专利名称：金属接合结构和金属接合方法
技术领域：
本发明涉及一种金属结合结构和金属接合方法，特别涉及一种通过金属喷射方式 设置介质层以接合两金属件的金属结合结构和金属接合方法。
背景技术：
目前，精密金属的结合焊接，为了达到较高的结合强度，常采用较高温度的硬焊 (brazing)方式，以扩散接合地进行两金属件之间的结合。(一般软焊的焊接温度在450°C 以下，其中低熔点的锡铅为焊料，其结合强度较差)。然而，硬焊接合方式存在以下的缺点。由于硬焊接合的方式为高温熔接，所以会在 接合处形成热影响区域(heat-affected zone)。该热影响区域内的微结构受到高温影响而 产生金属间化合物(intermetallic compund)。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种金属接合结构和金属 接合方法，以解决熔接困难或无法熔接的问题。根据本发明的目的，提出一种金属接合结构，该金属接合结构包括第一金属件、第 二金属件、介质层和焊料层。第二金属件位于第一金属件的一侧。第一金属件可由任何种 类的金属材质制成，例如铜金属、铝金属、镁金属、铜合金、铝合金或镁合金，第二金属件可 由任何种类的金属材质制成，例如铝金属、镁金属、铝合金、镁合金。介质层以金属喷射的方 式设置在第一金属件或第二金属件的一侧，或第一和第二金属件的对接面，且介质层的材 质为铜金属或铜合金。焊料层位于第一金属件和第二金属件之间，通过焊料层和介质层将 第一金属件和第二金属件接合。其中，金属喷射方式为电弧熔射、火焰线材熔射、火焰粉末熔射、高速火焰熔射、大 气等离子体熔射或音速粉末喷射。其中，第一金属件和第二金属件可在预设压力下进行接合，且预设压力大于或等 于 10kgf/cm2。其中，介质层的金属颗粒大小可小于50μm。其中，介质层的厚度为5iim至1000μm。其中，焊料层的工作温度为150°C至300°C。其中，介质层的材质可为铜金属、镍金属、锡金属或其合金。根据本发明的另一目的，提出一种金属接合方法，该方法包括下列步骤首先，提 供第一金属件和第二金属件；接着，通过金属喷射方式将介质层设置在第一金属件或第二 金属件的一侧，且介质层的材质可为铜金属、镍金属、锡金属或其合金。如上所述，根据本发明的金属接合结构和金属接合方法，可通过将介质层以金属 喷射的方式设置在第一金属件或第二金属件的一侧，再通过焊料层以快速低温的方式完成 第一金属件和第二金属件的接合，从而可避免形成导致机械性能下降的金属间化合物。
图1是本发明的金属接合结构的第一结构示意图；图2是本发明的金属接合结构的第一结构剖视图；图3是本发明的金属接合结构的第二结构示意图；图4是本发明的金属接合结构的第二结构剖视图；图5是本发明的金属接合方法的步骤流程图。主要组件符号说明11:第一金属件；12:第二金属件；13 介质；14 焊料层；S11 S14 步骤流程。
具体实施例方式参照图1和图2，图1和图2分别是本发明的金属接合结构的第一结构示意图和第 一结构剖视图。在图1和图2中，金属接合结构包括第一金属件11、第二金属件12、介质层 13和焊料层14。第一金属件11可由任何金属材质制成。例如，金属材质可以由铜金属、铝金属、镁 金属、铜合金、铝合金或镁合金等轻金属(比重小于5，或称为有色金属)来实施。此外，第 一金属件11可为板体或块体。第二金属件12可由任何金属材质制成。例如，金属材质可以由铝金属、镁金属、铝 合金或镁合金等轻金属来实施。此外，第二金属件12可为板体或块体。介质层13的材质可为铜金属、镍金属、锡金属或其合金。介质层13可通过以下 步骤形成使介质层13的材质呈金属熔滴的状态；由喷嘴(图未示)以动能加工法，如金 属喷射的方式喷涂在第二金属件12的一侧；冷却沉积。此外，介质层也可喷涂在第一金 属件11的一侧，如图3和图4所示。在喷射过程中，可同时喷射保护气氛，如氩气(Ar)等 惰性气体，以保护介质层13不被氧化，从而确保作业质量。其中，金属喷射方式可为电弧 ■MM (arc meltingspray)才才;^身寸(wire flame spray) >(powder frame spray)、高速火焰熔射(high velocity oxy-fuel，HOVF)、大气等离子体熔射 (atmospher印lasma spray, APS)或音速粉末喷射。介质层的金属颗粒大小可小于50 ii m， 而其厚度可为5 ii m至100 ii m。焊料层14可以以无铅焊料来实施，焊料层14用于焊接第一金属件11或第二金属 件12。焊料层14的工作温度约为150°C至300°C之间。其中，焊料层14也可作为润湿剂， 以提高接着性。焊料层14的厚度可为5 y m至100 y m。当介质层13涂布设置完成后，通过加温焊料层14至预设的工作温度，约为150°C 至300°C，并通过施加预设压力，以压合第一金属件11和第二金属件12，通过消除第一金 属件11和第二金属件12之间的孔隙，以紧密接合第一金属件11与第二金属件12。由 于在接合过程中均是在相对低温下进行，因此在接合过程中，将可以避免金属间化合物(intermetallic compund)的产生，使本发明的金属接合结构具有较佳的结构强度和导热 性能，而可用于制造散热器或导线线材，如以铜铝合金制成的电气接头结构。其中，本发明的金属接合结构也可通过重复施工的方式而形成多重结构。参照图5，图5是本发明的金属接合方法，包括下列步骤S11 提供第一金属件和第二金属件；S12:通过金属喷射方式将介质层设置到第一金属件或第二金属件的一侧，且介质 层的材质为铜金属或铜合金；S13 提供焊料层；S14 通过焊料层和介质层，接合第一金属件和第二金属件。其中，第一金属件可由铜金属、铝金属、镁金属、铜合金、铝合金或镁合金等轻金属 (比重小于5，或称为有色金属)制成，且第一金属件可为板体或块体。第二金属件可由铜金属、铝金属、镁金属、铜合金、铝合金或镁合金等轻金属制成， 且第二金属件可为板体或块体。介质层的材质可为铜金属、镍金属、锡金属或其合金。此外，金属喷射方式可为电 弧熔射、火焰线材熔射、火焰粉末熔射、高速火焰熔射、大气等离子体熔射或音速粉末喷射。 在喷射过程中，可同时喷射保护气氛，如氩气(Ar)等惰性气体，以保护介质层不被氧化，从 而确保作业质量。介质层的金属颗粒大小可小于50 u m,厚度可为5 ii m至100 ii m。焊料层可为无铅焊料，焊料层可用来焊接第一金属件或第二金属件。焊料层的工 作温度约为150°C至300°C。其中，焊料层也可作为润湿剂，以提高接着性。此外，第一件属件和第二金属件可在常压下进行接合，或在预设压力下进行接合。 其中，预设压力约为大于或等于lOkgf/cm2，从而可以消除第一金属件和第二金属件之间的 孔隙。综上所述，本发明的金属接合结构及其接合方法的优点在于可避免在接合处上形 成金属间化合物，以维持结构强度。本发明的金属接合结构及其接合方法的另一优点在于制造出符合高导热性应用 需求的工件，如制造热传递工件。本发明的金属接合结构及其接合方法的再一优点在于可在相对低温下完成接合 作业，从而可以加快接合的加工速度。以上所述仅是举例性的，而非限制性的。在不脱离本发明的精神与范围的情况下， 可以对其进行等效修改或变更，这均应包括在本发明的范围内。
权利要求
1.一种金属接合结构，包括第一金属件，由铜金属、铝金属、镁金属、铜合金、铝合金或镁合金制成；第二金属件，位于第一金属件的一侧，且第二金属件由铝金属、镁金属、铝合金或镁合 金制成；介质层，以金属喷射的方式设置在第一金属件或第二金属件的一侧，介质层的材质为 铜金属、镍金属、锡金属、铜合金、镍合金或锡合金；焊料层，位于第一金属件和第二金属件之间，通过焊料层和介质层将第一金属件和第 二金属件接合。
2.如权利要求1所述的金属接合结构，其中，金属喷射方式为电弧熔射、火焰线材熔 射、火焰粉末熔射、高速火焰熔射、大气等离子体熔射或音速粉末喷射。
3.如权利要求1所述的金属接合结构，其中，第一金属件和第二金属件在预设压力下 进行接合，所述预设压力大于或等于lOkgf/cm2。
4.如权利要求1所述的金属接合结构，其中，介质层的金属颗粒大小小于50μπι。
5.如权利要求1所述的金属接合结构，其中，介质层的厚度为5μ m至100 μ m。
6.如权利要求1所述的金属接合结构，其中，焊料层的厚度为5μ m至100 μ m。
7.如权利要求1所述的金属接合结构，其中，焊料层的工作温度为150°C至300°C。
8.如权利要求1所述的金属接合结构，其中，第一金属件为板体或块体。
9.如权利要求1所述的金属接合结构，其中，第二金属件为板体或块体。
10.一种金属接合方法，包括下列步骤提供第一金属件和第二金属件，第一金属件由铜金属、铝金属、镁金属、铜合金、铝合金 或镁合金制成，第二金属件由铝金属、镁金属、铝合金或镁合金制成；通过金属喷射方式将介质层设置到第一金属件或第二金属件的一侧，且介质层的材质 为铜金属、镍金属、锡金属、铜合金、镍合金或锡合金；提供焊料层；通过焊料层和介质层将第一金属件和第二金属件接合。
11.如权利要求10所述的金属接合方法，其中，金属喷射方式为电弧熔射、火焰线材熔 射、火焰粉末熔射、高速火焰熔射、大气等离子体熔射或音速粉末喷射。
12.如权利要求10所述的金属接合方法，其中，在预设压力下接合第一金属件和第二 金属件，所述预设压力大于或等于lOkgf/cm2。
13.如权利要求10所述的金属接合方法，其中，介质层的金属颗粒大小小于50μ m。
14.如权利要求10所述的金属接合方法，其中，介质层的厚度为5μ m至100 μ m。
15.如权利要求10所述的金属接合方法，其中，焊料层的厚度为5μ m至100 μ m。
16.如权利要求10所述的金属接合方法，其中，焊料层的工作温度为150°C至300°C。
17.如权利要求10所述的金属接合方法，其中，第一金属件为板体或块体。
18.如权利要求10所述的金属接合方法，其中，第二金属件为板体或块体。
全文摘要
本发明公开了一种金属接合结构和金属接合方法，其中，金属接合方法包括下列步骤提供第一金属件和第二金属件；通过金属喷射方式将介质层设置在第一金属件或第二金属件的一侧，且介质层的材质为铜金属、镍金属、锡金属或其合金；提供焊料层；最后，通过焊料层和介质层将第一金属件和第二金属件接合，其中，焊料层的工作温度为150℃至300℃。上述金属接合结构可通过金属喷射方式来设置介质层，从而可以提高金属接合结构的机械性能。
文档编号B23K31/02GK101992358SQ200910170959
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月27日 优先权日2009年8月27日
发明者庄元立, 范淑惠, 邱耀弘 申请人:晟铭电子科技股份有限公司