[发明专利]一种旋转预热摩擦微焊接方法

说明书

一种旋转预热摩擦微焊接方法，涉及一种焊接方法。为克服微连接领域采用软钎焊、热压焊等技术进行连接时存在连接温度高于钎料熔点、对微互连结构热冲击影响大的问题。本发明先采用细径劈刀夹持钻头在钎料中形成预定深度的定位孔；然后采用细径劈刀夹持待焊件，使劈刀带动待焊件以转速V₁、轴向进给速度V₀钻入定位孔中，钻入深度L₁停止轴向进给，提升转速保持S秒；然后降低至原转速，恢复轴向进给，待焊件钻入钎料至深度L₂，再停止轴向进给，提升转速保持S秒；再降低至原转速，恢复轴向进给，待焊件钻入最终连接深度H，停止轴向进给，提升转速保持S秒；最后停止劈刀的转动，待连接界面冷却。用于微连接技术领域的焊接过程。

技术领域

本发明涉及微连接技术领域，具体涉及一种焊接方法。

背景技术

在微连接技术领域，常常涉及不同材质的微、纳尺度部件之间的连接。目前芯片集成电路与外部环境之间、导电部件之间的电气连接和机械连接多是借助熔点相对较低的各种形态尺寸的软钎料的钎焊方法来实现连接，其次被采用方法有热压焊、甚至熔焊，但这些方法的最低连接温度需要依次达到250℃、300℃和被连接材料的熔点。加热温度最低的软钎焊中，超过钎料熔点的加热温度依然会对芯片及其上集成电路的各部分微、纳尺度的多种材质结构及连接造成热冲击影响。目前通用的锡基无铅钎料的熔点多在220℃左右，为使钎料良好润湿和连接，焊接温度一般至少需达到250℃。

为了实现更多功能，目前的电子产品的结构更趋复杂，需要的连接工序也就更多，芯片及其上集成电路等结构经历的加热次数因此增多，为降低热冲击对微小结构造成的组织劣化和力学损伤，更低温度的连接或者更少加热次数的连接就显得非常珍贵。

传统摩擦焊方法是利用焊件相对摩擦运动产生的热量使摩擦面及近区金属达到热塑性状态，随后迅速顶锻破碎摩擦界面的氧化膜，界面元素在持续压力作用下相互扩散并发生再结晶冶金反应而实现可靠连接的方法。摩擦焊方法可实现横截面形状尺寸相同的回转类零件的对接焊接和平板构件的对接焊接。

摩擦焊的突出优点是适合大多数同种或异种金属之间的连接，属于固相焊，无熔化和凝固冶金缺陷及脆化，因此无形成粗晶、偏析、裂纹和气孔的倾向；另外摩擦焊的焊合区晶粒细小、热影响区窄、夹杂弥散分布并具有界面“自清洁”作用，接头质量高。

但是摩擦焊目前仅应用于宏观尺度的构件间的连接，并没有应用于微连接技术领域的先例，微连接技术领域中的零部件材质、形状、性能与宏观尺度构件差异很大，同时尺寸微小，对于实现连接而言摩擦产热不足，业界未有相关考虑和应用。

发明内容

本发明为了克服目前微连接技术领域仅采用软钎焊、热压焊等技术进行连接时存在的连接温度高于钎料熔点、对微互连结构热冲击影响大的问题。

一种旋转预热摩擦微焊接方法，包括以下步骤：

步骤1、采用细径劈刀夹持钻头，劈刀向下轴向运动同时转动，钻入凹槽/通孔中的钎料中或焊盘上的钎料中预定深度L₁后，提起劈刀及钻头，在凹槽/通孔中的钎料中或焊盘上的钎料中形成预定深度为L₁的定位孔；

步骤2、采用细径劈刀夹持待焊件，在待焊件的待焊端涂覆钎剂，或在钎料定位孔中滴涂钎剂；

所述的待焊件为柱形连接件、插针或引线；

步骤3、使劈刀带动待焊件以V₁转速、V₀轴向进给速度缓慢钻入步骤1形成的钎料定位孔中；钻入深度达到L₁后，停止劈刀的轴向进给、且转速由V₁升高至V₂，保持该状态S秒，完成第一阶段的旋转摩擦预热过程；