CN110936013B - 一种可伐合金与异种金属的封接方法及封接体 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种可伐合金与异种金属的封接方法，该封接方法包括如下步骤：将可伐合金搭接在异种金属表面，所述可伐合金在所述异种金属表面自由伸展；控制激光器发射激光束；将所述激光束沿预设封接线进行激光热熔封接，其中，所述预设封接线为连续平滑线。另外，本发明也提出了一种根据上述封接方法制备而得的封接体。本发明技术方案中，所述可伐合金与所述异种金属进行激光热熔封接，所述可伐合金与所述异种金属结合为封接体，通过改造封接体结构，减少热熔封接过程中应力的产生，以及改进封接工艺、优化封接轨迹、精确地控制热量输入，从而使得所述可伐合金与所述异种金属之间的连接强度高，连接气密性强，不易于漏气。

Description

一种可伐合金与异种金属的封接方法及封接体

技术领域

本发明涉及异种金属之间的激光封接技术领域，具体地，涉及一种可伐合金与异种金属的封接方法。另外地，本发明也涉及一种根据上述封接方法制备而得的封接体。

背景技术

可伐合金具有与陶瓷最为接近的线膨胀系数，以及封装过程中产生的封接应力小，能够获得良好的封接气密性。另外地，可伐合金具有较好的成本优势，所以可伐合金能够成为电子封装行业中的封接材料。

然而，当可伐合金与异种金属进行封接时，封接质量不高，容易出现细裂纹，在应力的作用下容易导致漏气现象。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在于提出一种可伐合金与异种金属的封接方法，可伐合金与异种金属之间的连接强度高，连接气密性好，从而保证封接质量。

本发明采用的技术方案为：一种可伐合金与异种金属的封接方法，该封接方法包括如下步骤：

将可伐合金搭接在异种金属表面，所述可伐合金在所述异种金属表面自由伸展；

控制激光器发射激光束；

将所述激光束沿预设封接线进行激光热熔封接，其中，所述预设封接线为连续平滑线。

可选地，在所述控制激光器发射激光束的步骤中，所述激光器的输出功率为100-500W,所述激光器的调制频率为10-50kHz，占空比为10-100％，所述激光器发射的激光束波长为1060-1090nm。

可选地，在将所述激光束沿预设封接线进行激光热熔封接的步骤之前，还包括：沿所述预设封接线的侧边区域和/或沿所述预设封接线设置至少一组对称固定点，以将所述可伐合金与所述异种金属之间进行预固定。

可选地，当所述预设封接线具有对称中心点时，以该对称中心点为中心对称点，沿所述预设封接线的侧边区域和/或沿所述预设封接线设置对称固定点。

可选地，所述预设封接线为直线、平滑曲线或直线与平滑曲线的平滑连接结合线。

可选地，当所述平滑线为直线与平滑曲线的平滑连接结合线时，所述激光束沿曲线段速度比沿直线段速度快。

可选地，在将所述激光束沿预设封接线进行激光热熔封接的步骤中，所述激光束的聚焦点远离所述预设封接线。

可选地，所述激光束的聚焦点远离所述预设封接线2-6mm。

可选地，所述激光束的光路传输为单根光纤传输。

另外，本发明还提供一种封接体，该封接体是根据上述的可伐合金与异种金属的封接方法，制备而得。

在本发明技术方案中，所述可伐合金与所述异种金属作为封接材料，结合为封接体。所述可伐合金与所述异种金属进行激光热熔封接，所述可伐合金与所述异种金属结合为封接体，通过改造封接体结构，减少热熔封接过程中应力的产生，以及改进封接工艺、优化封接轨迹，从而保障所述可伐合金与所述异种金属之间的连接强度高，连接气密性强，不易于漏气。进一步地，通过设置特定的激光束，精确控制热量输入，从而实现所述可伐合金与所述异种金属之间的气密封接。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种可伐合金与异种金属的封接体示意图；

图2是本发明实施例提供的一种可伐合金与异种金属的封接流程示意图。

其中，主要附图标记说明：

异种金属10，可伐合金20，预设封接线21，固定点22。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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作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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明技术方案，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

可伐合金是电子封装行业中常用的金属封接材料，具有封接过程的封接热应力小，以及封接完成后气密性好等优点。本发明旨在于提出一种可伐合金与异种金属的封接方法，可伐合金与异种金属之间的连接强度高，连接气密性好，从而保证封接质量。

本发明实施例提出的技术方案主要是：将可伐合金搭接在异种金属表面，所述可伐合金在所述异种金属表面自由伸展；控制激光器发射激光束；将所述激光束沿预设封接线进行激光热熔封接，其中，所述预设封接线为连续平滑线；从而解决可伐合金壳体与异种金属材料在封接过程中，连接强度不高，连接气密性不强等技术问题。

请参阅图1-2，图1是本发明实施例提供的一种可伐合金与异种金属的封接体示意图，图2是本发明实施例提供的一种可伐合金与异种金属的封接流程示意图。

如图2所示，本发明实施例提出一种可伐合金20与异种金属10的封接方法，该封接方法包括如下步骤：

S10，将可伐合金20搭接在异种金属10表面，所述可伐合金20在所述异种金属10表面自由伸展；

S20，控制激光器发射激光束；

S30，将所述激光束沿预设封接线21进行激光热熔封接，其中，所述预设封接线21为连续平滑线。

具体地，在步骤S10中，所述异种金属10被放置于封接平台上，且与封接平台保持相对固定。所述异种金属10上表面呈平整状态，所述可伐合金20搭接在所述异种金属10上表面，从而所述可伐合金20在所述异种金属10上表面自由伸展，所述可伐合金20受到所述异种金属10上表面的约束力。所述可伐合金20与所述异种金属10之间紧密贴合，以保证所述可伐合金20与所述异种金属10之间的预设封接线21区域紧密贴合。

在步骤S20中，控制激光器发射激光束。具体地，在控制输入端输入控制参数，以使得所述激光器能够输出符合加工工艺参数的激光束。其中，所述激光器发射的激光束通过单根光纤进行光路传输，可选地，该光纤的芯径为20μm。采用单根光纤进行光路传输，具有激光束传输稳定，传输质量高等特点，利于精准控制。

其中，所述激光器的输出功率为100-500W,所述激光器的调制频率为10-50kHz，占空比为10-100％，所述激光器发射的激光束波长为1060-1090nm。

本发明技术方案中，采用精准控制的加工工艺参数，以能够精准控制热输入量，避免产生热量累积、应力集中，从而导致封接线不均匀、致密性差等质量问题。

在激光热熔封接过程中，热输入量的准确控制尤为重要。封接体存在漏气及连接强度不高的一个产生原因是因为封接线中具有裂纹，以及裂纹与应力共同起作用而产生。采用较大热输入量进行激光热熔封接时，封接线产生裂纹倾向严重；采用较小热输入量进行激光热熔封接时，封接线的焊缝过窄，容易产生封接气密性差以及连接强度不高等问题。因此，在本发明实施例中，采用科学合理的加工工艺参数，精准控制热输入量，避免热量累积，热应力能够及时释放，从而保证封接质量。

在步骤S30中，移动所述激光束，所述激光束沿所述预设封接线21进行激光热熔封接。可选地，所述激光束垂直地入射至所述可伐合金20表面，以作用于所述预设封接线21，从而进行激光热熔封接。

激光束具有很高的热能量，尤其地，激光束的聚焦点能量密度极高，可作用于金属材料，以进行热熔焊接。在本发明实施例中，激光束作用于金属材料，以能够使得所述可伐合金20与所述异种金属10共同局部热熔形成熔池，熔池冷却凝固形成封接连接头，从而将所述可伐合金20与所述异种金属10固定连接，从而实现热熔封接。本发明实施例中的封接连接头具有足够强的连接性能，以及稳定的气密性，不易于漏气。

在步骤S30中，所述预设封接线21为连续平滑线，不具有折角。可选地，所述预设封接线21为直线、平滑曲线或直线与平滑曲线的平滑连接结合线。在封接过程中，根据具体需求而设计出科学合理的预设封接线21，所述预设封接线21可以是直线、平滑曲线或者直线与平滑曲线的平滑连接结合线，不具有折角。

在激光热熔封接过程中，合理规划预设封接线21，具有特别意义。若所述预设封接线21不是连续平滑线，具有折角，那么，当所述激光束沿该预设封接线21进行热熔封接时，折角处的热量集中，热应力大，从而封接线裂纹倾向严重，致密性不足从而导致封接线连接强度不高以及漏气发生。在本发明实施例中，所述预设封接线21为连续平滑线，不具有折角，恰到好处地避免热量集中于某处、热应力大而致使热应力不能及时释放而产生裂纹的现象。

在具体实践中发现，直线、平滑曲线或直线与平滑曲线的平滑连接结合线都是平滑线，不具有折角。所述激光束沿直线、平滑曲线或直线与平滑曲线的平滑连接结合线进行激光热熔封接时，热量均匀，热应力小，热应力能够及时释放，极大地保障了热熔封接质量。

本发明实施例提供三种形式以能够将所述激光束沿所述预设封接线21进行激光热熔封接，如下：

第一种形式：

将所述可伐合金20与所述异种金属10相结合的封接体固定放置于封接平台，且封接平台保持固定，移动所述激光束沿所述预设封接线21进行激光热熔封接。具体地，所述激光器发射激光束，且激光束通过光纤进行光路传输，最终，所述激光束通过激光头射出，以进行激光热熔封接。在具体的封接过程中，移动激光头即可将所述激光束进行移动，以进行激光热熔封接。

第二种形式：

将所述可伐合金20与所述异种金属10相结合的封接体固定放置于封接平台，固定所述激光束，移动所述封接平台，则可将所述激光束沿所述预设封接线21进行激光热熔封接。参见上述第一种形式，将激光头保持相对固定，即可将所述激光束保持相对固定。

第三种形式：

将所述可伐合金20与所述异种金属10相结合的封接体固定放置于封接平台，移动封接平台，以及移动所述激光束，从而保证将所述激光束沿所述预设封接线21进行激光热熔封接。参见上述第一种形式，移动激光头即可将所述激光束进行移动，以配合封接平台移动，以进行激光热熔封接。

当然，本领域技术人员应该可以理解，为了使得所激光头能够沿直线或曲线移动，激光头可设置为沿固定的直线或曲线轨道移动，另外地，为了使得封接平台能够沿直线或曲线移动，封接平台可设置为沿固定的直线或曲线轨道移动，从而使得所述激光束能够沿所述预设封接线21进行热熔封接。

本发明实施例中，将所述激光束沿预设封接线21进行激光热熔封接的过程中，所述激光束沿所述预设封接线21的移动速度情况具体为：

当所述预设封接线21为直线时，所述激光束沿所述预设封接线21保持匀速相对移动；

当所述预设封接线21为平滑曲线时，所述激光束沿所述预设封接线21保持匀速相对移动；

当所述预设封接线21为直线与平滑曲线的平滑连接结合线时，所述激光束沿所述预设封接线21的直线段时，所述激光束沿所述预设封接线21的直线段保持匀速相对移动；

所述激光束由直线段进入平滑曲线段时，所述激光束沿平滑曲线段的移动速度比在直线段的移动速度偏大，其中的所述激光束在直线段与平滑曲线段的连接点处是匀加速状态；

所述激光束由平滑曲线段进入直线段时，所述激光束沿直线段的移动速度比在平滑曲线段的移动速度偏小，其中的所述激光束在平滑曲线段与直线段的连接点处是匀减速状态。

由上可知，所述激光束在所述预设封接线21的平滑曲线段的移动速度比在直线段的移动速度快。由于曲线的凹侧容易使得热量集中，导致热应力大，因此，在本发明实施例中，所述激光束在平滑曲线段的移动速度比在直线段的移动速度快，使得所述预设封接线21的曲线段热输入量小，热量容易释放，从而使得封接线均匀、致密，以保证封接质量。

本发明实施例中，在所述将所述激光束沿预设封接线21进行激光热熔封接，其中，所述预设封接线21为连续平滑线的步骤之前，还包括：沿所述预设封接线21的侧边区域和/或沿所述预设封接线21设置至少一组对称固定点22，以将所述可伐合金20与所述异种金属10之间进行预固定。

具体地，当所述预设封接线21为规则几何图形时，具有对称中心点，以所述预设封接线21的对称中心点为基准点，设置一组或多组对称固定点22。当所述预设封接线21为非规则几何图形时，不具有对称中心点，以所述预设封接线21的近似对称中心点为基准点，设置一组或多组对称固定点22。例如，圆、椭圆等规则几何图形的所述预设封接线21，对称中心点即为规则几何图形的中心点；对于非规则几何图形的所述预设封接线21，先将该预设封接线21近似处理，以形成近似的规则几何图形，以近似的规则几何图形的中心点即为该预设封接线21的对称中心点。

其中，所述对称固定点22是指以对称中心点为基准点，设置于封接体上的两中心对称的固定点22，固定点22用于预固定所述可伐合金20及所述异种金属10。

可选地，当所述预设封接线21是规则的几何图形时，具有对称中心点，以该对称中心点为基准点，沿所述预设封接线21的侧边区域和/或沿所述预设封接线21设置对称固定点22。

根据具体所需的封接线而设置出合理的所述预设封接线21，以所述预设封接线21的对称中心点为基准点，在封接体上设置出一组或多组的对称固定点22，科学合理的布局，以能够有效地增强所述可伐合金20与所述异种金属10之间的刚性连接，从而保证封接质量。

可以理解地，当所述预设封接线21为非规则的几何图形时，不具有对称中心点，此时，应将所述预设封接线21近似处理，以形成近似的规则几何图形，从而以近似的规则几何图形的中心点作为该预设封接线21的对称中心点，并以该对称中心点作为基准点，沿所述预设封接线21的侧边区域和/或沿所述预设封接线21设置对称固定点22。

本发明技术方案中，在进行激光热熔封接之前，封接体进行预固定处理(如图1)。在封接体的四周进行激光对称固定点22设置，增加所述可伐合金20与所述异种金属10之间的刚性连接，避免在热熔封接过程中，所述可伐合金20与所述异种金属10之间发生错位，导致封接失败。另外，在进行激光热熔封接之前，封接体进行预固定处理，增强封接体材料之间的刚性连接，从而控制封接过程中的膨胀、收缩产生的应力，减小形变。

进一步地，在本发明实施例中，在所述将所述激光束沿预设封接线21进行激光热熔封接，其中，所述预设封接线21为连续平滑线的步骤中，所述激光束聚焦点远离所述预设封接线21设置。所述激光束的聚焦点具有很高的能量密度，并光斑最小，作用于封接体上，则会在封接体上形成细小封接线。在保证所述激光束能够深入封接体，且具有较宽的封接宽度，以保证封接的连接强度以及连接的密封性的前提下，在本发明实施例中，采用将所述激光束聚焦点远离所述预设封接线21设置，避免细小的激光束光斑刚好作用于所述预设封接线21上。

本发明实施例中，所述激光束的聚焦点远离所述预设封接线21的距离为2-6mm。

另外，参见图1，本发明实施例提供一种封接体，该封接体是根据上述可伐合金20与异种金属10的封接方法，制备而得。

为了更好地理解本发明技术方案的突出优点，本发明实施例提供四种具体的封接方法，如下：

第一种封接方法：

本封接方法中，采用可伐合金4J33及冷轧钢板作为封接体材料。

将冷轧钢板固定放置于封接平台，呈水平放置；将可伐合金4J33放置于冷轧钢板之上，可伐合金4J33在冷轧钢板的上表面能够自由伸展。

采用激光器进行激光热熔封接。所述激光器发射激光束，所述激光束能够作用于封接体，以进行激光热熔封接。其中，所述激光器的输出功率为100-500W，所述激光器的调制频率为10-50kHz，占空比为10-100％，所述激光器发射的激光束波长为1060-1090nm。所述激光束通过单根光纤进行光束传输，并作用于封接体，其中，光纤芯径为20μm。

将所述激光束沿预设封接线21进行热熔封接。其中，所述预设封接线21是连续的非平滑线，具有折角90度。

当所述激光束沿所述预设封接线21的直线段移动时，相对移动的封接速度为20-100mm/s，在90度折角处保持匀速通过。

本封接方法中，所述激光束聚焦点在所述封接体之上，与可伐合金4J33的表面之间的距离为2-6mm。

采用本封接方法得到的封接体，通过封接线的连接强度以及连接气密性检测，封接线直线段无裂纹出现，在90度折角处具有重叠堆积现象，致密性差，有明显的裂纹倾向。

第二种封接方法：

本封接方法中，采用可伐合金4J33及冷轧钢板作为封接体材料。

将冷轧钢板固定放置于封接平台，呈水平放置；将可伐合金4J33放置于冷轧钢板之上，可伐合金4J33在冷轧钢板的上表面能够自由伸展。

采用激光器进行激光热熔封接。所述激光器发射激光束，所述激光束能够作用于封接体，以进行激光热熔封接。其中，所述激光器的输出功率为100-500W，所述激光器的调制频率为10-50kHz，占空比为10-100％，所述激光器发射的激光束波长为1060-1090nm。所述激光束通过单根光纤进行光束传输，并作用于封接体，其中，光纤芯径为20μm。

将所述激光束沿预设封接线21进行热熔封接。其中，所述预设封接线21是连续的非平滑线，具有折角120度。

当所述激光束沿所述预设封接线21的直线段移动时，相对移动的封接速度为20-100mm/s，在120度折角处保持匀速通过。

本封接方法中，所述激光束聚焦点在所述封接体之上，与可伐合金4J33的表面之间的距离为2-6mm。

采用本封接方法得到的封接体，通过封接线的连接强度以及连接气密性检测，封接线在直线段无裂纹出现，120度折角处具有重叠堆积现象，致密性偏差，有裂纹倾向。

第三种封接方法：

本封接方法中，采用可伐合金4J33及冷轧钢板作为封接体材料。

将冷轧钢板固定放置于封接平台，呈水平放置；将可伐合金4J33放置于冷轧钢板之上，可伐合金4J33在冷轧钢板的上表面能够自由伸展。

采用激光器进行激光热熔封接。所述激光器发射激光束，所述激光束能够作用于封接体，以进行激光热熔封接。其中，所述激光器的输出功率为100-500W，所述激光器的调制频率为10-50kHz，占空比为10-100％，所述激光器发射的激光束波长为1060-1090nm。所述激光束通过单根光纤进行光束传输，并作用于封接体，其中，光纤芯径为20μm。

将所述激光束沿预设封接线21进行热熔封接。其中，所述预设封接线21是连续的平滑线，具有120度圆角。

当所述激光束沿所述预设封接线21的直线段移动时，相对移动的封接速度为20-100mm/s，当所述激光束沿所述预设封接线21的曲线段移动时，相对移动的封接速度比沿直线段的速度快10mm/s。

本封接方法中，所述激光束聚焦点在所述封接体之上，与可伐合金4J33的表面之间的距离为2-6mm。

采用本封接方法得到的封接体，通过封接线的连接强度以及连接气密性检测，封接线的直线段无裂纹出现，曲线段致密性好，无明显裂纹及漏气现象。

第四种封接方法：

本封接方法中，采用可伐合金4J33及冷轧钢板作为封接体材料。

将冷轧钢板固定放置于封接平台，呈水平放置；将可伐合金4J33放置于冷轧钢板之上，可伐合金4J33在冷轧钢板的上表面能够自由伸展。

采用激光器进行激光热熔封接。所述激光器发射激光束，所述激光束能够作用于封接体，以进行激光热熔封接。其中，所述激光器的输出功率为100-500W，所述激光器的调制频率为10-50kHz，占空比为10-100％，所述激光器发射的激光束波长为1060-1090nm。所述激光束通过单根光纤进行光束传输，并作用于封接体，其中，光纤芯径为20μm。

将所述激光束沿预设封接线21进行热熔封接。其中，所述预设封接线21为连续平滑线，具有120度圆角。当所述激光束沿所述预设封接线21的直线段移动时，相对移动的封接速度为20-100mm/s，当所述激光束沿所述预设封接线21的曲线段移动时，相对移动的封接速度比沿直线段的速度快10mm/s。

本封接方法中，所述激光束聚焦点在所述封接体之上，与可伐合金4J33的表面之间的距离为2-6mm。

其中，在进行激光热熔封接之前，沿所述预设封接线21的侧边区域和/或沿所述预设封接线21设置至少一组对称固定点22，可选地，沿所述预设封接线21的侧边区域设置五组对称固定点22，以将所述可伐合金20与所述异种金属10之间进行预固定。可选地，通过激光束进行点固定。

采用本封接方法得到的封接体，通过封接线的连接强度以及连接气密性检测，封接线的直线段无裂纹出现，曲线段致密性好，封接线宽度均匀，封接质量统一，无裂纹及漏气现象。

综上：在本发明技术方案中，由所述可伐合金20与所述异种金属10作为封接材料，结合为封接体。所述可伐合金20与所述异种金属10进行激光热熔封接，所述可伐合金20与所述异种金属10结合为封接体，通过改造封接体结构，减少热熔封接过程中应力的产生，以及改进封接工艺、优化封接轨迹、精确地控制热量输入，从而使得所述可伐合金20与所述异种金属10之间的连接强度高，连接气密性强，不易于漏气。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可伐合金与异种金属的封接方法，其特征在于，该封接方法包括如下步骤：

将可伐合金搭接在异种金属表面，所述可伐合金在所述异种金属表面自由伸展；

控制激光器发射激光束；

将所述激光束沿预设封接线进行激光热熔封接，其中，所述预设封接线为连续平滑线；

所述激光器的输出功率为100-500W,所述激光器的调制频率为10-50kHz，占空比为10-100%，所述激光器发射的激光束波长为1060-1090nm；

在将所述激光束沿预设封接线进行激光热熔封接的步骤之前，还包括：沿所述预设封接线的侧边区域和/或沿所述预设封接线设置至少一组对称固定点，以将所述可伐合金与所述异种金属之间进行预固定；

所述预设封接线为直线、平滑曲线或直线与平滑曲线的平滑连接结合线，当所述平滑线为直线与平滑曲线的平滑连接结合线时，所述激光束沿曲线段速度比沿直线段速度快。

2.根据权利要求1所述的封接方法，其特征在于，当所述预设封接线具有对称中心点时，以该对称中心点为中心对称点，沿所述预设封接线的侧边区域和/或沿所述预设封接线设置对称固定点。

3.根据权利要求1所述的封接方法，其特征在于，在将所述激光束沿预设封接线进行激光热熔封接的步骤中，所述激光束的聚焦点远离所述预设封接线。

4.根据权利要求3所述的封接方法，其特征在于，所述激光束的聚焦点远离所述预设封接线2-6mm。

5.根据权利要求1所述的封接方法，其特征在于，所述激光束的光路传输为单根光纤传输。

6.一种封接体，其特征在于，该封接体是根据权利要求1-5任一项所述的可伐合金与异种金属的封接方法，制备而得。

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