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10 真空/氮气保护-激光无钎剂软钎焊技术
由于金属表面总是存在着氧化膜，阻碍钎料在材料表面的润湿和铺展，钎焊的基本问题就是如何去除氧化膜和防止再氧化。采用真空或者惰性气体保护可以有效地防止在钎焊加热过程中材料的再氧化。而真空或惰性气体保护时的去膜作用和材料有很大的关系，根据已有的资料，Au、Ti、无氧铜表面的氧化膜在钎焊的温度下会很快分解或者溶解入母材，容易实现钎焊；Al的氧化膜稳定性强，在钎焊温度下不会分解，非常难钎焊；Fe的氧化膜在钎焊温度下虽然不能完全分解，但会发生积聚，因此具有一定的可钎焊性。
真空保护下和在激光非常快速加热的条件，Cu焊盘表面的氧化膜是否可以分解或者破碎，实现无钎剂钎焊，已经对真空度的要求，在以下的研究中进行了阐述。
10.1 真空/氮气保护-激光无钎剂软钎焊设备
图10-1是真空/氮七保护-激光无钎剂钎焊的实验装置示意图。真空室的上盖采用石英玻璃材料，聚焦后的激光透过石英玻璃窗口照射到试件，进行加热。真空室内可以为真空或者充入氮气。
激光器为连续YAG激光器，波长1.06μm，激光功率和加热时间均可以进行计算机控制。
钎焊材料：焊盘为Cu，钎料为Sn/Pn共晶合金。
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10.2 真空/氮气保护-激光钎焊实验
为了确定基本的钎焊参数并为了进行对比，进行了有钎剂激光钎焊的工艺实验，实验在真空室中进行，真空度为大气压。实验结果如图10-2所示，0.9s和1.1s加热时间下的铺展
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面积基本相等，认为铺展已经达到稳定。
采用P=10W、t=0.9s的加热参数进行真空保护下(真空度为6×10-2Pa)无钎剂Sn-Pb钎料在Cu焊盘上的润湿铺展试验，试验结果如图10-3(a)所示。发现Sn-Pb钎料刚好开始熔化，几乎不能在Cu焊盘上润湿铺展。试验结果说明，无钎剂钎料的润湿铺展性不同于有钎剂钎料，与有钎剂钎料相同的激光加热条件下不能实现无钎剂激光软钎焊。因此，增加了激光加热时间观察钎料的润湿铺展效果。当激光加热时间为t=1s时钎料稍微润湿铺展，但是其结果仍然不很理想，如图10-3(b)所示。当激光加热时间为t=1.05s时钎料的润湿铺展结果有明显的改变，基本达到了有钎剂钎焊时的最佳润湿状态，如图10-3(c)所示。再增加激光加热时间达到1.1s时由于激光输入能量过多出现焊盘被烧毁现象。因此，无钎剂状态下激光的合适加热参数为P=10W、t=1.05s。
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10.3 真空度对钎料润湿性的影响
按照一般的理解，真空度越高、则氧化膜越容易分解，钎焊过程容易进行。但实验结果表明，在Cu焊盘上用Sn/Pb钎料进行软钎焊实验时，铺展面积先随真空度的增加而增加，当超过10-2Pa后铺展面积随真空度的增加而下降，即在10-2Pa时达到最大。如图10-4所示。
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王春青、李明雨<|||>
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哈尔滨工业大学<|||>
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2005-6-30 |
