铝钎焊技术在电子产品中的应用-真空钎焊

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1、铝钎焊技术在电子产品中的应用作者：电子36研究所余红华摘要：主要介绍了电子产品中使用的铝合金散热器、冷板和平板缝隙天线等工件的铝钎焊技术，对钎焊接头与夹具、工艺参数和加工过程进行了较详细的论述。关键词：铝合金；炉中钎焊；夹具1引言由于铝合金密度小、耐腐蚀、导热和导电性好，且具有一定的比强度，铝合金材料应用范围不断扩大，电子设备中散热器、冷板和平板缝隙天线基本上采用铝合金钎焊结构。散热器、冷板体积大，对钎缝成形和变形有一定要求，液冷系统中的冷板要求能承受0.4MPa的工作水压，根据不同要求可选用炉焊、真空钎焊工艺，其中真空钎焊适合质量要求

2、高的零件。平板缝隙天线由1mm厚的辐射板、隔板、底板组成的共壁波导阵和馈电波导焊接成形，该天线结构复杂，目前国内外对此零件通常以数控加工成形，装配后采用盐浴焊、真空钎焊等几种焊接方式整体焊接，在制造工艺上存在一系列问题，尤其是天线的组合钎焊，波导作为微波传输通道，它要求有严格的截面尺寸、形位公差要求，钎焊后不仅要有合适的内腔圆角，同时不能在内腔形成金属堆积、熔蚀等缺陷，更不能有未焊上的钎缝和截面的翘曲变形，任何加工不合适都会影响天线的相位和驻波，所以这些结构特点给平板缝隙天线加工带来了很大的难度。2铝钎焊原理2.1空气炉中钎焊空气炉中钎

3、焊是最简单的炉中钎焊方法。钎焊时把装配好并加上钎料及钎剂的工件放入电炉中，工件被加热到钎焊温度后，依靠钎剂去除母材表面的氧化膜，使钎料流入接头间隙。取出冷却后便形成钎焊接头。由于炉中钎焊的加热周期较长，为了减少工件氧化，防止钎剂蒸发和丧失活性，应尽量缩短工件在高温下停留时间，钎焊工件的加热时间根据工件和夹具的大小而不同，一般通过试验确定。空气炉中钎焊设备简单，成本较低，加热均匀，变形小。但最大的缺点是钎焊过程中母材暴露在空气中，钎剂会发生严重的氧化，如果采用氮气保护效果会更好。另外由于氯化物钎剂钎渣的强烈吸潮性，钎焊接头易发生腐蚀，所以

4、铝钎焊使用的钎剂最好是无腐蚀钎剂，其中QF型［1，2］钎剂是氟化物钎剂，它由KF及ALF3组成，当KF为45.8%、ALF3为54.2%时，钎剂中将不存在KF及ALF3，而全部形成K3AlF6-KAlF4，由相图可知其共晶温度为562℃。该种钎剂不吸潮，在室温下不与水和铝发生反应，仅在钎焊温度附近有活性，焊后残渣不会引起腐蚀，在钎焊过程中去膜能力强，钎焊后接头耐蚀性好，钎缝致密性好，能用于铝合金空气炉中钎焊，但如果在潮湿的空气中加热这种钎剂时，钎剂成分要发生变化而影响去膜能力。另外，各个厂家生产的钎剂质量相差较大，在加热时间较长时尤其明

5、显，有的钎剂根本不能完成钎焊，文献［3］指出，在加热温度、焊前清洗等正常情况下，钎剂质量波动是造成钎焊质量大幅度波动的主要原因。2.2真空钎焊真空钎焊是为适应宇宙航空、海洋开发、原子能、电子工业及化学工业的需要而发展起来的一种较新的钎焊方法。真空焊接过程不需要钎剂即能连接铝钛等高活性金属，同时能保证获得精密光亮的接头，此接头具备优良的机械性能和抗腐蚀性能。真空钎焊是在真空炉中进行，随着真空炉性能价格比的不断提高，铝真空钎焊炉已在民品、军品工业中得到大量应用，铝真空钎焊相比盐浴钎焊和钎剂钎焊具有明显的优点：1）无毒和无污染；2）不使用钎剂

6、，不存在焊渣，无需焊后清洗，节约人力物力；3）在真空中加热，没有氧化问题，可以加工很大的工件；4）加热均匀，变形量小，可以做到焊后不修整，这对于焊后难于清洗和修整的高精度铝波导是非常必要的，同时对于风冷散热器、水冷冷板的钎焊也比较适合。真空炉由真空室、加热器、控制系统和配套的真空系统组成。现在主流的铝真空钎焊为冷壁炉，采用水冷炉壁，生产条件好，钎焊的工件质量高，适用于小批量、多品种零件的加工。3工艺过程3.1基体材料、钎料及使用表1是几种常用钎焊基体材料、钎料的物理和机械性能。由于LF21、LD31铝合金材料的固相线温度比其他铝合金高，

7、比较适合铝合金高温钎焊，LF21铝合金适用于各种结构件，而LD31铝合金可热处理强化，其加工性能、抗腐蚀性能、力学性能良好，适用于真空钎焊后需热处理强化的结构件，如平板缝隙天线等。在散热器、冷板加工过程中发现10mm左右的铝合金原材料有一定的变形，会影响装配过程和钎焊质量，也增大后续铣加工量，冷校平很难解决这一问题，通过试验采用热校平工艺很好地解决了此问题。钎料是钎焊工艺中的关键连接材料，Al-Si、Al-Si-Sr-La共晶钎料适合于空气炉、气体保护炉有钎剂钎焊，目前使用的为Φ1.5mm的盘状钎料，为了使钎料贴近钎缝形成满意的焊缝，要

8、求钎料必须直，在校直过程中我们采用退火工艺后拉直，现在钎料可以做的很直，有利于钎焊质量的提高。Al-Si-Mg钎料及复合钎料板适用于真空钎焊，在钎料中加入一定量的Mg，可以提高局部去膜效果。3.2钎剂和活化