陶瓷金属一体化封装件及封装方法技术

本发明专利技术公开了一种陶瓷金属一体化封装件及封装方法，该陶瓷金属一体化封装件包括依次连接的陶瓷体、钼锰层、镍金属层、焊料层和金属件。钼锰层厚度为5～30微米，包括如下原料组分：陶瓷金属粉与粘结剂溶液；镍金属层厚度为0.5～15微米，包括如下原料组分：镍粉与粘结剂溶液；焊料层厚度为3～100微米，包括如下原料组分：焊料粉与粘结剂溶液。所述粘结剂溶液包括粘结剂和水，所述粘结剂和水的质量比为(0.2～1.5):1；所述粘结剂为同时带有亲水单体和疏水单体的聚合物，所述亲水单体与疏水单体的质量比为1：(0.15～18)。本发明专利技术简化了焊接装配工艺，不仅环保，而且焊接可靠性较高。而且焊接可靠性较高。而且焊接可靠性较高。

【技术实现步骤摘要】
陶瓷金属一体化封装件及封装方法


[0001]本专利技术涉及陶瓷封装
，特别地，涉及一种陶瓷金属一体化封装件及封装方法。

技术介绍

[0002]陶瓷与金属的优良性能只有在两者牢固连接后才能充分发挥出来，但由于陶瓷与金属的原子结构不同，物理和化学性能不匹配，陶瓷往往很难直接与金属结合。当前一般都是先在陶瓷表面依次覆上一层钼锰金属层和镍金属层，使陶瓷金属化，然后再将其与待焊金属焊接，其中，钼锰金属层一般是采用活化钼锰法，将钼粉和锰粉分散到用乙基纤维素作粘结剂、松油醇作溶剂的胶液中调制成浆料，丝网印刷于陶瓷表面，干燥后，在氢气炉中高温处理成钼锰金属化层。镍金属层的作用主要是增强焊料的流散性，隔离钼锰层和焊料，防止焊料侵蚀钼锰金属化层，影响焊接强度和气密性。镍金属层一般采用电镀法，将钼锰金属化的陶瓷放电镀液中沉积一层较薄、致密的镍金属层。焊接一般是使用专用的不锈钢或石墨焊接模，将待焊金属件、贵金属焊料片、陶瓷基体叠装后置于惰性气氛炉中进行焊接。
[0003]上述现有工艺过程主要存在如下问题：1、松油醇的特殊气味严重影响生产工人身心健康；2、大量使用松油醇会增加浆料的生产成本；3、由于松油醇较稠，浆料配置时和印刷过程往往要大于50℃的温度下进行，才能确保浆料能在陶瓷表面流平；4、电镀时产生的电镀废水会造成严重的环境污染问题；5、由于贵金属焊料片含有一些脆性相，塑性较差，导致焊料片较厚，造成大量的贵金属在陶瓷
‑
金属间的富余，浪费严重。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种陶瓷金属一体化封装件及其封装方法，以解决焊接装配工艺复杂、不环保，且焊接可靠性较低的技术问题。
[0005]根据本专利技术的一个方面，提供一种陶瓷金属一体化封装件，包括依次连接的陶瓷体、钼锰层、镍金属层、焊料层和金属件，其中，钼锰层厚度为5～30微米，包括如下原料组分：陶瓷金属粉与粘结剂溶液，所述陶瓷金属粉与粘结剂溶液的质量比为(0.5～3)：1，其中，陶瓷金属粉包括如下重量份的组分：钼粉60～86份、锰粉7～20份、瓷粉7～20份；
[0006]镍金属层厚度为0.5～15微米，包括如下原料组分：镍粉与粘结剂溶液，所述镍粉与粘结剂溶液的质量比为(1～3)：1；
[0007]焊料层厚度为3～100微米，包括如下原料组分：焊料粉与粘结剂溶液，所述焊料粉与粘结剂溶液的质量比为(0.5～2)：1；其中，焊料粉包括银粉、锌粉、铜粉、锰粉、铬粉、铁粉、钴粉、钛粉、镍粉、钼粉或锡粉中的至少两种；
[0008]所述粘结剂溶液包括粘结剂和水，所述粘结剂和水的质量比为(0.2～1.5):1；所述粘结剂为同时带有亲水单体和疏水单体的聚合物，所述亲水单体与疏水单体的质量比为1：(0.15～18)；
[0009]所述疏水性单体的结构式为CH2＝CR1R2，其中，R1为
‑
H或
‑
CH3；R2为
‑
CN、
‑
C6H5、
‑
COOR3，其中，R3为烷基、环烷基或芳香基；
[0010]所述亲水单体的结构式为：CHR4＝CR5R6，其中，R4和R5均为
‑
H或
‑
CH3或
‑
COOM；R6为
‑
COOM、
‑
CH2COOM、
‑
COO(CH2)6SO3M、
‑
CONH2、
‑
CONHR7，其中，R7为烷基、环烷基；M为H元素或陶瓷金属粉中所涉的金属元素中的任意一种。
[0011]进一步地，所述瓷粉的组分与所述陶瓷体的组分一致或接近。
[0012]进一步地，所述钼锰层中，钼粉和锰粉的粒径小于或等于10微米。
[0013]进一步地，所述镍金属层中，镍粉粒径为小于或等于5微米。
[0014]进一步地，所述焊料层中，焊料粉粒径小于或等于50微米。
[0015]根据本专利技术的另一方面，还提供了一种上述陶瓷金属一体化封装件的封装方法，包括如下步骤：
[0016](1)钼锰金属化：将钼粉、锰粉和瓷粉混合，加入粘结剂溶液，在1～90℃下搅拌，得到陶瓷钼锰金属化浆料；将所得陶瓷钼锰金属化浆料涂覆到陶瓷体表面，再进行烘干和烧结处理，得到钼锰金属化陶瓷件；
[0017](2)镍金属化：将镍粉与粘结剂溶液在1～90℃下搅拌混合，得到镍金属化浆料；将所得镍金属化浆料涂覆到钼锰金属化陶瓷件表面，再进行烘干和烧结处理，得到镍金属化陶瓷件；
[0018](3)预覆焊料层：将焊料粉与粘结剂溶液在1～90℃下搅拌混合，得到焊料浆；将所得焊料浆涂覆到镍金属化陶瓷件表面，再进行烘干和烧结处理，得到预覆焊料层的陶瓷件；
[0019](4)封装金属件：将金属件与所得预覆焊料层的陶瓷件焊接，得到陶瓷金属一体化封装件。
[0020]进一步地，步骤(1)至步骤(3)中，涂覆方式包括通过丝网印刷、点涂、喷涂、滚涂、浸涂或溅射。
[0021]进一步地，步骤(1)中陶瓷钼锰金属化浆料的黏度为1500
‑
6000mPa
·
s。
[0022]进一步地，步骤(2)中镍金属化浆料的黏度为2500
‑
4000mPa
·
s。
[0023]进一步地，步骤(3)中焊料浆的黏度为3500
‑
5500mPa
·
s。
[0024]本专利技术具有以下有益效果：
[0025](1)本专利技术提供的陶瓷金属一体化封装件及封装方法简化了后续焊接装配工艺，可提高2倍以上生产效率，大幅提升产品良率。
[0026]以陶瓷放电管产品为例，采用现有焊接封装工艺，整个装配时间需要花10分钟左右。由于银铜焊料片厚度在100微米左右，极薄，在装填时，焊料片很容易出现错位、折翘等，导致产品良率低于90％，另外，也正是因为这个原因，装配时间也主要集中在焊料片的排列和装填上。使用现有方法对陶瓷放电管产品进行焊接封装的工艺流程如图1所示。
[0027]本专利技术的陶瓷金属一体化封装件及封装方法，由于不需要排列和装填极薄的银铜焊料片，整个装配时间只需要花5分钟左右，也避免了焊料片很容易出现错位、折翘等导致产品良率偏低的问题，其良率可以达到99％以上。使用本专利技术的方法对陶瓷放电管产品进行焊接封装的工艺流程如图2所示。
[0028](2)本专利技术所有浆料配置过程只使用水作溶剂，水是无色、无味的，在干燥过程中不会对生产工人的身心健康造成伤害，非常环保，也降低了溶剂成本。
[0029](3)本专利技术常温制备浆料和印刷浆料降低了能耗成本。
[0030](4)本专利技术使用焊料浆代替贵金属焊料片，可节约50％以上银铜等贵金属用量，降低原料成本。
[0031](5)浆料稳定性的改善使金属层厚度偏差小于2％，彻底解决凹槽引起的虚焊、强度弱等焊接可靠性低的问题。
[0032]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷金属一体化封装件，其特征在于，包括依次连接的陶瓷体、钼锰层、镍金属层、焊料层和金属件，其中，钼锰层厚度为5～30微米，包括如下原料组分：陶瓷金属粉与粘结剂溶液，所述陶瓷金属粉与粘结剂溶液的质量比为(0.5～3)：1，其中，陶瓷金属粉包括如下重量份的组分：钼粉60～86份、锰粉7～20份、瓷粉7～20份；镍金属层厚度为0.5～15微米，包括如下原料组分：镍粉与粘结剂溶液，所述镍粉与粘结剂溶液的质量比为(1～3)：1；焊料层厚度为3～100微米，包括如下原料组分：焊料粉与粘结剂溶液，所述焊料粉与粘结剂溶液的质量比为(0.5～2)：1；其中，焊料粉包括银粉、锌粉、铜粉、锰粉、铬粉、铁粉、钴粉、钛粉、镍粉、铝粉、钼粉或锡粉中的至少两种；所述粘结剂溶液包括粘结剂和水，所述粘结剂和水的质量比为(0.2～1.5):1；所述粘结剂为同时带有亲水单体和疏水单体的聚合物，所述亲水单体与疏水单体的质量比为1：(0.15～18)；所述疏水性单体的结构式为CH2＝CR1R2，其中，R1为
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H或
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CH3；R2为
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CN、
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C6H5、
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COOR3，其中，R3为烷基、环烷基或芳香基；所述亲水单体的结构式为：CHR4＝CR5R6，其中，R4和R5均为
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H或
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CH3或
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COOM；R6为
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COOM、
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CH2COOM、
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COO(CH2)6SO3M、
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CONH2、
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CONHR7，其中，R7为烷基、环烷基；M为H元素或陶瓷金属粉中所涉的金属元素中的任意一种。2.根据权利要求1所述的陶瓷金属一体化封装件，其特征在于，所述瓷粉的组分与所述陶瓷体的组分一致或接近。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈占军，彭秧锡，卢玉厚，康文涛，蒋勇，胡继林，罗飞，肖雷，
申请(专利权)人：湖南人文科技学院，
类型：发明
国别省市：