專利名稱：一種澆注式焊接方法
技術領域：
本發明涉及微電子及激光領域，特別是涉及ー種澆注式焊接方法。
背景技術：
在固體激光器設計中，為了提高激光器的輸出，首要解決的問題是提高激光工作物質的散熱能力，較好的選擇是増大工作物質的散熱面積，因此隨著激光器技術的發展，激光工作物質更多的被設計成板條狀、薄片狀或光纖等。在板條和薄片激光器中，雖然工作物質的散熱面積得到増大，但如何將工作物質的熱量盡快帶走成為了新的問題，目前采用的散熱結構有以水直接冷卻或通過焊接熱沉進行接觸冷卻等。比較而 言，焊接冷卻熱沉是板條和薄片激光器設計的較佳選擇。但是，板條和薄片激光器的熱沉焊接面積較大，由于焊接面積過大，焊接熱沉的過程中有諸多復雜因素影響，如金屬熱沉的冷卻面加工等因素，導致工作物質與熱沉之間的散熱不均勻，特別在大功率激光輸出情況下，這將嚴重影響激光器的性能。目前在電子行業中，無鉛焊料的研究取得了很大進展，其中銦-金體系具有焊接溫度低，焊接產物熔點高，反應速度快等優點，但是，當遇到焊接面積過大的情況時，很難實現加工的金屬熱沉的焊接面面型和晶體面型一致，導致焊接面結合不嚴，扣合時產生氣泡，且焊接面積越大，產生氣泡的幾率越高，導致焊接失效。

發明內容
本發明提供了一種澆注式焊接方法，用以解決現有技術中由于焊接面面型結合不嚴導致焊接失效的技術問題。為解決上述技術問題，本發明提供一種澆注式焊接方法，包括在真空環境中，對第一焊接件、第二焊接件和焊料進行加熱，當三者的溫度達到預定溫度時，維持該預定溫度ー預定時間，之后單獨加熱焊料使其成為液相；其中，第一焊接件和第二焊接件的焊接面相對且留有空隙，第一焊接件和第二焊接件的焊接面上覆鍍有焊接膜；將焊料注入所述空隙，注入的焊料與焊接膜充分結合形成焊接層，移動第一焊接件和第二焊接件以擠出多余焊料，其中，在擠壓過程中第一焊接件的焊接面平行于第二焊接件的焊接面；對第一焊接件、第二焊接件和焊料進行冷卻，完成焊接。本發明有益效果如下本發明的焊接方法采用澆注焊料的方式進行焊接，排除了氣泡的存在，解決了由于焊接面面型在加工等因素下造成焊接失效問題，在擠壓焊料的過程中，要求形成焊接層充盈，使得焊接結構的溫度梯度勻化，尤其適用于要求均勻散熱的熱源，對于熱源兩側冷卻面均需焊接冷卻件的情況，采用本發明的方法可使得熱源與熱沉之間的兩層焊接層填充充盈，能夠保證中間熱源的兩側均勻散熱，符合エ藝要求條件。


圖I是本發明實施例中焊接流程示意圖。
圖2是本發明實施例中金屬化處理示意圖。圖3是本發明實施例中焊接布置方案示意圖。
具體實施例方式本發明要解決的技術問題是提供一種澆注式焊接方法，用以解決現有技術中由于焊接面面型加工等因素導致的焊接失效問題，以下結合附圖以及實施例，對本發明進行進一歩詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不限定本發明。本發明提供了一種澆注式焊接方法，圖I為焊接流程的示意圖，包括如下步驟步驟S101，首先，在真空爐中，對兩個焊接件和焊料加熱，其中兩焊接件的焊接面 上覆鍍有焊接膜，當溫度達到預定溫度后単獨對焊料加熱至其成為液相。步驟S102，然后，將焊料注入兩焊接件之間的空隙，注入的焊料與焊接膜充分結合形成焊接層，并移動焊接件以擠出多余焊料，且在擠壓過程中保持兩個焊接件的焊接面始終平行，以降低焊接層的不規則程度，使焊接層整體厚度均勻。步驟S103,最后,冷卻焊接件完成焊接。上述焊接過程全程在真空環境中實施，可防止空氣中氧氣氧化等因素影響焊接效果。由于采用了將熔融的焊料澆注入焊件之間并進行擠壓的手段，能夠消除由于焊件面型加工因素造成的焊件接合面不嚴存有氣泡的問題，且焊接層整體厚度均勻，焊接效果好。在上述實施例中，可在加熱到預定溫度后維持這個溫度一段時間再進行單獨加熱焊料的步驟，這樣處理可使焊件的溫度保持均勻，注入的焊料與焊接膜充分反應，如果不執行恒溫措施環節，在溫差過大時將導致焊料遇冷凝固，影響后續的擠壓步驟。此外，冷卻時可先將焊接件迅速冷卻至預定溫度，再以自然冷卻降至室溫，這里“迅速”的含義是比自然冷卻的速度快，該冷卻方式可消除熱應力。在本發明實施例中，以低熔點金屬銦為焊料，為了防止焊料與焊接件基質材料直接反應形成脆質金屬相，可對兩個焊接面進行金屬化處理，在焊接面上先電鍍鈦-鎳層，然后再鍍金層，金層為焊接膜，焊接時金與銦結合形成銦-金相的焊接層。此外也可以錫為焊料。在本發明實施例中，兩焊接件分別為熱沉和激光増益介質，其中，熱沉為紫銅水冷結構，其冷卻面(即與増益介質結合的焊接面)經高精度平面加工，然后經金屬化處理，即依次鍍有鈦-鎳層和金層。激光增益介質為Nd:YAG，也可以為Nd = YVO4 (摻釹釩酸釔)、YAG(鋁石榴石的簡稱，化學式為Y3Al5O12).陶瓷等，増益介質的冷卻面(即與熱沉結合的焊接面)上鍍有光學介質膜，然后經金屬化處理。對增益介質的金屬化處理為用物理氣相沉積法依次覆鍍鈦-鎳-金，也可以是鈦-鉬-金等，如圖2所示，其中増益介質101兩側的冷卻面上依次鍍有鈦-鎳-金。在本發明實施例中，在固體激光器的激光增益介質兩側焊接熱沉，此時熱沉有兩塊，位于增益介質兩側，按照圖3所示的位置放置，在真空爐200中，兩個熱沉202之間為增益介質203，且增益介質203與兩側熱沉202保有一定間隔，形成兩個空隙204，焊料容器201位于上方，開ロ朝向兩個熱沉202之間，支架207用于放置熱沉202和增益介質203。從整體來看，増益介質203兩側的結構設置是互相対稱的，熱沉和増益介質放好后，用耐高溫膠帶將焊縫封好，僅留上端注入焊料使用，防止焊料漏掉，圖3中僅標出右側結構的附圖標記，省略了左側的附圖標記。焊接過程中，焊料銦受熱轉為液相，打開焊料容器201的開關，焊料落入兩個空隙204中，銦和熱沉冷卻面上的金層充分結合，沒過增益介質203后關掉焊料容器201的開關。然后，沿箭頭205方向擠壓熱沉202，空隙204變窄，排除了可能形成的氣泡，形成銦-金相焊接層。擠壓熱沉時，為了保證焊接層厚度均勻，應使熱沉202只在水平方向移動，不出現傾斜或扭轉，并且，為了使増益介質203在兩側均勻散熱，施カ時使兩熱沉202的相向移動速度相等，且增益介質203可以左右平移，由此形成的増益介質203兩側的受カ相等，這樣兩側的焊接層厚度也會相當，熱傳遞的梯度相當，保證了增益介質203在兩側散熱均勻。此外，在兩塊熱沉202上均開設導流槽206，導流槽206在兩塊熱沉202上設置的位置應以增益介質203上端平齊，擠壓熱沉時多余的焊料可沿導流槽206排出，一方面有利于使焊接層厚度均勻，另一方面也有利于焊件的清潔處理。·采用本發明的焊接方法實施焊接，由于在達到預定溫度后進行保溫，使其各部分溫度均勻，在焊料銦下落后不會出現局部溫度變化劇烈的情況，兩側外力平穩地擠壓熱沉，不僅能夠排除氣泡，還能使兩側銦-金焊接層厚度均勻且相當，后期冷卻降溫采用自然冷卻，消除了熱沉內部的熱應力，熱量在其內部傳導時各方向傳導均勻，最大程度的保證增益介質實現均勻散熱，滿足エ藝要求，尤其適合激光器増益介質散熱使用。盡管為示例目的，已經公開了本發明的優選實施例，本領域的技術人員將意識到各種改進、増加和取代也是可能的，因此，本發明的范圍應當不限于上述實施例。
權利要求
1.一種澆注式焊接方法，其特征在于，包括 在真空環境中，對第一焊接件、第二焊接件和焊料進行加熱，當三者的溫度達到預定溫度后，単獨加熱焊料使其成為液相；其中，第一焊接件和第二焊接件的焊接面之間留有空隙，第一焊接件和第二焊接件的焊接面上覆鍍有焊接膜； 將焊料注入所述空隙，注入的焊料與焊接膜充分結合形成焊接層，移動第一焊接件和第二焊接件以擠出多余焊料； 對第一焊接件、第二焊接件和焊料進行冷卻，完成焊接。
2.如權利要求I所述的焊接方法，其特征在干，當三者的溫度達到預定溫度后，維持該預定溫度一預定時間后再単獨加熱焊料。
3.如權利要求I所述的焊接方法，其特征在于，冷卻時，先迅速冷卻至所述預定溫度，再自然冷卻至室溫。
4.如權利要求I所述的焊接方法，其特征在于，在擠壓焊料時，第一焊接件的焊接面平行于第二焊接件的焊接面。
5.如權利要求4所述的焊接方法，其特征在于，在第一焊接件和第二焊接件之間設置第三焊接件，加熱第一焊接件和第二焊接件時一同加熱第三焊接件，其中，第一焊接件和第ニ焊接件的焊接面分別與第三焊接件兩側的焊接面相對且留有空隙，第三焊接件兩側的焊接面均覆鍍有焊接膜。
6.如權利要求5所述的焊接方法，其特征在于，第一焊接件和第二焊接件為熱沉，在熱沉的焊接面上先鍍金屬化層，再鍍焊接膜。
7.如權利要求5所述的焊接方法，其特征在于，第三焊接件為激光増益介質，在激光增益介質兩側的焊接面上先鍍金屬化層，再鍍焊接膜。
8.如權利要求5所述的焊接方法，其特征在于，第三焊接件兩側的空隙的寬度相同，在擠壓焊料時，第一焊接件和第二焊接件的移動速度相同。
9.如權利要求5所述的焊接方法，其特征在于，在第一焊接件和第二焊接件分別設置導流槽，第一焊接件和第二焊接件的導流槽位置以第三焊接件為對稱中心。
10.如權利要求6-9中任ー權利要求所述的焊接方法，其特征在于，所述焊料為銦或錫，所述焊接膜的材料為金，所述金屬化層材料為鈦-鈀或鈦-鎳。
全文摘要
本發明公開了一種焊接方法，充分考慮了由于焊接面面型加工等原因導致的焊接面結合不嚴的情況，采用澆注焊料的方式進行焊接，在擠壓焊料的過程中，要求形成焊接層在焊縫中充盈，不但有效排除氣泡存在的可能，且結合面貼合效果好，避免了焊接失效的問題，也使得焊接結構的溫度梯度變化勻化，尤其適用于要求均勻散熱的場合，對于熱源介質兩側冷卻面均需焊接冷卻件的情況，采用本發明的方法可使兩層焊接層不但焊接層在焊縫中充盈，而且有效排除焊接層中的氣泡等，能夠保證熱源介質的兩側均勻散熱，符合工藝要求條件。
文檔編號B23K1/20GK102814568SQ20121028921
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月14日 優先權日2012年8月14日
發明者陳三斌, 周壽桓, 唐曉軍, 王超, 劉洋, 王文濤, 劉磊, 劉剛, 梁興波, 陳露 申請人:中國電子科技集團公司第十一研究所