高硅铝合金半固态钎焊方法和高硅铝合金钎焊接头技术

本发明专利技术公开了一种高硅铝合金半固态钎焊方法和高硅铝合金钎焊接头，包括以下步骤：S1、对高硅铝合金待焊面和钎料进行表面清理；S2、采用悬浮沉积法在高硅铝合金的待焊面上沉积陶瓷粉，获得待焊高硅铝合金；S3、将钎料放置在两个待焊高硅铝合金的待焊面之间形成待焊件；S4、将待焊件放置在惰性气体内进行钎焊，加热，加压，冷却，获得高硅铝合金钎焊接头。本发明专利技术的高硅铝合金半固态钎焊方法，钎焊过程中钎料组织由轧制态纤维组织转变为半固态球晶组织，含有的球状晶粒在压力作用下会对高硅铝合金表面产生挤压和刮擦作用，破碎氧化膜。陶瓷粉在压力作用下会对高硅铝合金表面产生挤压作用，辅助破碎和去除氧化膜，实现高硅铝合金的有效连接。

Semi solid brazing method of high silicon aluminum alloy and brazing joint of high silicon aluminum alloy

【技术实现步骤摘要】
高硅铝合金半固态钎焊方法和高硅铝合金钎焊接头
本专利技术涉及铝合金的钎焊方法领域，特别地，涉及一种高硅铝合金半固态钎焊方法。此外，本专利技术还涉及一种包括上述高硅铝合金半固态钎焊方法制备得到的的高硅铝合金钎焊接头。
技术介绍
高硅铝合金由于具有高比强度、比刚度、高导热、低膨胀及低密度等优良特性在电子封装领域具有广阔的应用前景，有望成为替代Kovar、Wo/Cu和Mo/Cu等传统电子封装材料的理想材料。然而，实现高硅铝合金可靠性连接，满足苛刻环境下微电子器件气密性封装的要求是其应用的必要条件。因此，高硅铝合金的连接技术成为了电子封装领域研发的热点和竞争焦点之一。钎焊是实现高硅铝合金连接的一种很有潜力的方法，但高硅铝合金表面有一层致密的氧化膜，它不仅阻碍钎料在铝硅合金表面的润湿、铺展，也严重阻碍两个连接表面的结合。此外，氧化膜残留在焊接接头中产生裂纹、孔洞等缺陷，使接头性能恶化。因此，如何去除表面氧化膜是实现高硅铝合金连接的技术关键。传统的钎焊过程需要真空环境或者钎剂。真空环境使得整个焊接过程耗时长、成本高。钎剂与氧化膜反应可能产生气泡等缺陷，降低钎焊接头的性能，而且钎剂本身具有很强的腐蚀性，若钎焊后未及时清理，会对接头造成腐蚀性损伤。非传统的方法如表面金属化法、活性中间层法等等，表面金属化法是焊前通过电化学、磁控溅射、等离子喷涂等方法在铝合金表面沉积一层中间层，通过中间层与铝合金的互扩散实现冶金结合。该方法可以有效改善铝合金原有的不良焊接特性，焊合率和焊接强度显著提高，但此方法工艺繁琐，设备复杂，且中间层的质量直接决定了钎焊接头的强度，因此对金属化处理过程要求较高。活性中间层法是在钎料中添加活性元素Mg，Ga和Li等，用以和铝合金表面氧化膜发生化学反应，从而破坏氧化膜实现铝合金的连接。该方法焊前无需金属化处理，得到的接头可以满足电子封装器件的性能要求，但需要高真空环境，连接温度相对较高(580℃)，用于高硅铝合金连接时易导致该材料本身组织的粗化，继而降低使用性能。
技术实现思路
本专利技术提供了一种高硅铝合金半固态钎焊方法和高硅铝合金钎焊接头，以解决现有的高硅铝合金钎焊方法中，真空钎焊耗时长，成本高，连接温度高，氧化膜去除不彻底，并且钎剂钎焊易引起接头腐蚀的技术问题。本专利技术采用的技术方案如下：一种高硅铝合金半固态钎焊方法，包括以下步骤：S1、对高硅铝合金待焊面和钎料进行表面清理；S2、采用悬浮沉积法将S1中的高硅铝合金的待焊面上沉积陶瓷粉，获得待焊高硅铝合金；S3、将步骤S1中的钎料放置在步骤S2中的两个待焊高硅铝合金的待焊面之间形成待焊件；S4、将步骤S3中的待焊件放置在惰性气体内进行钎焊，加热，加压，冷却，获得高硅铝合金钎焊接头。进一步地，陶瓷粉采用SiC粉、Al2O3粉、Si3N4粉或CBN粉中的一种或几种。进一步地，陶瓷粉的粒径为1μm～10μm；陶瓷粉的面密度为0.5g/m2～20g/m2。进一步地，钎料采用箔状钎料或片状钎料；钎料采用锌基合金，其成分按质量百分比计为：Al12％～15％、Cu4％～4.5％和Zn余量。进一步地，钎料的熔点为380℃～410℃。进一步地，高硅铝合金采用硅颗粒质量分数为30％～70％的铝硅合金。进一步地，步骤S2中的悬浮沉积法包括：将陶瓷粉与无水乙醇混合，进行超声处理，获得混合液；将步骤S1中的高硅铝合金放置混合液中，待焊面朝上沉积陶瓷粉，静置，去除无水乙醇，将高硅铝合金风干，获得待焊高硅铝合金。进一步地，超声处理的频率为20kHz～50kHz，超声波功率为1400w～1600w，超声时间为5min～20min；静置时间为10min～240min。进一步地，步骤S4中的加热以5℃/min～20℃/min的升温速率加热至390℃～410℃，保温12min～18min；步骤S4中的加压的压力5MPa～20MPa，保温保压的时间为10min～20min。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种如上述高硅铝合金半固态钎焊方法制备得到的高硅铝合金钎焊接头。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的高硅铝合金半固态钎焊方法，在两个高硅铝合金待焊面沉积一层陶瓷粉，然后将钎料放置于高硅铝合金的陶瓷粉沉积层与高硅铝合金的陶瓷粉沉积层之间，进行半固态的加热加压钎焊。一方面钎料经加热保温后组织会发生改变，由轧制态纤维组织转变为半固态球晶组织。压力作用下球晶晶粒运动能力很强，能够对母材表面进行强烈摩擦。施压后，钎料中球形晶粒首先挤压母材表面，使母材表面氧化膜破裂；其次，钎料中液相从破裂处扩散至母材中，局部溶解母材，降低母材表面氧化膜的结合；然后，球形晶粒沿母材表面滑移，产生摩擦效果，使破裂的氧化膜从溶解的母材表面剥离。另一方面，硬质陶瓷粉末在压力作用下可以辅助金属钎料挤压母材表面，促进铝硅合金表面氧化膜的破裂，使得去膜效果更好。氧化膜破除后，钎料在铝硅合金表面能够充分润湿、铺展、扩散结合，形成符合预期效果的高硅铝合金钎焊接头，满足微电子组件对封装壳体的气密性要求和激光封焊要求。本专利技术的高硅铝合金半固态钎焊方法，钎焊温度显著低于现有技术中活性中间层法的连接温度，避免了钎焊过程中高硅铝合金本身组织的粗化以及使用性能的下降等缺点。另外，高硅铝合金半固态钎焊方法，无需使用钎剂，钎焊过程可以在非真空环境下进行，避免了钎剂对接头腐蚀等缺点，适合的焊件尺寸更加广泛。高硅铝合金半固态钎焊方法，操作简单、成本低廉、可以彻底去除高铝硅合金表面氧化膜。本专利技术的高硅铝合金钎焊接头，钎料和母材界面上形成了陶瓷粉中间层。中间层缓解了钎料与母材的线膨胀系数差异，降低了高硅铝合金钎焊接头残余应力，有效提高了高硅铝合金钎焊接头的强度。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术优选实施例的高硅铝合金半固态钎焊方法流程示意图；图2是本专利技术优选实施例的钎料半固态球晶组织示意图；图3是本专利技术优选实施例1的高硅铝合金钎焊接头组织示意图；及其图4是本专利技术优选实施例2的高硅铝合金钎焊接头组织示意图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。图1是本专利技术优选实施例的高硅铝合金半固态钎焊方法流程示意图；图2是本专利技术优选实施例的钎料半固态球晶组织示意图；图3是本专利技术优选实施例1的高硅铝合金钎焊接头组织示意图；图4是本专利技术优选实施例2的高硅铝合金钎焊接头组织示意图。如图1所示，本实施例的高硅铝合金半固态钎焊方法，包括以下步骤：S1、对高硅铝合金待焊面和钎料进行表面清理；S2、采用悬浮沉积法将S1中的高硅铝合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高硅铝合金半固态钎焊方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、对高硅铝合金待焊面和钎料进行表面清理；/nS2、采用悬浮沉积法将步骤S1中的高硅铝合金的待焊面上沉积陶瓷粉，获得待焊高硅铝合金；/nS3、将步骤S1中的钎料放置在步骤S2中的两个待焊高硅铝合金的待焊面之间形成待焊件；/nS4、将步骤S3中的待焊件放置在惰性气体内进行钎焊，加热，加压，冷却，获得高硅铝合金钎焊接头。/n

【技术特征摘要】
1.一种高硅铝合金半固态钎焊方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对高硅铝合金待焊面和钎料进行表面清理；
S2、采用悬浮沉积法将步骤S1中的高硅铝合金的待焊面上沉积陶瓷粉，获得待焊高硅铝合金；
S3、将步骤S1中的钎料放置在步骤S2中的两个待焊高硅铝合金的待焊面之间形成待焊件；
S4、将步骤S3中的待焊件放置在惰性气体内进行钎焊，加热，加压，冷却，获得高硅铝合金钎焊接头。


2.根据权利要求1所述的高硅铝合金半固态钎焊方法，其特征在于，
所述陶瓷粉采用SiC粉、Al2O3粉、Si3N4粉或CBN粉中的一种或几种。


3.根据权利要求2所述的高硅铝合金半固态钎焊方法，其特征在于，
所述陶瓷粉的粒径为1μm～10μm；
所述陶瓷粉的面密度为0.5g/m2～20g/m2。


4.根据权利要求1所述的高硅铝合金半固态钎焊方法，其特征在于，
所述钎料采用箔状钎料或片状钎料；
所述钎料采用锌基合金，其成分按质量百分比计为：Al12％～15％、Cu4％～4.5％和Zn余量。


5.根据权利要求4所述的高硅铝合金半固态钎焊方法，其特征在于，
所述钎料的熔点为380℃～410℃。

【专利技术属性】
技术研发人员：肖静，贾进浩，陈迎龙，肖浩，熊德赣，陈柯，杨盛良，
申请(专利权)人：湖南浩威特科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43