏均匀涂在陶瓷基板的银箔与铝板的镀锡层上，把陶瓷基板的银箔相对铝板的镀锡层叠加后，一起放入回流焊炉中，回流焊炉内温度为260度，回流焊10分钟后，陶瓷基板与铝板就紧密焊接在一起了。                  

进一步地，所述步骤（1）中，电镀槽中，每升电镀液中含有10-40克硫酸亚锡、73.6克硫酸H₂S0₄、2.5克萘酚和5克明胶，电镀液温度为30℃，直流电压为18V，电流密度为2A/dm²。所述步骤（2）中，所述银浆按质量百分比计，包括65%银粉、2%粘结剂、3%的金属钯粉末和30%的玻璃粉末。所述粘结剂为二甲苯。

本发明的有益效果是：通过这种方式能使绝缘性能好但加工能力差的陶瓷基板与散热性能好，加工能力强但绝缘能力差的铝紧固结合在一起。利用陶瓷基板独特的高温性能、耐磨和耐腐蚀等性能作为电子元件的工作载体，克服了普通PCB板、铝基板无法与铝焊接的缺点，在电子、电力、军事等许多行业尤其是散热领域发挥较大作用。本发明与现有技术相比，工艺简单，加工方便，并且避免了陶瓷开裂等现象。

附图说明

图1是工艺流程示意图；

图2是叠加焊接示意图；

图2所示，图中包括：铝板1、镀锡层2、锡膏3、银箔4、陶瓷基板5。

具体实施方式

目前陶瓷与金属的焊接一般是钎焊与扩散焊两种。钎焊必须在陶瓷表面进行金属化，再用钎料进行钎焊。而进行陶瓷预金属化的方法工艺复杂，其应用受到了许多限制。而扩散焊要求在一定的温度和压力下，被连接表面相互靠近、相互接触，通过使局部发生瞬态液相而扩大被连接表面的物理接触，形成稳定的反应梯度层使两种材料结合在一起。这种方法需要较高的压力与温度，普通工艺无法制作。我们采用普通的陶瓷厚膜烧结方式，不需要高压也不需要陶瓷预金属化，工艺简单可行。厚膜是指在基片上用印刷烧结技术所形成的厚度为几微米到数十微米的膜层。制造这种膜层的材料，称为厚膜材料。