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静压扩散焊的方式
发布时间:2022-12-17

根据扩散焊的应用,与氧化物或氮化物形成焊接膜可能是有利的。

例如,由于在原子扩散焊接过程中形成的焊接膜是大约几埃的薄膜,因此可以获得几乎透明的焊接界面,即使由金属形成也几乎没有导电性。然而,在具有金属性能的接合膜中,光仍然在焊接界面处被吸收,其少量约为1%至2%,并且保留少量的导电性。因此,会保留如此少量的残余光。在某些情况下,使用金属焊接膜的原子扩散焊接不能用作高亮度设备和电子设备的粘合方法,即使它们是吸收性或导电性的。

在这种情况下,如果可以与具有绝缘性能和透明度的氧化物键合膜(例如Al2O3(蓝宝石))而不是金属焊接膜(例如Al))焊接,则通常使用原子扩散焊接方法。可以将连接目标扩展到无法连接的目标。

此外,在粘合功率器件的散热绝缘材料时,也存在需要粘合薄膜绝缘性能和导热性的情况。

在这种情况下,作为Al氧化物的Al2O3在绝缘方面符合要求,但其导热系数低至Al的1/6左右(见下表1),在导热性方面。无法满足需求。

另一方面,Al的氮化物AlN(氮化铝)的导热系数约为Al2O3(蓝宝石)的四倍,并且导热系数接近Al,因此它可以为功率器件散热。在需要绝缘性和导热性的应用中,例如在连接绝缘材料时,与氮化物键合膜(如AlN)进行原子扩散焊接可能是有利的。..

此外,许多氧化物和氮化物具有高硬度和优异的耐磨性和耐热性,并且使用氧化物和氮化物形成的粘合膜进行原子扩散焊接。如果这是可能的,这些特性可以赋予焊接膜,这将有助于原子扩散焊接方法的新应用的发展。

在上述中,在待焊接基材的每个粘合表面上形成无机焊接剂层,并且通过离子束照射等蚀刻和叠加无机粘合剂层的表面。描述了一种用于粘接的表面活化粘接方法,并且作为该无机焊接层的材料,氧化物如氧化硅(SiO2)和氧化铝(Al2O3)、氮化硅(SiNx)和氮化铝(还提到采用氮化物如AlN)和氮化钛(TiN)。

但是,它通过用离子束等照射形成的无机焊接剂层的表面来激活。由于通过化学处理进行焊接的表面活化焊接方法与焊接方法明显不同,因此由氧化物和氮化物制成的无机粘合层通过的表面活化焊接方法相互粘合。与本领域技术人员的上述认识相反,不能预测通过原子扩散焊接方法的焊接可以使用氧化物或氮化物的焊接膜进行。

此外,由于上述焊接方法的不同,通过静压扩散焊接的优点是可以减少处理工时,因为不需要活化处理。

如上所述,鉴于使用氧化物或氮化物形成的焊接膜通过原子扩散焊接方法进行焊接的优点,本文的发明人首先与氧化物形成焊接膜。我们进行了勤奋的研究,以探索使用焊接膜的原子扩焊接合方法焊接的可能性。

结果,与本领域技术人员的上述认识相反,即使当由氧化物形成焊接膜时,当它形成为无定形氧化膜时,也进行表面活化处理,例如表面活化焊接。已经发现,通过化学焊接的焊接可以通过叠加形成的焊接膜来产生。

也就是说,由于氧化物在金属和氧气等元素之间具有较大的键能,因此不可能通过形成结晶焊接膜引起原子的扩散(运动),但是当这是无定形结构时。形成薄膜,其中氧气不足或过饱和,而不是稳定的化学成分,可以说存在许多原子缺陷。很可能发生了波动,原子可以在薄膜表面上扩散(移动),并且可以产生稳定的化学键。

如上所述,鉴于与本领域技术人员所认识到的相反,可以通过氧化物的焊接膜(非晶态氧化物薄膜)进行焊接,本发明的发明人进一步描述了将粘合膜与氧化物一起。我认为即使可以使用被认为不适合作为材料的氮化物键合膜,也可以进行原子扩散的焊接。

特别是,氮的电负性低于氧,如下表2所示,氮与氮化物中的金属等其他元素之间的能是氧与氧化物中其他元素之间的键。弱于发散能量。


这样,键解离能小于氧化物的键解离能,因此,即使使用原子运动比氧化物更容易发生的氮化物键合膜,也可以进行原子扩散键合。不仅有可能,而且对于键解离能低的氮化物,与使用氧化物键合膜(即使用金属或类金属键合膜时)的键合相比,条件更加宽松。我认为有可能在接近的条件下加入。

根据上述预测,本发明的发明人对使用氮化物键合膜的原子扩散焊接方法进行了焊接实验,这是多年来没有尝试过的。令人惊讶的是,多年来。与本领域技术人员已经相信了一段时间的认识到相反,已经发现原子扩散键可以通过在焊接界面引起原子扩散来进行。

本文基于上述观点和实验基于上述观点而做出的,并使用了未被常规采用的氮化物键合膜作为原子扩散焊接的焊接膜。通过提供要执行的静压扩散焊接方法,可以将氮化物薄膜的绝缘性,导热性,高硬度和耐磨性等特性赋予粘合膜,这些特性可以常规应用。

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