[发明专利]在铝工件上形成紧密配合银表面的方法

说明书

发明领域

本发明涉及在铝工件上形成高导电表面的方法。通过共晶连接法在工件上形成高导电银层。逐渐升高铝工件的温度，除去工件表面形成的氧化层。在第一个加热阶段后，要附着的银工件被转移到清洁的表面上，通过同时对接触点施加载荷，加热到在铝和银之间产生与共晶点一致的合金的温度，在其固化时，形成冶金连接。

发明背景

铝是导电结构中广泛使用的一种金属，因为其传导性非常好。然而，在空气气氛中铝在其表面形成氧化物层，显著的阻碍了传送到或由铝工件传出的电流的传导率。有时，需要局部改善铝工件的导电率，例如通过将铜工件连接到铝工件上来实现。同样还知道一些使铝和银连接的方法，尽管并不总是为了提高导电率。

当一些其它材料连接到铝时，通常最大的问题是在空气气氛中铝的立即氧化。在通常的焊接方法中，产生的氧化铝难以永久去除。例如，商用的含镉和氟化物的焊剂不能除去足量的氧化物，通过焊接形成的连接是多孔的并且是不牢固的。

由WO申请2004/042121已知一种方法，在铝电极支撑棒上形成银涂层。特别地，通过热喷涂方法获得铝和涂层材料间的接触。热喷涂技术破坏了铝的钝化层即氧化层，使得金属的接触好到足以形成冶金连接并使涂层附着在基板上。

通过热喷涂方法能获得铝表面上的密封涂层，但是这种方法需要的装置相当昂贵。此外，就该方法的效率而言，典型地在热喷涂方法中，并非所有涂层材料均可停留在要涂覆的工件的表面，而是浪费了一些涂层材料。

EP专利公告28763描述了一种用于连接各金属工件的方法。工件可以是同种金属或不同的金属。在专利中描述的金属连接是Al-Al，Cu-Cu和Al-Cu，也描述了在要连接的工件间引入中间介质的连接，如嵌入硅、铝-硅合金或银。通过压力在升高的氧压力下进行连接，利用了金属间发生的共晶反应。共晶反应所需的温度依赖于要进行连接的材料，使用的温度在共晶温度到共晶温度+50℃范围内。该方法的描述揭示了当使用富氧气氛加热工件时，在工件接触处形成的氧化层随着液化的共晶合金被挤出。在实施例中使用纯氧，使用的压力在150-710巴。

EP公开中描述的工件彼此间的连接在非常高的压力下发生，将杂质和在加热过程中氧化的层挤出连接点之外。然而，加热过程中氧气氛和高压的使用使得该方法成为一种非常昂贵的连接方法。

JP申请57195592涉及连接银和铝的方法，其中通过热压和在真空或惰性气氛下进行连接从而阻止了表面的氧化。

JP申请中描述的通过热压和在真空或惰性气氛下的金属连接并不是特别经济有效的连接办法。

发明目的

本发明的目的在于消除在上述方法中出现的缺点。

本发明的目的在于提出一种在铝工件上形成高导电银层的简单并廉价的方法。目的在于提出一种在常规或稍为还原性环境中在铝工件表面形成银涂层的方法，其中，在连接中使用的载荷仅为现有技术中使用的一部分。

本发明的目的在于提出一种方法，其中分阶段加热铝工件，使得在加热阶段间在铝表面上放置银工件。也可在放置银工件之前，从铝工件表面上除去氧化物层。

发明概述

在附加权利要求中给出了根据发明的方法的基本特征。

本发明涉及在铝工件表面上形成高导电银涂层的方法，其中分阶段加热去除氧化物层的铝工件。在第一加热阶段后，把银工件放到铝表面上。至少在铝和银之间的共晶反应所需的温度进行第二加热阶段，其中通过金属间的扩散和熔融层形成冶金连接。在空气或稍为还原的条件下进行加热。对连接点施加0.2-3巴的载荷。优选地，载荷是点式的(Spot-like)并且是重复循环。在第一加热阶段后并将银工件放在连接表面上之前，从铝工件连接表面上除去氧化物层。

发明的详细描述

基于银和铝的平衡图，已知最小的共晶熔点为567℃。从400℃最高到共晶温度，银在铝中的溶解度急剧增加，其中最大溶解度约56重量％。在共晶点铝在银中的溶解度约5重量％。当温度升高工件进行连接时，在银表面形成一薄的氧化物膜，然而，在约200℃温度氧化物薄膜破裂。这使得能够有效扩散并产生冶金连接反应。

在现在开发的方法中，目的是尽可能的容易并简单地在铝和银间形成冶金连接。根据该方法，清除铝工件连接区域的氧化物层，并加热到270-330℃，优选300℃。可通过机械方式例如研磨除去氧化物层，因为通常所述的连接区域不是很大。如果必要，也可在第一加热阶段后除去氧化物层。然而，通过正确定位、线性操作阶段以及正确的同步加工，可容易地避免在高温下除去氧化物层，并且能在开始加热前完成整个处理。然而，为了无条件的确保高质量，也可在加热阶段之间进行研磨。