根據擴散焊的應(yīng)用,與氧化物或氮化物形成焊接膜可能是(shì)有利的。
例(lì)如,由於在原子擴散焊接過程中形成的焊接膜是大約(yuē)幾(jǐ)埃的薄膜(mó),因此(cǐ)可以(yǐ)獲得幾乎透明的焊接界(jiè)麵,即使由金屬形成也幾乎沒有導電性。然而,在具有金屬性能的接合膜中,光仍然在焊接界麵處被(bèi)吸(xī)收,其少量約為1%至2%,並且保(bǎo)留少量的導電性。因此,會保留如此少量(liàng)的殘餘光。在某些情況下,使用金屬焊接膜的原子擴散焊接不能用作高亮度設備(bèi)和(hé)電子設備的粘(zhān)合方法,即使它們是吸收性或導電性(xìng)的。
在這種情況下,如果可以與具有絕緣性能和透明度(dù)的氧化物鍵(jiàn)合膜(例如Al2O3(藍(lán)寶石))而不是(shì)金屬焊接膜(例(lì)如Al))焊接,則通常使(shǐ)用原子擴(kuò)散焊接方法。可以將連接目標擴展到無法(fǎ)連接的目標。
此外,在粘合功率(lǜ)器件的散熱絕緣材料時,也存在需要粘合薄膜絕緣(yuán)性能(néng)和導熱性的情(qíng)況。
在這(zhè)種情況下,作為Al氧化物的Al2O3在絕緣方(fāng)麵(miàn)符(fú)合(hé)要求,但其導熱係數低至Al的1/6左右(見下表1),在導熱性方麵。無法滿足需求。
另一方麵,Al的氮化物AlN(氮化鋁)的導熱(rè)係數約為Al2O3(藍寶石)的四倍,並且導熱係(xì)數接(jiē)近Al,因此它可以為功率器件散熱。在需要絕緣性和導熱性的應用中,例如在連接絕緣材料(liào)時(shí),與氮(dàn)化物鍵合膜(如AlN)進行原子擴散焊接可能是有利的。..
此外,許多氧化(huà)物(wù)和氮化(huà)物具有高硬度和優(yōu)異的耐(nài)磨(mó)性和耐熱性,並且使(shǐ)用氧化物和氮化物形成的粘合膜進行原(yuán)子擴散焊接。如果這是可能(néng)的,這些(xiē)特性可以賦予焊接(jiē)膜,這將有助於原子擴散焊接方法的新應用的發展。
在上(shàng)述中,在待焊(hàn)接基材的每個粘合表麵上形成無機焊接劑層,並且通過離子(zǐ)束照射等蝕刻和疊加(jiā)無機粘合劑層的表麵。描述了一(yī)種用於粘接的表麵活化粘接方(fāng)法,並且(qiě)作為該無機(jī)焊接層的材料,氧化物如氧化矽(SiO2)和氧化鋁(Al2O3)、氮化矽(SiNx)和氮化鋁(還提到采用氮化物如AlN)和氮化鈦(TiN)。
但是,它通過用離子(zǐ)束等照射形成的無機(jī)焊接(jiē)劑層(céng)的表麵(miàn)來激活(huó)。由於通過化學處理進行焊接的表麵活化焊接方(fāng)法與焊接方法明顯不同,因此由氧化(huà)物和氮化物製成的無機粘合層通過的表麵活化焊接(jiē)方法相互粘合。與本領域(yù)技術人員(yuán)的上述認識相反(fǎn),不能預測通過原子擴散焊接方法的焊接(jiē)可以使用氧化物或氮化物的焊(hàn)接膜進行。
此外(wài),由於上述焊接(jiē)方法(fǎ)的不同,通(tōng)過靜壓擴散(sàn)焊接(jiē)的優點是可以減少處理工(gōng)時,因為(wéi)不(bú)需要活化處理。
如上所述,鑒於使用(yòng)氧化物或氮化物形成的(de)焊接膜通過原子擴散焊接方法進行焊接的優點,本文的發明人首先(xiān)與氧化物形成焊接膜。17C吃瓜网進行了勤奮的研究,以探索使用焊接(jiē)膜的原子擴焊接(jiē)合方法焊接的可能性。
結果,與本領域(yù)技術人(rén)員的上述認識(shí)相反,即使當由氧化物形成焊接膜時,當它形成為無定(dìng)形氧化膜時,也進行表麵活化處理,例(lì)如表麵活化焊接。已經發現,通過化學焊接的焊(hàn)接(jiē)可以通過疊加形成的焊接膜來產生(shēng)。
也就是說,由於氧化物在金屬和(hé)氧氣(qì)等元素之間具有較大的鍵能,因此不可(kě)能通過形成結晶焊接膜(mó)引起原子的擴(kuò)散(運動),但是當這是無定形結構時。形成薄膜,其中氧氣不足或(huò)過(guò)飽和,而不是穩定的化學成分,可以說存(cún)在許多原子缺陷。很(hěn)可能發生了波動,原子可以在薄膜表麵上擴散(移動),並且可以產生穩定的化學鍵。
如上所述(shù),鑒於與本領域技術人員所(suǒ)認識到的相反,可以通過氧化物的焊接膜(非晶態氧化物薄膜)進(jìn)行焊接,本(běn)發(fā)明的發明人進(jìn)一步描述了將(jiāng)粘合膜與氧化物一起。我(wǒ)認為即使可以使用被認(rèn)為不適合作為(wéi)材料的氮化物鍵合(hé)膜,也可以進行原子擴散的焊接。
特(tè)別是,氮的電負性(xìng)低於氧(yǎng),如下表2所示,氮與(yǔ)氮化物中(zhōng)的金屬等其他元素之間的能是氧與氧(yǎng)化物中其他元素之間的(de)鍵。弱於發散能量。
這樣,鍵解離能小於氧化物的鍵解離能,因(yīn)此,即使使用(yòng)原子運動比氧化物(wù)更容易發生的氮化物鍵合膜,也可以進行原子擴散鍵(jiàn)合。不僅有可能,而且對於鍵解離能低的氮化物,與使(shǐ)用氧化物(wù)鍵合膜(即使用金屬或類金屬(shǔ)鍵合膜時)的鍵(jiàn)合相比,條件更加寬鬆。我認為有可能在接近的條件下加入(rù)。
根據上述預測,本發明的發明人對(duì)使用氮化物(wù)鍵合膜的原子擴散(sàn)焊接方法進行了焊(hàn)接實驗,這是多年來沒(méi)有嚐試過的。令人驚訝的是,多年(nián)來。與本領域技術人員已經相信了一段時間的認(rèn)識到相反,已經發現原子擴散鍵可以通過在焊接(jiē)界麵引起原子擴散來(lái)進行。
本文基於(yú)上述觀點和實驗(yàn)基於(yú)上述觀點而做出的,並(bìng)使用了未被常規采用的氮化物鍵合膜作為原子擴散焊接的焊(hàn)接膜。通過提供要執行的靜壓擴(kuò)散焊接方法,可以將氮化物薄膜的絕緣性,導熱性,高硬度和耐磨性(xìng)等特性賦予粘合膜,這些特性可以常規應用。
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