散熱冷板真空表面活化連接裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種散熱冷板真空表面活化連接裝置及方法；所述裝置包括中轉(zhuǎn)室、去膜室、鍍膜室、焊接室；所述中轉(zhuǎn)室分別與去膜室、鍍膜室、焊接室通過管道連接；所述中轉(zhuǎn)室、去膜室、鍍膜室、焊接室均設(shè)置有與抽真空裝置連接的抽真空接口；所述連接裝置還包括與中轉(zhuǎn)室、去膜室、鍍膜室、焊接室、抽真空裝置連接的控制裝置。所述方法包括去油步驟、抽真空步驟、去膜步驟、鍍膜步驟和焊接步驟。本發(fā)明的有益效果是：將去膜室、鍍膜室和焊接室在真空條件下進(jìn)行集成，使待焊件在完全真空條件下實現(xiàn)表面氧化膜去除、表面活化層鍍覆和焊接，避免了工件去膜后脫離真空環(huán)境造成的二次氧化，提高焊接質(zhì)量。
【專利說明】
散熱冷板真空表面活化連接裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及零件加工領(lǐng)域，具體涉及一種散熱冷板真空表面活化連接裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，微型化、高集成度、大功率電子器件得到廣泛應(yīng)用，致使電子元器件熱流密度急劇上升，高散熱問題日益突出。以相控陣天線為例，天線陣面上分布著成千上萬個T/R組件，它們排列緊湊，散熱空間小，這使得天線陣面的熱流密度很大，若這些熱量不能及時從天線陣面帶走，會導(dǎo)致天線陣面溫度升高，引起T/R組件性能下降甚至失效，從而影響天線電性能。目前已有的冷卻技術(shù)均達(dá)不到未來T/R組件的散熱要求，微通道散熱技術(shù)的出現(xiàn)為解決這一問題提供了新方法，該技術(shù)在散熱冷板中的應(yīng)用可以極大地增大T/R組件單位體積的換熱面積，已成為近年來國內(nèi)外廣泛關(guān)注的一項技術(shù)。
[0003]目前，國內(nèi)外散熱冷板成形主要采用真空釬焊技術(shù)，其過程均采用機(jī)械清理或化學(xué)清洗去除連接表面的氧化膜，然后置于真空爐中進(jìn)行釬焊。由這種操作流程會使清洗后的待焊面發(fā)生二次氧化，無法彎曲清除氧化膜，導(dǎo)致釬著率較低、剪切強(qiáng)度差、合格率低，難以滿足T/R組件散熱冷板100%無滲漏的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服上述傳統(tǒng)的真空釬焊的缺陷，提供一種散熱冷板真空表面活化連接裝置及方法，具體為一種T/R組件散熱冷板表面活化與連接裝置及方法，既能擴(kuò)大焊接工藝窗口，又能提尚焊縫性能。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明提供了一種散熱冷板真空表面活化連接裝置，包括中轉(zhuǎn)室、去膜室、鍍膜室、焊接室;所述中轉(zhuǎn)室分別與去膜室、鍍膜室、焊接室通過管道連接;所述中轉(zhuǎn)室、去膜室、鍍膜室、焊接室均設(shè)置有與抽真空裝置連接的抽真空接口；所述連接裝置還包括與中轉(zhuǎn)室、去膜室、鍍膜室、焊接室、抽真空裝置連接的控制裝置。
[0007]優(yōu)選地，所述中轉(zhuǎn)室內(nèi)設(shè)置有智能機(jī)械臂，智能機(jī)械臂與中轉(zhuǎn)室前側(cè)壁之間設(shè)有焊件托架，中轉(zhuǎn)室前側(cè)壁上設(shè)有中轉(zhuǎn)室爐門。
[0008]優(yōu)選地，所述智能機(jī)械臂包括依次連接的驅(qū)動關(guān)節(jié)、運動臂桿和夾持工具;所述驅(qū)動關(guān)節(jié)固定于中轉(zhuǎn)室底部中央。
[0009]優(yōu)選地，所述去膜室內(nèi)設(shè)置有去膜工作臺，去膜工作臺下方設(shè)置有加熱器;去膜室頂部、去膜工作臺上方設(shè)置有等離子轟擊源。
[0010]優(yōu)選地，所述焊接室中央設(shè)有焊接工作臺和焊接壓頭，所述焊接壓頭位于焊接工作臺上方;焊接室內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有加熱屏，焊接室右側(cè)壁上設(shè)有焊接室爐門，焊接室前側(cè)壁上設(shè)有觀察口。
[0011]優(yōu)選地，所述鍍膜室內(nèi)設(shè)置有磁控濺射工作臺，磁控濺射工作臺下方設(shè)置有加熱器;所述鍍膜室頂部、磁控濺射工作臺上方設(shè)置有磁控濺射器。
[0012]優(yōu)選地，所述管道上均設(shè)置有閥門。
[0013]優(yōu)選地，所述管道為金屬管道。
[0014]本發(fā)明還提供了一種基于所述裝置的散熱冷板真空表面活化連接方法，所述方法包括以下步驟:
[0015]去油步驟:將靶材和待焊件分別進(jìn)行去油處理；
[0016]抽真空步驟:將待焊件放入中轉(zhuǎn)室后，對中轉(zhuǎn)室、去膜室、鍍膜室和焊接室進(jìn)行抽真空處理；
[0017]去膜步驟:抽真空處理后，將待焊件送入去膜室進(jìn)行表面氧化膜清理；
[0018]鍍膜步驟:將去膜后的待焊件送入鍍膜室進(jìn)行表面鍍覆活化層處理；
[0019]焊接步驟:將鍍膜步驟處理后的待焊件裝配后，送入焊接室，進(jìn)行加熱加壓焊接；
[0020]所述待焊件在裝置中的抓取、傳送和放置均通過智能機(jī)械臂實現(xiàn)。
[0021]優(yōu)選地，去油步驟中，所述靶材包括S1、Cu或Ni;所述去油處理包括采用丙酮對靶材進(jìn)行擦拭和采用酒精對待焊件進(jìn)行擦拭。
[0022]更優(yōu)選地，所述靶材的純度至少為99.99% ;所述擦拭時間至少為3min。
[0023]優(yōu)選地，抽真空步驟中，經(jīng)抽真空處理后，去膜室、中轉(zhuǎn)室、鍍膜室和焊接室的真空度為I X 10—3Pa。
[0024]優(yōu)選地，去膜步驟中，所述去膜溫度為260°C，真空度高于IX 10—4Pa,采用等離子轟擊源去除表面氧化膜;等離子轟擊源與待焊件的距離為60mm。
[0025]優(yōu)選地，鍍膜步驟中，所述鍍膜溫度為300°C，真空度高于IX 10—4Pa,采用磁控濺射器將靶材鍍覆在待焊件表面，鍍覆SOmin進(jìn)行活化沉積;所述靶材與待焊件的距離為60mm。
[0026]優(yōu)選地，所述裝配具體包括將待焊件重疊放置，沉積有薄膜的表面相鄰的步驟。
[0027]優(yōu)選地，焊接步驟中，所述加壓的方法包括采用焊接壓頭對待焊件施加均布壓力的步驟，真空度高于I X 10—4Pa;所述焊接溫度為:待焊件20min內(nèi)均勻加熱至300°C，保溫90min;待焊件40min內(nèi)均勾加熱至500°C，保溫60min;待焊件20min內(nèi)均勾加熱至550°C，保溫6min。
[0028]優(yōu)選地，所述方法還包括在焊接步驟后，將焊接好的焊件冷卻至室溫后取出。
[0029]優(yōu)選地，所述焊件冷卻2h內(nèi)，保持裝置內(nèi)真空度高于IX 10—4Pa;冷卻2h后，關(guān)閉抽真空裝置。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0031]I)將去膜室、鍍膜室和焊接室在真空條件下進(jìn)行集成，并通過智能機(jī)械臂進(jìn)行抓取、傳送和放置，使待焊件在完全真空條件下實現(xiàn)表面氧化膜去除、表面活化層鍍覆和焊接，避免了工件去膜后脫離真空環(huán)境造成的二次氧化，提高焊接質(zhì)量。
[0032]2)離子轟擊去膜有效的提高氧化膜去膜質(zhì)量。
[0033]3)磁控濺射鍍膜實現(xiàn)靶材直接沉積在待焊面，避免出現(xiàn)氣孔和夾雜等缺陷。
[0034]4)磁控濺射鍍膜涂層能有效降低真空釬焊的溫度。
【附圖說明】
[0035]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0036]圖1為本發(fā)明的一種散熱冷板真空表面活化連接裝置結(jié)構(gòu)示意圖；其中:1_去膜室;2-中轉(zhuǎn)室;3-智能機(jī)械臂;4-鍍膜室;5-焊接室;6-抽真空裝置;7-控制裝置;8-等離子轟擊源;9-去膜工作臺；10-加熱器;11-閥門；12-管道;13-焊件托架；14-中轉(zhuǎn)室爐門；15-驅(qū)動關(guān)節(jié)；16-運動臂桿；17-夾持工具；18-磁控濺射器；19-磁控濺射工作臺；20-加熱屏；21-觀察口 ； 22-焊接工作臺；23-焊接壓頭;24-焊接室爐門；
[0037]圖2為本發(fā)明實施例中待焊件A和B結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖3為本發(fā)明的一種散熱冷板真空表面活化連接方法的流程圖；
[0039]圖4為本發(fā)明實施例中焊接步驟的加熱曲線。
【具體實施方式】
[0040]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0041 ] 實施例
[0042]本實施例提供了一種散熱冷板真空表面活化連接裝置及方法，所示裝置如圖1所示，包括去膜室1、中轉(zhuǎn)室2、鍍膜室4、焊接室5;所述中轉(zhuǎn)室2分別與去膜室1、鍍膜室4、焊接室5通過管道12連接;所述中轉(zhuǎn)室2、去膜室1、鍍膜室4、焊接室5均設(shè)置有與抽真空裝置6連接的抽真空接口；所述連接裝置還包括與中轉(zhuǎn)室1、去膜室2、鍍膜室4、焊接室5、抽真空裝置6連接的控制裝置7。
[0043]所述去膜室I內(nèi)設(shè)置有去膜工作臺9，去膜工作臺9下方設(shè)置有加熱器10;去膜室I頂部、去膜工作臺9上方設(shè)置有等離子轟擊源8。
[0044]所述中轉(zhuǎn)室2內(nèi)設(shè)置有智能機(jī)械臂3，智能機(jī)械臂3與中轉(zhuǎn)室2前側(cè)壁之間設(shè)有焊件托架13，中轉(zhuǎn)室2前側(cè)壁上設(shè)有中轉(zhuǎn)室爐門14。
[0045]所述智能機(jī)械臂3包括依次連接的驅(qū)動關(guān)節(jié)15、運動臂桿16和夾持工具17;所述驅(qū)動關(guān)節(jié)15固定于中轉(zhuǎn)室2底部中央。
[0046]所述鍍膜室4內(nèi)設(shè)置有磁控濺射工作臺19，磁控濺射工作臺19下方設(shè)置有加熱器1;所述鍍膜室4頂部、磁控濺射工作臺19上方設(shè)置有磁控濺射器18。
[0047]所述焊接室5中央設(shè)有焊接工作臺22和焊接壓頭23，所述焊接壓頭23位于焊接工作臺22上方;焊接室5內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有加熱屏20，焊接室5右側(cè)壁上設(shè)有焊接室爐門24，焊接室5前側(cè)壁上設(shè)有觀察口 21。
[0048]所述管道12上均設(shè)置有閥門11。
[0049]本實施例所述的本散熱冷板真空表面活化連接方法，其工藝流程如圖3所示，包括以下步驟:
[0050]I)靶材和待焊件焊前清洗
[0051]選用高純度的硅靶材，采用丙酮擦拭對硅靶材進(jìn)行擦拭，時間不少于3min;采用酒精對圖2中的待焊件A和B進(jìn)行擦拭，時間不少于3min。
[0052]2)各室抽真空[0053 ]打開圖1中的中轉(zhuǎn)室2的中轉(zhuǎn)室爐門14，將待焊件A和B放入中轉(zhuǎn)室2內(nèi)焊件托架13，關(guān)閉中轉(zhuǎn)室爐門14，通過控制裝置7啟動抽真空裝置6對去膜室1、中轉(zhuǎn)室2、鍍膜室4、焊接室
5分別進(jìn)行抽真空處理，直至各室真空度達(dá)到I X 10—3Pa。
[0054]3)待焊件A表面去膜
[0055]啟動中轉(zhuǎn)室2內(nèi)智能機(jī)械臂3，通過夾持工具17抓取待焊件A，打開中轉(zhuǎn)室2與去膜室I之間的閥門11，在驅(qū)動關(guān)節(jié)15和運動臂桿16的作用下通過金屬管道12將待焊件A送入去膜室I的去膜工作臺9，關(guān)閉中轉(zhuǎn)室2與去膜室I之間的閥門11;通過控制系統(tǒng)7啟動抽真空系統(tǒng)6對去膜室I進(jìn)行抽真空直至真空度達(dá)到I X 10—4Pa,利用去膜工作臺9下方的加熱器10對待焊件A進(jìn)行加熱至260°C，然后開啟去膜室I上壁的等離子轟擊源7對待焊件A表面進(jìn)行去膜。
[0056]4)待焊件A表面活化
[0057]待去膜完畢后，打開中轉(zhuǎn)室2與去膜室I之間的閥門11，利用智能機(jī)械臂3抓取去膜后的待焊件A，退回中轉(zhuǎn)室2，關(guān)閉中轉(zhuǎn)室2與去膜室I之間的閥門11，然后打開中轉(zhuǎn)室2與鍍膜室4之間的閥門11，通過智能機(jī)械臂3將待焊件A送入鍍膜室4的磁控濺射工作臺19，退出智能機(jī)械臂3，關(guān)閉中轉(zhuǎn)室2與鍍膜室4之間的閥門11;通過控制系統(tǒng)7啟動抽真空系統(tǒng)6對鍍膜室4進(jìn)行抽真空直至真空度達(dá)到I X 10—4Pa,利用磁控濺射工作臺19下方的加熱器10對待焊件A進(jìn)行加熱至300°C，然后開啟鍍膜室4上壁的磁控濺射器18對待焊件A表面進(jìn)行鍍覆活化層，鍍覆時間80min。
[0058]5)待焊件A焊前裝配
[0059]待鍍膜完畢后，打開中轉(zhuǎn)室2與鍍膜室4之間的閥門11，利用智能機(jī)械臂3抓取鍍膜后的待焊件A，退回中轉(zhuǎn)室2，關(guān)閉中轉(zhuǎn)室2與鍍膜室4之間的閥門11，然后打開中轉(zhuǎn)室與焊接室5之間的閥門11，通過智能機(jī)械臂3將待焊件A送入焊接室5焊接工作臺23，退出智能機(jī)械臂3，關(guān)閉中轉(zhuǎn)室與焊接室5之間的閥門11。
[0060]6)待焊件B表面處理和裝配
[0061]重復(fù)步驟3-5，對待焊件B進(jìn)行表面去膜和活化，通過智能機(jī)械臂3將其與待焊件A裝配，并通過焊接室4前側(cè)觀察口 21進(jìn)行焊前確認(rèn)，確保待焊件A和待焊件B精確對準(zhǔn)放置、沉積有薄膜的表面相鄰。
[0062]7)待焊件A和B壓力連接
[0063]通過控制系統(tǒng)7啟動抽真空系統(tǒng)6對焊接室5進(jìn)行抽真空直至真空度達(dá)到IX 10—4Pa,利用焊接室5四周的加熱屏20對將待焊件A和B進(jìn)行加熱至550°C，加熱曲線如圖4所示，然后在焊接壓頭23的作用下對裝配好的待焊件A和B進(jìn)行加壓連接。
[0064]8)焊后冷卻
[0065]焊接件爐冷卻2h內(nèi)，焊接室4內(nèi)部真空度繼續(xù)保持IX 10—4Pa,冷卻2h后，不再抽真空，待焊接室4冷卻至室溫，打開焊接室4爐門24將焊件取出。
[0066]本實施例得到的散熱冷板焊合率達(dá)到99%，接頭室溫剪切強(qiáng)度達(dá)到40Mpa以上，在1.0Mpa條件下保壓5min無泄漏，成形溫度較鋁合金傳統(tǒng)真空釬焊降低30-60°C。
[0067]綜上所述，本發(fā)明的將去膜室、鍍膜室和焊接室在真空條件下進(jìn)行集成，并通過智能機(jī)械臂進(jìn)行抓取、傳送和放置，使待焊件在完全真空條件下實現(xiàn)表面氧化膜去除、表面活化層鍍覆和焊接，避免了工件去膜后脫離真空環(huán)境造成的二次氧化，提高焊接質(zhì)量;離子轟擊去膜有效的提高氧化膜去膜質(zhì)量。磁控濺射鍍膜實現(xiàn)靶材直接沉積在待焊面，避免出現(xiàn)氣孔和夾雜等缺陷，且磁控濺射鍍膜涂層能有效降低真空釬焊的溫度。
[0068]以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請的實施例和實施例中的特征可以任意相互組合。
【主權(quán)項】
1.一種散熱冷板真空表面活化連接裝置，其特征在于，包括中轉(zhuǎn)室、去膜室、鍍膜室、焊接室;所述中轉(zhuǎn)室分別與去膜室、鍍膜室、焊接室通過管道連接;所述中轉(zhuǎn)室、去膜室、鍍膜室、焊接室均設(shè)置有與抽真空裝置連接的抽真空接口；所述連接裝置還包括與中轉(zhuǎn)室、去膜室、鍍膜室、焊接室、抽真空裝置連接的控制裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱冷板真空表面活化連接裝置，其特征在于，所述中轉(zhuǎn)室內(nèi)設(shè)置有智能機(jī)械臂，智能機(jī)械臂與中轉(zhuǎn)室前側(cè)壁之間設(shè)有焊件托架，中轉(zhuǎn)室前側(cè)壁上設(shè)有中轉(zhuǎn)室爐門。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱冷板真空表面活化連接裝置，其特征在于，所述智能機(jī)械臂包括依次連接的驅(qū)動關(guān)節(jié)、運動臂桿和夾持工具;所述驅(qū)動關(guān)節(jié)固定于中轉(zhuǎn)室底部中央。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱冷板真空表面活化連接裝置，其特征在于，所述去膜室內(nèi)設(shè)置有去膜工作臺，去膜工作臺下方設(shè)置有加熱器;去膜室頂部、去膜工作臺上方設(shè)置有等離子轟擊源。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱冷板真空表面活化連接裝置，其特征在于，所述焊接室中央設(shè)有焊接工作臺和焊接壓頭，所述焊接壓頭位于焊接工作臺上方;焊接室內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有加熱屏，焊接室右側(cè)壁上設(shè)有焊接室爐門，焊接室前側(cè)壁上設(shè)有觀察口。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱冷板真空表面活化連接裝置，其特征在于，所述鍍膜室內(nèi)設(shè)置有磁控濺射工作臺，磁控濺射工作臺下方設(shè)置有加熱器;所述鍍膜室頂部、磁控濺射工作臺上方設(shè)置有磁控濺射器。7.—種基于權(quán)利要求1所述裝置的散熱冷板真空表面活化連接方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 去油步驟:將靶材和待焊件分別進(jìn)行去油處理； 抽真空步驟:將待焊件放入中轉(zhuǎn)室后，對中轉(zhuǎn)室、去膜室、鍍膜室和焊接室進(jìn)行抽真空處理； 去膜步驟:抽真空處理后，將待焊件送入去膜室進(jìn)行表面氧化膜清理； 鍍膜步驟:將去膜后的待焊件送入鍍膜室進(jìn)行表面鍍覆活化層處理； 焊接步驟:將鍍膜步驟處理后的待焊件裝配后，送入焊接室，進(jìn)行加熱加壓焊接； 所述待焊件在裝置中的抓取、傳送和放置均通過智能機(jī)械臂實現(xiàn)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的散熱冷板真空表面活化連接方法，其特征在于，去膜步驟中，所述去膜溫度為260°C，真空度高于I X 10—4Pa，采用等離子轟擊源去除表面氧化膜;等離子轟擊源與待焊件的距離為60mm。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的散熱冷板真空表面活化連接方法，其特征在于，鍍膜步驟中，所述鍍膜溫度為300°C，真空度高于I X 10—4Pa，采用磁控濺射器將靶材鍍覆在待焊件表面，鍍覆80min;所述革E材與待焊件的距離為60mm。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的散熱冷板真空表面活化連接方法，其特征在于，焊接步驟中，所述加壓的方法包括采用焊接壓頭對待焊件施加均布壓力的步驟，真空度高于I X 10—4Pa;所述焊接溫度為:待焊件20min內(nèi)均勾加熱至300°C，保溫90min;待焊件40min內(nèi)均勾加熱至5000C，保溫60min;待焊件20min內(nèi)均勻加熱至550°C，保溫6min。
【文檔編號】B23K1/008GK106077863SQ201610443939
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】彭赫力, 劉海建, 何光榮, 李中權(quán), 張小龍, 袁勇, 鐘益平
【申請人】上海航天精密機(jī)械研究所