[發(fā)明專利]一種厚膜基板與功率外殼的真空焊接方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410151591.2
• 申請日: 2014-04-15
• 公開（公告）號: CN103934534A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王寧寧;飛景明;任憑;楊猛;何宗鵬;陳雅容;張彬彬
• 申請（專利權(quán)）人: 北京衛(wèi)星制造廠
• 主分類號: B23K1/008
• 分類號: B23K1/008;B23K1/20
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張麗娜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種厚膜基板與功率外殼的真空焊接方法，利用原材料表面1:1搪錫，實(shí)現(xiàn)空洞率小于5%的高釬焊率，屬于電子裝聯(lián)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著宇航功率電子產(chǎn)品不斷朝著小型化、輕量化發(fā)展，傳統(tǒng)的大功率模塊電源正在朝著厚膜模塊轉(zhuǎn)型。厚膜模塊是將傳統(tǒng)大功率模塊電源中的功率元器件（如功率MOS管）用裸芯片的方式替代，從而達(dá)到減小體積和重量的目的，而裸芯片對散熱的要求很高，因此需要將其安裝在厚膜陶瓷基板和功率外殼上，以形成良好的散熱通道。

大功率電源產(chǎn)品功率密度高，傳輸電流大，要求實(shí)現(xiàn)功率芯片與基板之間，基板與功率外殼之間的無缺陷焊接，才能夠保證大電流的低電阻傳輸，同時(shí)為功率芯片的熱傳導(dǎo)提供良好的散熱通道。而厚膜基板與功率外殼焊接界面的空洞率一直是人民關(guān)注的焦點(diǎn)，空洞率過高將增加熱阻和縮小接頭承載面積，從而降低導(dǎo)熱性能和接頭強(qiáng)度。

隨著宇航產(chǎn)品對輕量化的要求，傳統(tǒng)的10#鋼功率外殼在重量方面往往不能滿足要求，采用新型的輕質(zhì)功率外殼成為發(fā)展方向。同時(shí)傳統(tǒng)的10#鋼與功率外殼焊接采用再流焊的工藝進(jìn)行，其界面空洞率較大。從而對厚膜基板與輕質(zhì)功率外殼的焊接工藝提出了新的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種厚膜基板與功率外殼的真空焊接方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明的一種厚膜基板與功率外殼的真空焊接方法，步驟為：

（1）制作輕質(zhì)SiC-Al復(fù)合材料功率外殼，采用玻璃絕緣子實(shí)現(xiàn)引腳與外殼基體的絕緣。

（2）制作大小相同的兩塊焊片。

（3）采用步驟（2）中的兩片焊片分別對厚膜基板和步驟（1）中得到的功率外殼進(jìn)行搪錫處理，搪錫時(shí)將厚膜基板和功率外殼分別放置在加熱臺(tái)進(jìn)行預(yù)熱；待搪錫后冷卻到室溫，并在無水乙醇溶液中清洗干凈；

（4）將功率外殼放置在一塊導(dǎo)熱塊上，然后將厚膜基板放置在功率外殼的上面，再在厚膜基板上放置一塊壓塊，得到的產(chǎn)品命名為工件；

（5）將步驟（4）得到的工件放置在真空爐中的加熱平臺(tái)上，開始抽真空并加熱，進(jìn)行真空焊接。

所述步驟（1）中SiC體積分?jǐn)?shù)為60%，以保證厚膜基板與功率外殼焊接后不會(huì)發(fā)生變形。

所述步驟（2）中每片焊片尺寸應(yīng)為厚膜基板外形尺寸的一半，可保證厚膜基板的搪錫量與功率外殼的搪錫量一致同時(shí)保證焊縫厚度為焊片厚度。

所述步驟（3）中搪錫預(yù)熱溫度為140-160℃，溫度過低則預(yù)熱效果不明顯，搪錫流動(dòng)性差，溫度過高則對鍍層質(zhì)量造成影響；同時(shí)焊片搪錫應(yīng)布滿整個(gè)焊接面，保證后續(xù)焊接均勻。

所述步驟（4）中導(dǎo)熱塊與功率外殼的接觸面積盡量大，保證傳熱的均勻性。

所述步驟（4）中壓塊施加的壓力范圍1～10N。

有益效果

本發(fā)明采用SiC-Al復(fù)合材料功率外殼替代10#鋼外殼，降低產(chǎn)品重量；采用真空焊接代替再流焊接，采用焊片搪錫替代焊膏，有助于去除由于焊劑排出不及時(shí)造成的氣泡殘留，降低了界面空洞率，并且真空焊接后不需要再進(jìn)行清洗焊劑；真空焊接時(shí)，厚膜基板和功率外殼之間不再加焊片，可以有效去除焊片表面氧化帶來的焊接空洞，通過對厚膜基板和功率外殼進(jìn)行搪錫可以去除二者表面的氧化膜，得到潔凈的被焊表面，提高潤濕性能，焊接過程中排氣通道更加順暢。將厚膜基板與輕質(zhì)功率外殼的焊接界面氣泡率由采用再流焊接工藝焊后的30%降低為小于5%，即顯著提高釬焊率，以滿足大功率電源產(chǎn)品的高可靠要求。

本發(fā)明通過采用選用密度低的輕質(zhì)Al-SiC復(fù)合材料替代傳統(tǒng)的10#鋼材料作為功率外殼減輕產(chǎn)品重量；通過采用焊片搪錫的方式替代傳統(tǒng)焊膏作為焊料。傳統(tǒng)的焊膏中含有助焊劑，助焊劑可有效去除焊料和焊盤表面的氧化層，提高焊接可靠性，但同時(shí)易產(chǎn)生焊劑殘留，造成脫粘。同時(shí)使用焊膏進(jìn)行再流焊，氣泡逸出往往不完成，焊縫凝固時(shí)形成氣孔。脫粘和氣孔殘留共同構(gòu)成焊接面的空洞。采用真空焊接方法不需要再加入焊劑，同時(shí)在真空下更有利于氣泡逸出，空洞率降低。

本發(fā)明采用焊片預(yù)先搪錫在被焊接材料表面的真空焊接方法，取代傳統(tǒng)的在被焊材料中間預(yù)置焊片的方法，可以有效去除焊片表面的氧化膜，不需要再額外對焊片進(jìn)行等離子清洗，并且可能引入空洞的界面由兩個(gè)面減少為一個(gè)面，將進(jìn)一步降低空洞率，并且不再依賴等離子清洗。

附圖說明

圖1為采用本發(fā)明的方法焊接界面的X光照片；

圖2為采用焊膏再流焊接方法的焊接界面的X光照片。

具體實(shí)施方式