本发明专利技术提供一种基于脉冲电流加热的钼铜合金热沉超声辅助扩散连接制造方法及扩散焊接装置，步骤如下：对钼铜合金以及铜的待焊面进行清洁并干燥；将铜片置于脉冲电流等离子扩散焊炉下电极块上表面上，钼铜合金片置于铜片上；利用脉冲电流等离子扩散焊炉的上下压头对材料施加预压力；抽真空至扩散焊炉内气压低于预定值，启动脉冲电流发生器，加热至扩散焊接温度；对板材施加预定轴向压力并焊接；关闭超声波发生器，对板材施加轴向脉冲压力；焊接结束后，关闭脉冲电流发生器，卸除轴向压力。在超声辅助焊接后采用脉冲加压焊接可以避免板材晶粒的异常长大，有效地破碎在接头间形成的金属间化合物，降低其对接头的有害作用，提高接头结合强度。头结合强度。头结合强度。
【技术实现步骤摘要】
基于脉冲电流加热的钼铜合金热沉超声辅助扩散连接制造方法及扩散焊接装置
[0001]本专利技术涉及电子、光电子领域封装
，具体涉及一种基于脉冲电流加热的钼铜合金热沉超声辅助扩散连接制造方法和应用。
技术介绍
[0002]随着工业技术的不断发展，国防、电子工业、新型能源、航空航天等高科技
使用的电子设备功率越来越大，集成度越来越高，其在工作过程中会产生大量的热量，散热问题已成为制约这些行业发展的瓶颈。传统的单一金属已难以满足复杂服役环境下的工业生产需求；因此，人们开始利用不同金属材料的优良特性，将异种金属材料通过焊接的方法连接起来以达到使用要求。
[0003]钼具有熔点高、硬度高、热膨胀系数与半导体材料相近、热稳定性好等特性，铜具有极佳的导电导热性能、良好的加工性及一定的延展性；钼铜合金既具有钼的低膨胀特性，又具有铜的高导热特性，其热膨胀系数和导热导电性能可以通过调整材料的成分而加以设计，而且钼铜合金的密度比钨铜小很多，因此其在航空航天、雷达、RF通讯模块、光纤通讯模组、LED芯片以及微波基板等领域具有重要的应用及发展前景。
[0004]由于钼和铜的物理化学性能差别很大，实现这两种材料的连接比较困难。目前其连接的技术难点主要有：（1）钼和铜的熔点、热膨胀系数及导热率等有很大差异，使用传统的熔焊方法进行焊接时，很难获得满意的接头。（2）钼和铜在热膨胀系数上的差异，会导致焊接瞬时热膨胀量不同，焊接件产生明显的热变形，从而使工件失效。（3）钼、铜与氧的亲和力较大，容易被氧化生成氧化膜，现有的去膜方法效果不理想且不能防止二次氧化膜的出现，从而影响钼和铜的表面接触。因此实现钼铜合金和铜的优质连接，充分发挥二者的优点，获得散热性能良好、连接强度高、热膨胀系数低的钼铜合金具有重要的学术意义和实用价值。
[0005]目前实现钼铜合金和铜的连接方法有热喷涂法、轧制复合法、爆炸复合法、激光熔覆法、扩散焊接法等。热喷涂法制备的涂层致密度低，容易产生孔隙；轧制复合法获得的界面结合强度不高；激光熔覆法则因为钼铜之间不互溶而难以达到冶金结合效果；爆炸复合法的冲击和噪声大，材料易产生裂纹，且受到场地限制；扩散焊接可以实现性能相差很大、互不溶解的钼和铜的连接，但是传统的扩散连接需要在加热炉中整体加热，升温速率慢，焊接时温度高，原子扩散速率低，焊接周期较长且界面间存在金属间化合物。
技术实现思路
[0006]专利技术目的：本专利技术提供一种基于脉冲电流加热的钼铜合金热沉超声辅助扩散连接制造方法，并进一步提出一种用于实现上述方法的扩散焊接装置，以解决上述
技术介绍
中存在的技术问题。
[0007]技术方案：第一方面，提出一种基于脉冲电流加热的钼铜合金热沉超声辅助扩散
连接制造方法，该方法步骤如下：步骤1：将钼铜合金以及铜的待焊面依次进行砂纸打磨、碱洗、酸洗，并在酒精溶液中超声波清洗10min以去除表面杂质、油污、氧化膜等，然后在干燥炉中干燥备用；步骤2：将铜片置于脉冲电流等离子扩散焊炉下电极块上表面上，钼铜合金片置于铜片上，进行扩散焊接实验；步骤3：利用脉冲电流等离子扩散焊炉的上下压头对材料施加2MPa的预压力，关闭炉门；步骤4：抽真空至扩散焊炉内气压低于1
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‑3Pa，启动脉冲电流发生器，进行加热，以20℃/min的升温速率升温至扩散焊接温度；步骤5：对板材施加5MPa的轴向压力，启动超声波发生器，超声功率为800W，振幅为5μm，频率为20~30kHz，在5MPa的恒定轴向压力下进行超声辅助焊接;步骤6：关闭超声波发生器，对板材施加轴向脉冲压力，脉冲频率为0.1Hz，脉冲次数为20~40次；步骤7：焊接结束后，关闭脉冲电流发生器，卸除轴向压力，随炉冷却至100℃以下，停止抽真空，取出连接件。
[0008]在第一方面进一步的实施例中，所述步骤2中脉冲电流等离子扩散焊炉上、下电极材料均为石墨。
[0009]在第一方面进一步的实施例中，所述步骤5中，施加的脉冲压力由液压驱动装置产生，脉冲压力大小由置于上压头和压块之间的压力传感器实时测量获得；所述脉冲加压的压力值为5~20MPa。
[0010]在第一方面进一步的实施例中，所述步骤4中待焊件温度由红外温度传感器实时测量，焊接温度为760~850℃。
[0011]在第一方面进一步的实施例中，所述步骤5中，超声辅助焊接时间为3min。
[0012]第二方面，提出扩散焊接装置，该装置包括施加超声辅助的超声发生装置及传导系统，施加轴向扩散连接压力的液压系统以及施加脉冲电流加热的脉冲电场发生装置及传导系统。
[0013]施加超声辅助的超声发生装置及传导系统包括位于炉体外的超声波发生器、换能器以及穿过炉体的变幅杆和位于炉体内的超声传递杆；所述超声波发生器与换能器相连，所述超声传递杆与待扩散连接板材钼铜合金板上表面紧密接触，钼铜合金板在超声发生装置及传导系统的共同作用下做横向移动。
[0014]所述施加轴向扩散连接压力的液压系统包括液压缸、活塞、液压油路及液压装置；所述液压装置通过液压油路与液压缸连接，所述活塞位于液压缸内，所述活塞通过液压油的压力作用压紧在上压头上，所述上压头压紧在压力传感器上，所述压力传感器压紧在压块上，所述上压头对钼铜合金板及铜板施加的恒定轴向压力和脉冲压力由液压系统提供。
[0015]所述施加脉冲电流加热的脉冲电场发生装置及传导系统包括上电极块、脉冲电流发生器、导线、下电极块；所述脉冲电流发生器的正负极通过导线分别与上电极块和下电极块相连，所述待连接的钼铜合金板及铜板分别与上电极块和下电极块紧密结合，所述下电极块连接有下压头；所述待连接板材的温度由温度传感器实时测得，所述温度传感器安装在温度传感器安装座上，所述温度传感器安装座固定在炉体上，所述真空泵用于对炉体内
抽真空。
[0016]有益效果：本专利技术利用脉冲电流的焦耳热效应对待连接板材进行加热，升温速率快，有效解决了传统扩散连接需要对扩散焊炉整体加热，导致加热速度慢、能源损耗大、连接效率低的问题；同时能使钼铜合金和铜在基体低温状态下形成致密的结合，有利于组织的均匀化并改善其性能，显著降低接头热应力，提高接头结合强度。
[0017]本专利技术利用超声辅助和脉冲电流加热可以提高材料的表面能，显著增大原子扩散速率，促进元素扩散，缩短焊接过程中的保温时间，提高焊接效率。
[0018]本专利技术利用超声振动使待焊件的两个连接面产生相对摩擦，通过相互摩擦使待焊件材料表面的氧化膜破裂，可有效解决材料表面氧化膜难去除及产生二次氧化膜的问题。
[0019]本专利技术在超声辅助焊接后采用脉冲加压焊接可以避免板材晶粒的异常长大，有效地破碎在接头间形成的金属间化合物，降低其对接头的有害作用，提高接头结合强度；脉冲加压使得连接表面产生微观塑性变形，增大界面的实际接触面积；连续的冲击压力引发再结晶，使晶粒细化，在连接表面产生许多原子激活中心，加速界面原子键合。
[0020]在本专利技术的焊接过程中，超声可以加载在钼铜合金片或铜片上，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于脉冲电流加热的钼铜合金热沉超声辅助扩散连接制造方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：对钼铜合金以及铜的待焊面进行清洁并干燥；步骤2：将铜片置于脉冲电流等离子扩散焊炉下电极块上表面上，钼铜合金片置于铜片上，进行扩散焊接实验；步骤3：利用脉冲电流等离子扩散焊炉的上下压头对材料施加2MPa的预压力，关闭炉门；步骤4：抽真空至扩散焊炉内气压低于1
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‑3Pa，启动脉冲电流发生器，进行加热，以20℃/min的升温速率升温至扩散焊接温度；步骤5：对板材施加预定轴向压力并焊接；步骤6：关闭超声波发生器，对板材施加轴向脉冲压力，脉冲频率为0.1Hz，脉冲次数为20~40次；步骤7：焊接结束后，关闭脉冲电流发生器，卸除轴向压力，随炉冷却至100℃以下，停止抽真空，取出连接件。2.根据权利要求1所述的超声辅助扩散连接制造方法，其特征在于，所述步骤1进一步包括：将钼铜合金以及铜的待焊面依次进行砂纸打磨、碱洗、酸洗，并在酒精溶液中超声波清洗10min以去除表面杂质、油污、氧化膜，然后在干燥炉中干燥备用。3.根据权利要求1所述的超声辅助扩散连接制造方法，其特征在于，所述步骤2中脉冲电流等离子扩散焊炉上、下电极材料均为石墨。4.根据权利要求1所述的超声辅助扩散连接制造方法，其特征在于，所述步骤5中，施加的脉冲压力由液压驱动装置产生，脉冲压力大小由置于上压头和压块之间的压力传感器实时测量获得；所述脉冲加压的压力值为5~20Mpa。5.根据权利要求1所述的超声辅助扩散连接制造方法，其特征在于，所述步骤4中待焊件温度由红外温度传感器实时测量，焊接温度为760~850℃。6.根据权利要求1所述的超声辅助扩散连接制造方法，其特征在于，步骤5进一步...
【专利技术属性】
技术研发人员：王长瑞，
申请(专利权)人：南京瑞为新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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