[实用新型]一种适用于高硅铝合金钎焊的焊接接头

说明书

本实用新型公开了一种适用于高硅铝合金钎焊的焊接接头，用于钎焊连接高硅铝合金，所述焊接接头包括从上至下依次设置的上层高硅铝合金母材、钎料复合焊缝层和下层高硅铝合金母材；上层高硅铝合金母材和/或下层高硅铝合金母材的内侧还依次设有镀镍层和镀铜层；本实用新型解决了高硅铝合金之间钎焊连接时金属钎料与Si润湿性较差，以及钎料和高硅铝合金热膨胀系数不匹配引起的热应力疲劳问题，从而提高钎焊接头质量。

技术领域

本实用新型属于材料加工工程的焊接技术领域，具体涉及一种适用于高硅铝合金钎焊的焊接接头。

背景技术

高硅铝合金具有密度低、膨胀系数低、热导率高、比强度和刚度较高，与金、银、铜、镍的镀覆性能好，与基材可焊等优点，在航空航天飞行器电子系统、卫星基站、移动通讯系统和交通运输等领域也愈来愈多使用高硅铝合金结构件作为封装壳体。因此，随之而来的高硅铝合金连接技术便成为非常重要的问题。

钎焊作为高硅铝合金连接技术中效果较好的一种重要连接方式，是采用比母材熔化温度低的钎料，焊接温度介于母材固相线和钎料液相线之间的一种焊接技术。由于高硅铝合金中含有硬质硅相，用普通的软钎焊难以实现较好的连接，金属钎料与Si颗粒的润湿性较差，这使得焊接接头的连续性较差、气密性较低、强度较低，从而限制了高硅铝合金在电子封装领域的应用。而且硬质硅相的热膨胀系数较低，金属钎料热膨胀系数较高，金属钎料和高硅铝合金材料之间热膨胀系数差异较大，连接后的接头会存在较高的残余应力，降低接头强度；在封装外壳服役期间，多次的升温降温循环，还会引起热应力疲劳从而导致接头的失效。

因此，如何设计出使得钎料和高硅铝合金材料之间热膨胀系数匹配的焊接接头，从而提高钎焊接头质量，是目前该领域的研究目标之一。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型旨在提供一种适用于高硅铝合金钎焊的焊接接头，解决了金属钎料和高硅铝合金材料之间因为较大的热膨胀系数差异，接头存在的高残余应力导致的强度降低和热应力疲劳的问题。

为了达到上述的目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种适用于高硅铝合金钎焊的焊接接头，所述焊接接头包括从上至下依次设置的上层高硅铝合金母材、钎料复合焊缝层和下层高硅铝合金母材。

进一步的，上层高硅铝合金母材和/或下层高硅铝合金母材的内侧还依次设有镀镍层和镀铜层。

进一步的，所述焊接接头各层由搭接形式构成。

进一步的，所述钎料复合焊缝层为锡银铜层，所述锡银铜层内还分布有碳化硅颗粒。钎料复合焊缝层是将复合钎料与粘结剂混合制得，复合钎料中含有Cu 粉、Sn粉、Ag粉和SiC粉。粘结剂可以依据现有技术做适应性调整。

进一步的，所述上层高硅铝合金母材的厚度为0.5-20mm。

进一步的，所述下层高硅铝合金母材的厚度为0.5-20mm。

进一步的，所述钎料复合焊缝层的厚度为200-400um。

进一步的，所述镀镍层的厚度为40-80μm。

进一步的，所述镀铜层的厚度为20-40μm。

本发明钎料复合焊缝层含有复合钎料，复合钎料包括金属相与增强相。金属相为占钎料金属部分体积分数73％-84％的Sn、10％-17％的Ag、6％-11％的Cu。增强相为SiC颗粒，其与Sn、Ag、Cu金属部分总体积比为1:19-1:3。按复合钎料与粘结剂的体积比为1:1-1:2称取粘结剂，并将复合钎料与粘结剂混合均匀。所述粘接剂可以依据现有技术做适应性调整和选择。涂敷在电镀Ni及Cu层后的高硅铝合金表面进行钎焊。该钎料的成分百分比数值由线膨胀系数的Turner计算模型得到，该模型与实际线膨胀系数曲线拟合较好。