一种超声钎焊蓝宝石的专用工具及方法与流程

本发明涉及蓝宝石晶体相关技术领域，具体为一种超声钎焊蓝宝石的专用工具及方法。

背景技术：

蓝宝石晶体作为一种重要的技术晶体，已被广泛地应用于科学技术、国防与民用工业、电子技术的许多领域。比如透红外窗口材料，微电子领域的衬底基片，激光基质、光学元件及其它用途等。超声钎焊蓝宝石能够实现母材的直接连接，是常温下连接母材的可行方式，需要专门工具和方法。超声钎焊是将蓝宝石晶体连接在一起的技术，事先在要钎焊的蓝宝石表面涂覆金属层，实际上是连接金属与金属。

但是在现有技术中利用超声探头直接接触蓝宝石效果不好，中间卡座缺少钎料的溢出或延展的空间，另外，上部卡座缺少控制，过重的上部蓝宝石重量会对钎焊过程造成不利影响。现有技术中超声钎焊的装置至少有如下三点不足：一、超声传递不均匀，现有技术中一般传递超声就是用探头在上部蓝宝石之上直接一个探头传递，这种方式传递的效果非常不好，对于钎焊取得好的效果有非常不利的影响。二是、一般中间钎焊的座都没有给钎焊料的挤出留出空间，而实际上部分钎焊料被从侧方挤出，是可以使得钎焊接触处更加紧实的。三是、钎焊中上部施加的力道缺乏控制，一般是上部蓝宝石多重，就施加多大的力，即没有调整，这是非常不利于钎焊的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种超声钎焊蓝宝石的专用工具及方法，以解决现有技术中利用超声探头直接上部接触蓝宝石，直接一个点传递超声波效果不好，而且中间卡座缺少钎料的溢出或延展的空间，另外，上部卡座缺少控制，过重的上部蓝宝石重量大，不可调整，会对钎焊过程造成不利影响的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案一种超声钎焊蓝宝石的专用工具及方法，包括弹簧、横杆、上部卡座、上部蓝宝石、钎料、中部卡座、下部蓝宝石、下部卡座和超声传递适配件，所述超声传递适配件上方套入安置有下部卡座，且下部卡座内侧凹槽放置有下部蓝宝石，所述下部蓝宝石上方安置有钎料，且钎料外侧的下部卡座上方俯视投影对应地安置有中部卡座，所述中部卡座上方俯视投影对应地安置有上部卡座，且上部卡座内侧通孔放置有上部蓝宝石，所述上部蓝宝石放置在钎料上方，所述上部卡座上方外侧设置有横杆，且横杆向上连接有弹簧。所述弹簧设置有两组，且每组所述弹簧设置有水平方向横向排列的三个；两组弹簧上端均嵌合在水平的平衡板之内，所述平衡板上方中心处固定一从上方的计量式拉伸装置垂下的拉伸绳。

优选的，所述弹簧设置有两组，且每组所述弹簧设置有水平方向横向排列的三个。

优选的，所述上部卡座内侧设置有夹具，且上部卡座、中部卡座和下部卡座之间上下相互紧密贴合没有缝隙，所述下部卡座的中部垂直截面设置为倒置的“凹”字状结构。

优选的，所述中部卡座的z轴方向中间平面与钎料的z轴方向中间平面在同一水平线上，且中部卡座与钎料之间设置有一圈的空隙，所述中部卡座俯视投影为“回”字状结构。

优选的，所述超声传递适配件材质设置为不锈钢材料，且超声传递适配件上四周外缘设置有适于杆式超声发生器插入的若干对称的孔。所述上部卡座的下表面边缘具有上凸缘，所述下部卡座的上表面边缘具有下凸缘，所述中部卡座的上表面边缘和下表面边缘分别具有对应于上凸缘和下凸缘的上凹槽和下凹槽。

优选的，包括以下步骤：

a、用溅射仪对下部蓝宝石的上表面溅射预定厚度的金属层；

b、将钎焊焊料铺展于下部蓝宝石上方表面，在单独的加热装置中加热至使其融化的预设温度，熔融20-40min；

c、将上表面铺展有已融化的钎焊焊料的下部蓝宝石，转移至常温下的下部卡座的凹槽内卡紧；

d、放置中部卡座，使得中部卡座的下凹槽与下部卡座的下凸缘俯视对准卡入，将上部蓝宝石塞入上部卡座的通孔中，调整位置并用柔性合金紧固带紧固，将紧固螺丝插入法兰部的螺孔中并拧紧，再将上部卡座的上凸缘与中部卡座的上凹槽俯视对准卡入，将上部卡座放置于中部卡座其上，将两组弹簧嵌入平衡板下表面并固定，利用拉伸装置拉近拉伸绳，调节上部蓝宝石实际施加的重量；上部蓝宝石实际施加的重量g＝拉伸装置计量值-(拉伸绳自重+平衡板自重+两组弹簧自重+上部蓝宝石重量+上部卡座自重)；

e、从所述超声传递适配件上的所述若干对称的孔中的一个或多个插入杆式超声发生器并紧密结合，开启超声开始钎焊连接，超声时间范围设置为100-2000s；

f、超声结束后，拔出所述杆式超声发生器，松脱所述柔性合金紧固带，移除上部卡座和中部卡座，两块对接的蓝宝石留在卡具中，随炉冷却至室温，得到钎焊接头，在超声钎焊过程中，通过超声作用，钎料表面的氧化膜破除并且挤出焊缝，剩余钎料和蓝宝石形成连接接头。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该超声钎焊蓝宝石的专用工具及方法的超声传递适配件材质设置为不锈钢材料，且超声传递适配件上四周外缘设置有适于杆式超声发生器插入的若干对称的孔，因为原来的超声钎焊只是用超声探头紧贴上部蓝宝石表面，这样超声探头直接接触蓝宝石效果不好，超声传递不均匀，而该超声传递适配件用与超声探头类似的不锈钢材料制成，并且设有孔，超声探头插入后可较好地、均匀地传递超声信号，如本发明给钎焊部位传递的超声信号明显均匀而有效，如现有技术中从一个点传输容易使得钎焊部位产生结构应力且无法解决。而且，中部卡座的z轴方向中间平面与钎料的z轴方向中间平面在同一水平线上，且中部卡座与钎料之间设置有一圈的空隙，中间卡座可以给钎料的溢出或延展留出适当空间，为一些特殊情况准备，在很多情况下，通过钎料的适当流动和侧向压出，能够使得钎焊部位更为紧密牢固，结构更加严密，这是允许钎料侧向流出的好处，不可忽略。另外，弹簧设置有两组，且每组所述弹簧设置有水平方向横向排列的三个，横杆向上连接弹簧，用数控拉伸装置向上拉伸，使得上部蓝宝石作用于中部焊料的重量可以得到有效控制，避免过重的上部蓝宝石重量对钎焊过程的不利影响。我们经过分析，发现上部所施加的重力的大小，最好通过钎焊料的多少和焊料温度，需要的厚度来决定，而不是用焊料来配合上部蓝宝石重量，这样喧宾夺主。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图中：1、弹簧，2、横杆，3、上部卡座，4、上部蓝宝石，5、钎料，6、中部卡座，7、下部蓝宝石，8、下部卡座，9、超声传递适配件、10、平衡板、11、拉伸装置、12、拉伸绳。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种超声钎焊蓝宝石的专用工具及方法，包括弹簧1、横杆2、上部卡座3、上部蓝宝石4、钎料5、中部卡座6、下部蓝宝石7、下部卡座8和超声传递适配件9，超声传递适配件9上方套入安置有下部卡座8，且下部卡座8内侧凹槽放置有下部蓝宝石7，下部蓝宝石7上方安置有钎料5，且钎料5外侧的下部卡座8上方俯视投影对应地安置有中部卡座6，中部卡座6上方俯视投影对应地安置有上部卡座3，且上部卡座3内侧通孔放置有上部蓝宝石4，上部蓝宝石4放置在钎料5上方，上部卡座3上方外侧设置有横杆2，且横杆2向上连接有弹簧1；所述弹簧设置有两组，且每组所述弹簧设置有水平方向横向排列的三个；两组弹簧上端均嵌合在水平的平衡板之内，所述平衡板上方中心处固定一从上方的计量式拉伸装置垂下的拉伸绳。

弹簧1设置有两组，且每组所述弹簧1设置有水平方向横向排列的三个，横杆2向上连接弹簧1，用数控拉伸装置向上拉伸，使得上部蓝宝石4作用于中部焊料的重量可以得到有效控制；上部卡座3内侧设置有夹具，且上部卡座3、中部卡座6和下部卡座8之间上下相互紧密贴合没有缝隙，下部卡座8的中部垂直截面设置为倒置的“凹”字状结构；中部卡座6的z轴方向中间平面与钎料5的z轴方向中间平面在同一水平线上，且中部卡座6与钎料5之间设置有一圈的空隙，根据钎焊需求留出适当的焊料挤出的空间，中部卡座6俯视投影为“回”字状结构；超声传递适配件9材质设置为不锈钢材料，且超声传递适配件9上四周外缘设置有适于杆式超声发生器插入的若干对称的孔，原来的超声钎焊只是用超声探头紧贴上部蓝宝石4表面，这样超声传递不均匀，该适配件用与超声探头类似的不锈钢材料制成，并且设有孔，超声探头插入后可较好地、均匀地传递超声信号；所述上部卡座的下表面边缘具有上凸缘，所述下部卡座的上表面边缘具有下凸缘，所述中部卡座的上表面边缘和下表面边缘分别具有对应于上凸缘和下凸缘的上凹槽和下凹槽。

超声钎焊蓝宝石的专用方法，包括以下步骤：

a、用溅射仪对下部蓝宝石的上表面溅射预定厚度的金属层；

b、将钎焊焊料铺展于下部蓝宝石上方表面，在单独的加热装置中加热至使其融化的预设温度，熔融20-40min；

c、将上表面铺展有已融化的钎焊焊料的下部蓝宝石，转移至常温下的下部卡座的凹槽内卡紧；

d、放置中部卡座，使得中部卡座的下凹槽与下部卡座的下凸缘俯视对准卡入，将上部蓝宝石塞入上部卡座的通孔中，调整位置并用柔性合金紧固带紧固，将紧固螺丝插入法兰部的螺孔中并拧紧，再将上部卡座的上凸缘与中部卡座的上凹槽俯视对准卡入，将上部卡座放置于中部卡座其上，将两组弹簧嵌入平衡板下表面并固定，利用拉伸装置拉近拉伸绳，调节上部蓝宝石实际施加的重量；上部蓝宝石实际施加的重量g＝拉伸装置计量值-(拉伸绳自重+平衡板自重+两组弹簧自重+上部蓝宝石重量+上部卡座自重)；

e、从所述超声传递适配件上的所述若干对称的孔中的一个或多个插入杆式超声发生器并紧密结合，开启超声开始钎焊连接，超声时间范围设置为100-2000s；

f、超声结束后，拔出所述杆式超声发生器，松脱所述柔性合金紧固带，移除上部卡座和中部卡座，两块对接的蓝宝石留在卡具中，随炉冷却至室温，得到钎焊接头，在超声钎焊过程中，通过超声作用，钎料表面的氧化膜破除并且挤出焊缝，剩余钎料和蓝宝石形成连接接头。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。