[發(fā)明專利]一種旋轉(zhuǎn)預(yù)熱摩擦微焊接方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710763510.8
• 申請(qǐng)日: 2017-08-30
• 公開（公告）號(hào): CN107498127B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙智力;宋來瑞;劉鑫;王鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K1/00
• 分類號(hào): B23K1/00;B23K1/20;B23K20/12
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 岳泉清

一種旋轉(zhuǎn)預(yù)熱摩擦微焊接方法，涉及一種焊接方法。為克服微連接領(lǐng)域采用軟釬焊、熱壓焊等技術(shù)進(jìn)行連接時(shí)存在連接溫度高于釬料熔點(diǎn)、對(duì)微互連結(jié)構(gòu)熱沖擊影響大的問題。本發(fā)明先采用細(xì)徑劈刀夾持鉆頭在釬料中形成預(yù)定深度的定位孔；然后采用細(xì)徑劈刀夾持待焊件，使劈刀帶動(dòng)待焊件以轉(zhuǎn)速V₁、軸向進(jìn)給速度V₀鉆入定位孔中，鉆入深度L₁停止軸向進(jìn)給，提升轉(zhuǎn)速保持S秒；然后降低至原轉(zhuǎn)速，恢復(fù)軸向進(jìn)給，待焊件鉆入釬料至深度L₂，再停止軸向進(jìn)給，提升轉(zhuǎn)速保持S秒；再降低至原轉(zhuǎn)速，恢復(fù)軸向進(jìn)給，待焊件鉆入最終連接深度H，停止軸向進(jìn)給，提升轉(zhuǎn)速保持S秒；最后停止劈刀的轉(zhuǎn)動(dòng)，待連接界面冷卻。用于微連接技術(shù)領(lǐng)域的焊接過程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微連接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種焊接方法。

背景技術(shù)

在微連接技術(shù)領(lǐng)域，常常涉及不同材質(zhì)的微、納尺度部件之間的連接。目前芯片集成電路與外部環(huán)境之間、導(dǎo)電部件之間的電氣連接和機(jī)械連接多是借助熔點(diǎn)相對(duì)較低的各種形態(tài)尺寸的軟釬料的釬焊方法來實(shí)現(xiàn)連接，其次被采用方法有熱壓焊、甚至熔焊，但這些方法的最低連接溫度需要依次達(dá)到250℃、300℃和被連接材料的熔點(diǎn)。加熱溫度最低的軟釬焊中，超過釬料熔點(diǎn)的加熱溫度依然會(huì)對(duì)芯片及其上集成電路的各部分微、納尺度的多種材質(zhì)結(jié)構(gòu)及連接造成熱沖擊影響。目前通用的錫基無鉛釬料的熔點(diǎn)多在220℃左右，為使釬料良好潤濕和連接，焊接溫度一般至少需達(dá)到250℃。

為了實(shí)現(xiàn)更多功能，目前的電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)更趨復(fù)雜，需要的連接工序也就更多，芯片及其上集成電路等結(jié)構(gòu)經(jīng)歷的加熱次數(shù)因此增多，為降低熱沖擊對(duì)微小結(jié)構(gòu)造成的組織劣化和力學(xué)損傷，更低溫度的連接或者更少加熱次數(shù)的連接就顯得非常珍貴。

傳統(tǒng)摩擦焊方法是利用焊件相對(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱量使摩擦面及近區(qū)金屬達(dá)到熱塑性狀態(tài)，隨后迅速頂鍛破碎摩擦界面的氧化膜，界面元素在持續(xù)壓力作用下相互擴(kuò)散并發(fā)生再結(jié)晶冶金反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)可靠連接的方法。摩擦焊方法可實(shí)現(xiàn)橫截面形狀尺寸相同的回轉(zhuǎn)類零件的對(duì)接焊接和平板構(gòu)件的對(duì)接焊接。

摩擦焊的突出優(yōu)點(diǎn)是適合大多數(shù)同種或異種金屬之間的連接，屬于固相焊，無熔化和凝固冶金缺陷及脆化，因此無形成粗晶、偏析、裂紋和氣孔的傾向；另外摩擦焊的焊合區(qū)晶粒細(xì)小、熱影響區(qū)窄、夾雜彌散分布并具有界面“自清潔”作用，接頭質(zhì)量高。

但是摩擦焊目前僅應(yīng)用于宏觀尺度的構(gòu)件間的連接，并沒有應(yīng)用于微連接技術(shù)領(lǐng)域的先例，微連接技術(shù)領(lǐng)域中的零部件材質(zhì)、形狀、性能與宏觀尺度構(gòu)件差異很大，同時(shí)尺寸微小，對(duì)于實(shí)現(xiàn)連接而言摩擦產(chǎn)熱不足，業(yè)界未有相關(guān)考慮和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了克服目前微連接技術(shù)領(lǐng)域僅采用軟釬焊、熱壓焊等技術(shù)進(jìn)行連接時(shí)存在的連接溫度高于釬料熔點(diǎn)、對(duì)微互連結(jié)構(gòu)熱沖擊影響大的問題。

一種旋轉(zhuǎn)預(yù)熱摩擦微焊接方法，包括以下步驟：

步驟1、采用細(xì)徑劈刀夾持鉆頭，劈刀向下軸向運(yùn)動(dòng)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆入凹槽/通孔中的釬料中或焊盤上的釬料中預(yù)定深度L₁后，提起劈刀及鉆頭，在凹槽/通孔中的釬料中或焊盤上的釬料中形成預(yù)定深度為L₁的定位孔；

步驟2、采用細(xì)徑劈刀夾持待焊件，在待焊件的待焊端涂覆釬劑，或在釬料定位孔中滴涂釬劑；

所述的待焊件為柱形連接件、插針或引線；

步驟3、使劈刀帶動(dòng)待焊件以V₁轉(zhuǎn)速、V₀軸向進(jìn)給速度緩慢鉆入步驟1形成的釬料定位孔中；鉆入深度達(dá)到L₁后，停止劈刀的軸向進(jìn)給、且轉(zhuǎn)速由V₁升高至V₂，保持該狀態(tài)S秒，完成第一階段的旋轉(zhuǎn)摩擦預(yù)熱過程；