一种基于PVD涂层的铝碳化硅陶瓷基板的焊接方法与流程

本发明属于铝碳化硅复合材料技术领域，具体涉及一种基于pvd涂层的铝碳化硅陶瓷基板的焊接方法。

背景技术：

铝碳化硅陶瓷基板具有高热导率、热膨胀系数可调、高比强度和比刚度、耐磨、耐疲劳、低密度和良好的尺寸稳定性等性能而被广泛的应用到航空航天和电子设备领域，陶瓷材料由于其性脆质硬，熔点比金属高，线膨胀系数与金属相差较大，使焊后接头中的残余应力很高。加之陶瓷与金属的相容性差，因此金属与陶瓷的焊接性很差，市场常用的电弧焊与电阻焊不能获得满意的焊接接头，粘结和机械连接的应用范围很小。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于pvd涂层的铝碳化硅陶瓷基板的焊接方法，解决了现有的金属与陶瓷的焊接性差的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种基于pvd涂层的铝碳化硅陶瓷基板的焊接方法,包括以下步骤：

s1，将铝碳化硅陶瓷基板和dbc板依次利用丙酮除油剂、水和弱盐酸进行清洗、干燥；

s2，将抛光后的铝碳化硅陶瓷基板和dbc板放置在镀膜室中进行镀铜，分别得到铝碳化硅陶瓷基板的打底膜层和dbc板的打底膜层；

s3，将完成打底的铝碳化硅陶瓷基板和dbc板放置在镀膜室中，在打底膜层上进行镀镍硼，分别得到铝碳化硅陶瓷基板的镍硼可焊接层和dbc板的镍硼可焊接层；

s4，将s3中的铝碳化硅陶瓷基板和dbc板依次利用丙酮除油剂、水和弱盐酸进行清洗，之后将dbc板放置在铝碳化硅陶瓷基板上，且dbc板的镍硼可焊接层与铝碳化硅陶瓷基板上的镍硼可焊接层相接触；

s5，将s4中叠放完后的基板放置在回流炉中进行回流焊，完成铝碳化硅陶瓷基板的焊接。

优选地，s1中，在清洗时，首先采用浓度为40g/l的丙酮除油剂进行除油并干燥，之后，采用30-70℃的水进行清洗1-10min，最后，采用19-30℃的弱盐酸清洗20-50s。

优选地，s1中，弱盐酸为浓度为5-20％磷酸乙二胺溶液。

优选地，s2中，镀铜的具体方法是：

首先，在0.1-0.01pa的真空条件下，将铝碳化硅陶瓷基板和dbc板加热到550-650℃后进行离子轰击，离子轰击电压200v-1kv负高压，时间10-40min；

其次，将铜镀料进行预熔，并除气1-2min；

再次，预熔完成后进行蒸发沉积，得到1-5μm厚度的打底膜层。

优选地，s3中，镀镍硼的具体方法是：

首先，在0.1-0.01pa的真空条件下，将铝碳化硅陶瓷基板和dbc板加热到550-650℃后进行离子轰击，离子轰击电压200v-1kv负高压，时间10-40min；

其次，将镍硼镀料进行预熔，并除气1-2min；

再次，预熔完成后进行蒸发沉积，得到5-30μm厚度的镍硼可焊接层。

优选地，s5中，回流炉中的工艺参数：

预热区，自室温状态加热至200℃之间，其升温速率1-3℃/s；

恒温区，温度介于180-250℃之间，保温时间为60-120s；

回流焊温度280-330℃，时间为15-45s，回焊区升温速率1-3℃/s；

bga焊点脚peak温度为290-310℃，其余零件焊点脚peak温度小于330℃；

冷却区冷却速率2-4℃/s，冷却完成后完成焊接。

优选地，s2之前，分别将清洗干燥后的铝碳化硅陶瓷基板和dbc板进行抛光，直至平面光洁度ra＜0.008μm；之后利用s1对抛光后的铝碳化硅陶瓷基板和dbc板进行清洗。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种基于pvd涂层的铝碳化硅陶瓷基板的焊接方法，首先,分别在铝碳化硅陶瓷基板和dbc板上镀铜，通过铜对基板表面进行修复，铜打底后镀镍硼，有过渡层，镍硼能增加金属润湿性和结合强度；采用pvd镀膜后使用回流焊完成焊接，焊接结合力较大，制备工艺简单，可广泛用于生产。

进一步的，选用5-20％磷酸乙二胺溶液进行清洗，清洗过程不会过量腐蚀金属铝。

附图说明

图1是铝碳化硅陶瓷基板和dbc板焊接结构示意图；

其中，1、铝碳化硅陶瓷基板2、铝碳化硅陶瓷基板的镀铜层3铝碳化硅陶瓷基板上的镍硼可焊接层4、dbc板上的镀铜层5、dbc板上的镍硼可焊接层6、dbc板。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进一步详细说明。

本发明提供的一种基于pvd涂层的铝碳化硅陶瓷基板的焊接方法，包括以下步骤：

s1、铝碳化硅陶瓷基板和dbc板喷涂之前，基材先通过40g/l的丙酮除油剂除油并干燥；然后采用温度30-70℃的水洗1-10min，通过浓度为5-20％磷酸乙二胺溶液进行清洗，去污活化表面，温度19-30℃，时间20-50s；

s2、将清洗过的铝碳化硅陶瓷基板和dbc板在研磨机上进行抛光，抛光至平面光洁度ra＜0.008μm，抛光完成后采用s1方法清洗；

s3、将抛光的铝碳化硅陶瓷基板和dbc板放置在镀膜室，打开真空泵抽真空至0.1-0.01pa，将抛光的铝碳化硅陶瓷基板和dbc板加热到550-650℃后进行离子轰击，离子轰击电压200v-1kv负高压，时间10-40min，之后调节电流30-60a使铜镀料进行预熔，并除气1-2min。预熔完成后调节电流至70-100a进行蒸发沉积时间5-10min，打底膜层厚度1-5μm；

s4、将完成打底的铝碳化硅陶瓷基板和dbc板放置在镀膜室，打开真空泵抽真空至0.1-0.01pa，将打底的铝碳化硅陶瓷基板和dbc板加热到550-650℃后进行离子轰击，离子轰击电压200v-1kv负高压，时间10-40min，之后调节电流30-60a使镍硼镀料进行预熔，并除气1-2min。预熔完成后调节电流至70-100a进行蒸发沉积时间10-20min，膜层厚度5-30μm，镀完后按步骤s1进行清洗；

s5、镀膜完成后，铝碳化硅陶瓷基板和dbc板上分别依次镀有打底膜层和镍硼可焊接层，之后，将铝碳化硅陶瓷基板与dbc板进行叠放，在叠放时，如图1所示，将铝碳化硅陶瓷基板上的镍硼可焊接层和dbc板上的镍硼可焊接层对接，之后放置在回流炉中进行回流焊，回流炉中的工艺参数为：

(1)、预热区，自室温状态加热至200℃之间，其升温速率1-3℃/s；

(2)、恒温区，温度介于180-250℃之间，保温时间为60-120s；

(3)、回流焊温度280-330℃，时间为15-45s，回焊区升温速率1-3℃/s；

(4)、bga焊点脚peak温度为290-310℃，其余零件焊点脚peak温度小于330℃。

(5)、冷却区冷却速率2-4℃/s，冷却完成后完成焊接。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。