專利名稱：焊接預(yù)成形件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在還原性氣氛中進(jìn)行焊接以及用于進(jìn)行較大面積的焊接的焊接預(yù)成形件。
背景技術(shù)：
焊接是連接兩個(gè)金屬元件的普通技術(shù)。在待連結(jié)的兩個(gè)元件或它們中的一個(gè)的表面上存在氧化物會(huì)導(dǎo)致在焊接過程之后在焊料中有空隙?？障兜拇嬖诮档土诉B接的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性以及機(jī)械強(qiáng)度。這也稱為潤(rùn)濕(wetting)問題。因此，往往通過焊接之前的清潔步驟，以及通過在焊接期間使用集成在焊接預(yù)成形件中的或?yàn)橐后w的氧化物清潔焊劑，來去除氧化物層?？上У氖牵竸┑某煞謺?huì)保留在焊料內(nèi)和焊料上，使得在焊接之后需要額外的清潔步驟。歐洲專利申請(qǐng)EP 0 504 601 A2公開了通過還原性氣氛中的焊接借助于焊料球而得到的在金屬化陶瓷襯底上的銷的焊料接頭。還原性氣氛(這里是氫氣)與氧氣和氧化物層強(qiáng)烈地反應(yīng)，并且因而清潔焊接區(qū)。因此，避免了使用液體焊劑或集成在焊接預(yù)成形件中的焊劑以及避免了焊劑產(chǎn)生的殘余物。這減少了化學(xué)溶液和焊劑的使用，并且因而，降低了成本和環(huán)境負(fù)擔(dān)。所提出的技術(shù)對(duì)于諸如銷連接的小面積焊接是非常有用的，但是無法應(yīng)用于大面積焊接。對(duì)于大面積焊接，使用大型扁平焊接預(yù)成形件，并且還原性氣氛僅穿透焊接元件和焊接預(yù)成形件之間的邊界區(qū)，使得接觸區(qū)域的中心中的氧化物層未被去除，以及在焊接期間在焊料中產(chǎn)生空隙。從US 5，242，097和US5, 820，014中知道一些另外的焊接預(yù)成形件。US 5, 242, 097 和US 5，820，014中的各個(gè)均描述了焊接預(yù)成形件。所描述的焊接預(yù)成形件是在焊接過程期間形成彼此分開的多個(gè)焊料點(diǎn)的連續(xù)預(yù)成形件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于改進(jìn)焊接的現(xiàn)有技術(shù)，并且克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。特別地，本發(fā)明的目的在于在沒有空隙以及不使用液體焊劑的情況下焊接較大面積。該目的由根據(jù)權(quán)利要求1的焊接預(yù)成形件解決。根據(jù)本發(fā)明的、用于在還原性氣氛中進(jìn)行焊接的焊接預(yù)成形件基本像盤的形狀。焊接預(yù)成形件具有各自分別用于接觸待焊接的物體的兩個(gè)焊接表面。在至少一個(gè)焊接表面上，形成至少一個(gè)通道，該至少一個(gè)通道朝物體的表面開放，并且當(dāng)該兩個(gè)焊接表面接觸待焊接的物體時(shí)，對(duì)還原性氣氛開放。根據(jù)權(quán)利要求1的焊接預(yù)成形件的優(yōu)點(diǎn)在于，還原性氣氛可通過用于氧化物還原氣體的通道而在待焊接的物體和焊接預(yù)成形件之間傳送，并且可有效地去除待焊接的物體的(甚至在其中心區(qū)的中)的氧化物層。氧化物還原氣體還可從預(yù)成形和物體之間的通道穿透。這避免了待焊接的物體和焊料之間有空隙，并且可建立機(jī)械上穩(wěn)定以及導(dǎo)電與導(dǎo)熱的連接，而無需使用還原性氣氛之外的任何焊劑。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的另外的有利增強(qiáng)。
尤其有利的是將該至少一個(gè)通道形成為使得該至少一個(gè)焊接表面的每個(gè)點(diǎn)距焊接表面的通道具有的最長(zhǎng)距離均小于預(yù)定距離。如果良好地選擇了該預(yù)定距離，則還原性氣氛到達(dá)待焊接的物體的各個(gè)點(diǎn)，并且可避免焊料中有空隙。良好地選擇的預(yù)定距離優(yōu)選小于6mm，但是優(yōu)選大于1mm。優(yōu)選地，該至少一個(gè)通道朝焊接預(yù)成形件的外邊界開放。這具有的優(yōu)點(diǎn)是，還原性氣氛可容易地進(jìn)入通道。進(jìn)一步有利的是，使該至少一個(gè)通道從外邊界處的最大開口朝向焊接預(yù)成形件的內(nèi)部漸縮。因此，毛細(xì)力在焊接預(yù)成形件的熔化過程期間封閉通道，從其內(nèi)側(cè)端開始，朝向外邊界處具有最大寬度的外部開口。實(shí)驗(yàn)顯示，在焊接預(yù)成形件的外邊界處的大約3mm的最大開口是尤其有利的，因?yàn)橐环矫孢€原性氣氛仍然可有效地進(jìn)入通道中，而且熔化焊料會(huì)完全封閉3mm的開口，而在焊料中沒有任何空隙。非常有利的是，該至少一個(gè)焊接表面具有多個(gè)通道。因而，通道是獨(dú)立且分開的， 并且將還原性氣氛引導(dǎo)到焊接預(yù)成形件和待焊接的物體的中間。如果僅存在一個(gè)通道，則該通道將必須形成為特別彎曲的，例如，形成為螺旋形，以到達(dá)接觸表面的所有區(qū)。曲線會(huì)妨礙還原氣體有效和迅速地流過通道。另外，如果此單個(gè)通道僅具有一個(gè)通往外邊界的路徑，則及早封閉該路徑會(huì)封閉整個(gè)通道的空隙。另外有利的是，該多個(gè)通道中的各個(gè)均具有延伸通過焊接表面的或焊接預(yù)成形件的中心點(diǎn)的縱向軸線。因而，各個(gè)通道會(huì)迅速地且無任何障礙將還原氣體從外邊界帶到焊接表面的中心區(qū)。也有利的是，各個(gè)通道均與其它通道分開。如果通過切穿焊接預(yù)成形件來形成通道，則此特征會(huì)防止焊接預(yù)成形件破裂。所以這導(dǎo)致有易于處理的一件式預(yù)成形件。非常有利的是，將焊接預(yù)成形件從一個(gè)焊接表面橫貫到另一個(gè)焊接表面而形成通道。這允許例如通過對(duì)焊接預(yù)成形件進(jìn)行沖切或者擠壓而以非常容易和廉價(jià)的方式來生產(chǎn)焊接預(yù)成形件。另外，通道在焊接預(yù)成形件的兩個(gè)焊接表面上同時(shí)用作氧化物還原措施。有利的是，焊接預(yù)成形件的厚度大于最終焊接厚度。照這樣，可補(bǔ)償由于用焊料填充該至少一個(gè)通道而損失的焊料的厚度。還有利的是，將焊接預(yù)成形件中的焊料的體積選擇為大于最終焊接體積。照這樣， 可補(bǔ)償由于焊料后來流出而損失的焊料的體積。


隨后，將借助于附圖來描述根據(jù)本發(fā)明的焊接預(yù)成形件的不同的示例性實(shí)施例。 附圖顯示了圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一至第四實(shí)施例的焊接預(yù)成形件的原始形狀或基本形狀的三維圖和示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的焊接預(yù)成形件的第一實(shí)施例的焊接表面的第一視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的焊接預(yù)成形件的第一實(shí)施例的截面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的焊接預(yù)成形件的第二和第三實(shí)施例的焊接表面的視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的焊接預(yù)成形件的第二實(shí)施例的截面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的焊接預(yù)成形件的第三實(shí)施例的截面圖；以及
圖7是根據(jù)本發(fā)明的焊接預(yù)成形件的第四實(shí)施例的截面具體實(shí)施例方式圖1大體顯示了焊接預(yù)成形件1的原始形狀或基本形狀，這是下面闡明的實(shí)施例的基礎(chǔ)。圖1沒有顯示關(guān)于焊接預(yù)成形件1的結(jié)構(gòu)的任何細(xì)節(jié)或形式的任何細(xì)節(jié)，而是僅顯示了焊接預(yù)成形件ι的粗略形式。焊接預(yù)成形件1具有兩個(gè)平行的焊接表面2. 1和2. 2，其中它們中的最后一個(gè)在所顯示的透視圖中未看到。焊接表面2. 1和2. 2分別是在焊接過程之前和焊接過程期間接觸待焊接或待連結(jié)到彼此上的物體的焊接預(yù)成形件1的側(cè)。這里， 待焊接的物體是具有接觸區(qū)域的功率電子模塊(在圖中未顯示)應(yīng)當(dāng)焊接到其上的銅襯底 3。但是，其它物體也是可行的。在圖1、3、5至7中，僅顯示了襯底3。除銅襯底之外，也可選擇其它襯底，例如鎳、銀或金或它們的合金，或在半導(dǎo)體技術(shù)中(特別是在功率半導(dǎo)體技術(shù)中)使用的任何其它襯底。焊接預(yù)成形件1的原始形狀或基本形狀是具有寬度a、長(zhǎng)度b和厚度c的立方體。 厚度c比寬度a和長(zhǎng)度b小至少一個(gè)數(shù)量級(jí)，但是小兩個(gè)數(shù)量級(jí)更好。在以下實(shí)施例中，厚度c為0. 3mm，寬度a為47mm，而長(zhǎng)度b為56mm，這對(duì)本發(fā)明沒有任何限制。除了焊接表面 2. 1和2. 2之外，存在這里由布置成長(zhǎng)方形的四個(gè)外邊界側(cè)4. 1、4. 2、4. 3和4. 4組成的焊接預(yù)成形件1的外邊界4。所顯示的形式不限制本發(fā)明。焊接預(yù)成形件1的原始形狀或基本形狀可具有限定成具有小于焊接預(yù)成形件的長(zhǎng)度和寬度的厚度的各種類別的盤形形狀。優(yōu)選地，厚度比焊接預(yù)成形件的長(zhǎng)度和寬度小至少一個(gè)數(shù)量級(jí)，或者小兩個(gè)數(shù)量級(jí)則更好。優(yōu)選地，焊接表面 2. 1和2. 2平行于彼此。另外，原始形狀或基本形狀的焊接表面2. 1和2. 2優(yōu)選具有任意形狀，例如圓形、橢圓形、三角形、長(zhǎng)方形、其它多邊形或任何另外的定制形式。但是，焊接預(yù)成形件1的原始形狀或基本形狀以及下面描述的焊接預(yù)成形件1不具有通孔。換句話說，焊接預(yù)成形件1被簡(jiǎn)單連接(在數(shù)學(xué)意義上)。焊接預(yù)成形件用于在待焊接到彼此上的物體之間形成連續(xù)的焊接層。焊接預(yù)成形件1尤其有利于至少80mm2的，優(yōu)選至少120mm2的，以及最優(yōu)選至少IOOOmm2的大面積焊接。這些區(qū)域是連續(xù)的區(qū)域。焊接區(qū)域的大小和/或形狀至少類似于焊接預(yù)成形件的原始形狀或基本形狀的地面區(qū)域(ground area)。該地面區(qū)域可認(rèn)為是第一特征大小。地面區(qū)域可具有圖1至圖7中所顯示的長(zhǎng)方形的形狀，但是諸如圓形或橢圓形的其它形狀也將是可行的。圖2顯示了焊接預(yù)成形件1的焊接表面2. 2的俯視圖。根據(jù)本發(fā)明，分開的通道 6. 1至6. 16形成于焊接預(yù)成形件1中。在本實(shí)施例中，可通過從圖1中所顯示的原始形狀中移除材料來形成通道6.1至6. 16。因而，第一實(shí)施例的通道由凹部形成。通道6.1至6.16 是焊接預(yù)成形件1的切口。例如通過沖裁，這生產(chǎn)起來容易且廉價(jià)。另外，通道6. 1至6. 16 的結(jié)構(gòu)同時(shí)適用于焊接表面2. 1和2. 2兩者。作為一個(gè)備選方案，也可通過減小焊接預(yù)成形件1的厚度而非使切口形成于焊接預(yù)成形件1中來形成通道，這將參照?qǐng)D4至7進(jìn)行描述。選擇形成通道6. 1至6. 16的凹部的幾何結(jié)構(gòu)，使得焊接表面2. 1,2. 2的每個(gè)點(diǎn)距通道6. 1至6. 16或焊接預(yù)成形件1的外邊界4的最接近的點(diǎn)最大位于預(yù)定距離內(nèi)。大體上，當(dāng)預(yù)定距離選擇為銅襯底3和焊接預(yù)成形件1的焊接表面2. 1,2. 2的中間的還原性氣氛的標(biāo)準(zhǔn)穿透深度時(shí)，由焊接預(yù)成形件1覆蓋的銅襯底3的全部區(qū)域?qū)⒈贿€原性氣氛到達(dá)。在本實(shí)施例中，這個(gè)幾何結(jié)構(gòu)通過從焊接預(yù)成形件1的外邊界4通向焊接表面2. 2 或預(yù)成形1的中心點(diǎn)C的N個(gè)通道6. i (i = 1，2，3，. . .，N)來實(shí)現(xiàn)。通道6. i不彼此相交， 或不到達(dá)中心點(diǎn)。這里，N = 16，通道6. 1至6. 16布置成使得它們的縱向軸線延伸通過中心點(diǎn)C。各個(gè)通道6. i具有通往外邊界4的開口 7. i和通道端8. i，通道端8. i沿通往開口
7.i的方向位于離中心點(diǎn)C的有限距離中。僅針對(duì)通道6. 5在圖2中代表性地顯示參考標(biāo)記7. i和8. i，但是它們適用于所有通道6. 1至6. 16。通道6. 1至6. N的數(shù)量N由焊接表面2. 1、2. 2的每個(gè)點(diǎn)到最接近的通道6. i或到外邊界4的最大距離小于或等于預(yù)定距離的以上給定的幾何結(jié)構(gòu)狀況確定，并且因而，取決于還原性氣氛的穿透深度和焊接表面2. 2的大小和形式?？赏ㄟ^開始切出通道6. 1至6. 4 來構(gòu)造該幾何結(jié)構(gòu)，通道6. 1至6. 4中的各個(gè)分別從外邊界側(cè)4. 3,4. 2,4. 1和4. 4的中心點(diǎn)以開口 7. 1至7. 4開始，并且通向焊接表面2. 2的中心點(diǎn)C。通道端8. 1至8. 4到中心點(diǎn) C具有最多穿透深度的距離。如果在焊接表面2. 1,2. 2中仍然保留有到外邊界4或到焊接表面的通道6. i中的一個(gè)具有的最近距離大于預(yù)定距離的區(qū)域，則切出另外的通道6. 5至 6.8。在進(jìn)一步的進(jìn)行過程中將談到這種區(qū)域的點(diǎn)，這對(duì)本發(fā)明的白點(diǎn)(white point)無任何限制。接下來的通道6. 5至6. 8從焊接表面2. 2的四個(gè)頂點(diǎn)以開口 7. 5至7. 8開始，并且通向中心點(diǎn)C。由于通道6. 1至6. 4在焊接過程期間已經(jīng)用還原性氣氛覆蓋了中心區(qū)，所以通道6. 5至6. 8不需要像通道6. 1至6. 4那樣向中心點(diǎn)C延伸那么遠(yuǎn)?？蛇x擇四個(gè)通道端8. 5至8. 8，使得最接近中心點(diǎn)C的四個(gè)白點(diǎn)之間的距離分別由通道6. 5至6. 8所引導(dǎo)的還原性氣氛所到達(dá)，即從最接近中心點(diǎn)C的相應(yīng)的白點(diǎn)到它們的最接近的通道端8. 5至
8.8的距離小于或等于預(yù)定距離。如果兩個(gè)通道(例如6. 3和6. 6)之間仍然保留有白點(diǎn)，則在通道6. 3禾Π 6. 6的中間切出另一個(gè)通道6. 12。通道6. 12的開口 7. 12在開口 7. 3和開口 7. 6之間的中間。通道6. 12通向中心點(diǎn)C，并且通道端8. 12距兩個(gè)通道6. 3和6. 12之間的最接近中心點(diǎn)C的白點(diǎn)具有的距離最大為預(yù)定距離。備選地，通道6. i可通向兩個(gè)相鄰?fù)ǖ?. i之間的最接近中心點(diǎn)C的白點(diǎn)而非中心點(diǎn)C。對(duì)于通道6.1至6. 8，這由于對(duì)稱的原因而沒有區(qū)別。因而，可歸納關(guān)于這個(gè)幾何結(jié)構(gòu)的構(gòu)造規(guī)則(1)切出從外邊界4朝向中心點(diǎn)C等距或?qū)ΨQ地布置在焊接表面2.2上的η個(gè)通道，距中心點(diǎn)C的距離小于或等于預(yù)定距離。(2)尋找最接近中心點(diǎn)C的白點(diǎn)。( 針對(duì)所找到的各個(gè)最接近的白點(diǎn)而切出一個(gè)新通道，從相鄰?fù)ǖ赖膬蓚€(gè)開口之間的中間開始朝向?qū)?yīng)的白點(diǎn)，直到通道端距對(duì)應(yīng)的白點(diǎn)具有的距離小于預(yù)定距離為止。(4)重復(fù)步驟(2)和(3)，直到白點(diǎn)消失為止。存在許多用以實(shí)現(xiàn)上面提到的狀況的可行備選幾何結(jié)構(gòu)。備選的簡(jiǎn)單幾何結(jié)構(gòu)可為從垂直于外邊界4的兩個(gè)相對(duì)的側(cè)(例如外邊界側(cè)4. 1和4. 3)向焊接表面4的中心線切出通道。中心線延伸通過側(cè)線4. 2和4. 4的中間點(diǎn)與中心點(diǎn)C?？蓪⑾鄬?duì)的通道布置成關(guān)于中心線對(duì)稱，或者沿朝向中心線的方向有偏移。在焊接表面2. 2的俯視圖中描述了通道或多個(gè)通道的二維幾何結(jié)構(gòu)，使用了外邊界側(cè)4. 1至4. 4，這沒有將二維外邊界4. 1至4. 4限制為外邊界線的任何限制，因?yàn)橥膺吔鐐?cè)4. 1至4. 4與焊接表面2. 2成直角，并且因而，它們?cè)诤附颖砻?. 2上的投影是線。
優(yōu)選地，通道的開口 7. i比通道端8. i更寬，即在焊接表面2. 2的層中的通道6. 1 至6. 16的寬度朝向中心點(diǎn)C漸縮。通道6. i的寬度限定為垂直于通道6. i的縱向軸線而測(cè)量的通道6. i的側(cè)壁之間的距離。僅例如，通道6. 1至6. 16的寬度在它們的通道端8. 1至 8. 16處為1mm，而在它們的開口 7. 1至7. 16處為3mm。優(yōu)選地，通道6. 1至6. 16的寬度在它們的開口 7. 1至7. 16處介于Imm和5mm之間，更優(yōu)選介于2mm和4mm之間，以及最優(yōu)選介于2. 5mm和3. 5mm之間。另外，通道的開口 7. i彼此分開至少通道的寬度。當(dāng)然，寬度的選擇取決于焊接條件，例如焊料材料和焊接過程本身。漸縮通道6. 1至6. 16具有的優(yōu)點(diǎn)在于，在焊接期間，當(dāng)焊料熔化時(shí)，焊料會(huì)封閉通道6. 1至6. 16，從較窄的通道端8. 1至8. 16 開始而直到變寬的開口 7.1至7. 16。這是毛細(xì)力所導(dǎo)致的。從而，避免了由于從開口 7. i 或者在通道端8. i和開口 7. i之間的某處開始封閉通道6而封閉空隙。另外，通道6. 1至 6. 16的漸縮考慮了，通過開口 7. 1至7. 16，必須比在通道端8. 1至8. 16處運(yùn)送更大量的還原性氣氛。通道的總體積與焊接預(yù)成形件的焊料材料的體積的比優(yōu)選最大為1 1，更優(yōu)選最大為1 1. 2，以及最優(yōu)選最大為1 1.5。圖3顯示了在圖2中所顯示的焊接預(yù)成形件1的截面圖A-A。焊接預(yù)成形件1的截面圖在焊接預(yù)成形件1的中心區(qū)5中通過中心點(diǎn)C而剖開了焊接預(yù)成形件1的實(shí)心部分。 該截面圖也穿過通道6. 2和6. 4。在以下中，描述了本發(fā)明的另外的實(shí)施例。將僅詳細(xì)描述區(qū)別。在圖中以及在以下描述中，相同參考標(biāo)號(hào)和用語用于不同實(shí)施例的相同或類似的項(xiàng)目。本發(fā)明的第二和第三實(shí)施例具有與圖1中所顯示的相同的大體形狀的焊接預(yù)成形件1，以及與圖2中所顯示的和本發(fā)明的第一實(shí)施例所描述的基本相同幾何結(jié)構(gòu)的通道。 圖4顯示了關(guān)于本發(fā)明的第二實(shí)施例的圖4的截面圖A-A。作為如在第一實(shí)施例(見圖2、 3)中那樣在整個(gè)厚度上構(gòu)造的通道6. 1至6. 16的替代，在第二實(shí)施例中，通道6. 1至6. 16 由凹槽形成。在鄰近形成通道6. 1至6. 16的凹槽且垂直于焊接表面2. 1,2. 2的區(qū)中，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的焊接預(yù)成形件1具有小于鄰近且垂直于焊接表面2. 2的焊接預(yù)成形件的區(qū)(該區(qū)在圖5中是中心區(qū)5)中的厚度c的有限厚度d。圖6顯示了關(guān)于本發(fā)明的第三實(shí)施例的圖4的截面圖A-A。焊接預(yù)成形件1具有形成通道6. 1至6. 16的漸縮凹槽。作為如關(guān)于第一實(shí)施例所描述的那樣沿凹槽6. 1至6. 16 的寬度方向漸縮的額外的方案或備選的方案，通道6.1至6. 16沿凹槽6.1"至6. 16"的深度方向漸縮。深度的方向平行于焊接預(yù)成形件1的厚度的方向。類似于本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例，通道6. 1至6. 16的深度分別從開口 7. 1至7. 16漸縮到通道8. 1至8. 16。因而， 焊接預(yù)成形件1沿著各個(gè)通道6. i的厚度從開口 7. i處的厚度e持續(xù)增加到通道端8. i處的厚度c。因此通道6. 1至6. 16的寬度漸縮的優(yōu)點(diǎn)在這里適用。在以下描述了本發(fā)明的第四實(shí)施例。圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的焊接預(yù)成形件1。焊接預(yù)成形件1的大體形式類似于關(guān)于圖1中的第一實(shí)施例所描述的一個(gè)， 并且因此，圖1的用于側(cè)的參考標(biāo)記甚至適用于該焊接預(yù)成形件1。第一區(qū)10和第二區(qū)11 形成于焊接預(yù)成形件1的一側(cè)上。第一區(qū)10分成分開的下降部10. 1至10. 5作為使第二區(qū)11突出的子區(qū)。因而，焊接預(yù)成形件1在焊接之前或期間以下降部10. 1至10. 5作為焊接表面2. 2而置于銅襯底3上。截面圖僅顯示了下降部10. 1至10. 5。另外的下降部成排地布置在下降部10. 1至10. 5的后面和前面。僅在第二區(qū)11具有有限厚度f時(shí)這才是可行的。如果切出了第二區(qū)11且第一區(qū) 10未連接，則焊接預(yù)成形件1將破裂。第二區(qū)11的厚度f小于第一區(qū)10的厚度C。在下降部10. 1至10. 5之間形成通道6。因此，根據(jù)第四實(shí)施例的通道平行于彼此和/或垂直于彼此而延伸。作為下降部10. 1至10. 5的備選方案，甚至可使用連續(xù)的斜坡，使得第二區(qū) 10也將被分成子區(qū)。類似于第一和第二實(shí)施例，第四實(shí)施例的通道的寬度和/或厚度可為漸縮的。該漸縮為從焊接預(yù)成形件的外邊界4朝向焊接預(yù)成形件1的中心。由于各個(gè)通道從邊界4. 1 通向邊界4. 3或者從邊界4. 2通向邊界4. 4，所以各個(gè)通道首先從邊界4. 1或4. 2朝向通道的中心漸縮，以及從通道的中心朝向各個(gè)通道的其它邊界4. 3,4. 4變寬。在以下中，基于本發(fā)明的第一實(shí)施例來描述焊接過程。為了進(jìn)行焊接，將焊接預(yù)成形件1放置在待連結(jié)的兩個(gè)物體(例如銅襯底3和在圖中未顯示的功率電子模塊)之間的焊接位置上。將銅襯底3、焊接預(yù)成形件1和功率電子模塊的布置放置在能夠在它們的接觸區(qū)處加熱銅襯底3、功率電子模塊和焊接預(yù)成形件1的焊接環(huán)境中。該環(huán)境能夠在焊料接頭區(qū)域周圍建立還原性氣氛，例如蟻酸氣。在焊接預(yù)成形件1周圍的蟻酸氣通過開口 7. 1 至7. 16進(jìn)入通道6. 1至6. 16中直到通道端8. 1至16。蟻酸氣分別在通道6. 1至6. 16的邊界上以及在待焊接的物體與焊接預(yù)成形件1的焊接表面2. 1和2. 2之間的外邊界4上進(jìn)入達(dá)某個(gè)穿透深度，這取決于焊接條件。由于將通道的幾何結(jié)構(gòu)選擇成使得焊接表面2. 1、 2. 2的每個(gè)點(diǎn)距外邊界4或通道6. 1至6. 16中的至少一個(gè)具有的最近距離小于穿透深度， 所以蟻酸氣到達(dá)功率電子模塊和銅襯底3的全部接觸區(qū)域。因而，可從接觸表面中成功地去除功率電子模塊和銅襯底3的氧化物層，并且可在焊接期間有效地避免在焊料接頭中有空隙。在這個(gè)清潔步驟之后，將功率電子模塊、焊接預(yù)成形件1和銅襯底3的接觸區(qū)加熱到焊接溫度，并且焊接預(yù)成形件1的焊料開始熔化。由于漸縮通道6. 1至6. 16和/或由于毛細(xì)力的原因，通道6. 1至6. 16會(huì)封閉，從狹窄通道端8. 1至8. 16開始，直到開口 7. 1至 7. 16。因而，在焊料接頭中不會(huì)保留任何空隙。在冷卻過程之后，根據(jù)本發(fā)明的焊接預(yù)成形件1在銅襯底3和功率電子模塊之間產(chǎn)生機(jī)械上穩(wěn)定的和導(dǎo)電以及導(dǎo)熱的連接。因此，還原氣體經(jīng)過本發(fā)明的第二和第三實(shí)施例中的通道6. 1至6. 16，或者經(jīng)過本發(fā)明的第四實(shí)施例中的焊接預(yù)成形件1的第二區(qū)，以從銅襯底的接觸表面去除氧化物層。如果在焊接過程之后，期望在功率電子模塊和襯底3之間有預(yù)定焊接距離，則選擇焊接預(yù)成形件1的厚度c略微大于期望的預(yù)定焊接距離。焊接預(yù)成形件1中的焊料的體積選擇成使得其對(duì)應(yīng)于進(jìn)行焊接之后的焊料接頭的體積，厚度對(duì)應(yīng)于距離而面積對(duì)應(yīng)于 a*b。焊接預(yù)成形件1的厚度c選擇成使得焊接預(yù)成形件1具有與用焊料將焊料接頭的面積填充到期望厚度所需的相同的體積?？蛇M(jìn)一步考慮到，一些焊料通常會(huì)從焊料接頭中擠出，而選擇焊接預(yù)成形件1的焊料的體積甚至略微大于期望體積。對(duì)于第二和第三實(shí)施例，描述限于焊接表面2.2上的第二區(qū)10或通道6. 1至6. 16 或6. 1至6. 16的形式和幾何結(jié)構(gòu)。對(duì)于其中切出通道6. 1至6. 16的本發(fā)明的第一實(shí)施例，焊接表面2. 1上的通道6. 1至6. 16類似于焊接表面2. 2上的通道。對(duì)于其余實(shí)施例，可將通道6. 1至6. 16或6. 1至6. 16或第二區(qū)11的形式和幾何結(jié)構(gòu)關(guān)于焊接預(yù)成形件的中心層而對(duì)稱地應(yīng)用于焊接表面2. 1。該中心層是在優(yōu)選平行的焊接表面2. 1和2. 2之間的中間的層。如果在焊接預(yù)成形件的僅一個(gè)焊接表面上需要高質(zhì)量的連接，則第二或第三實(shí)施例的第二區(qū)11或通道6. 1至6. 16或6. 1至6. 16可僅應(yīng)用于兩個(gè)焊接表面2. 1和2.2 中的一個(gè)。對(duì)于第二和第三實(shí)施例，在焊接表面2. 1和2. 2兩者上的第二區(qū)11和/或通道 6. 1至6. 16或6. 1至6. 16甚至可單獨(dú)地適應(yīng)于待焊接的物體。焊接預(yù)成形件1受待焊接的任何特殊物體的限制。焊接預(yù)成形件1可應(yīng)用于所有大面積焊料接頭，特別可應(yīng)用于形成至少80mm2的，優(yōu)選至少120mm2的以及最優(yōu)選至少 IOOOmm2的焊料接頭。本發(fā)明不限于所描述的實(shí)施例。所描述的實(shí)施例的特征可按各個(gè)有利的方式組
I=I O
權(quán)利要求
1.一種用于在還原性氣氛中進(jìn)行焊接的焊接預(yù)成形件，其中，所述焊接預(yù)成形件(1) 為基本盤形，并且具有各自用于接觸待焊接的物體(3)的兩個(gè)焊接表面O. 1，2.2)，其中， 所述焊接預(yù)成形件(1)用于在焊接之后在所述物體C3)之間形成至少80mm2的，優(yōu)選至少 120mm2的以及最優(yōu)選至少IOOOmm2的連續(xù)焊接層；以及具有形成到所述焊接預(yù)成形件(1) 中的至少一個(gè)通道(6. 1-6. 16)，所述至少一個(gè)通道(6. 1-6. 16)朝向所述焊接表面(2. 1， 2.2)中的至少一個(gè)開放，并且當(dāng)所述兩個(gè)焊接表面(2. 1,2. 2)接觸待焊接的所述物體(3) 時(shí)，對(duì)所述還原性氣氛開放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接預(yù)成形件，其特征在于，所述焊接預(yù)成形件(1)不具有通孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的焊接預(yù)成形件，其特征在于，所述焊接預(yù)成形件(1)被簡(jiǎn)單地連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的焊接預(yù)成形件，其特征在于，所述至少一個(gè)通道(6. 1-6. 16)在所述焊接表面(2. 1,2. 2)中的至少一個(gè)上具有所述焊接表面(2. 1,2. 2)的每個(gè)點(diǎn)到所述通道(6. 1-6. 16)的邊界的最長(zhǎng)距離小于預(yù)定距離的幾何結(jié)構(gòu)，所述預(yù)定距離由所述還原性氣氛的標(biāo)準(zhǔn)穿透深度限定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的焊接預(yù)成形件，其特征在于，所述預(yù)定距離小于6mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的焊接預(yù)成形件，其特征在于，所述至少一個(gè)通道(6. 1-6. 16)朝所述基本盤形的焊接預(yù)成形件(1)的外邊界(4)開放。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的焊接預(yù)成形件，其特征在于，所述至少一個(gè)通道(6. 1-6. 16)從所述外邊界(4)處的最大開口(7. 1-7. 16)漸縮。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的焊接預(yù)成形件，其特征在于，在所述外邊界(4)處的所述最大開口(7. 1-7. 16)介于Imm和5mm之間，優(yōu)選介于2mm 禾口 4mm之間，以及最優(yōu)選介于2. 5mm和3. 5mm之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的焊接預(yù)成形件，其特征在于，所述焊接預(yù)成形件(1)包括多個(gè)通道(6. 1-6. 16)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的焊接預(yù)成形件，其特征在于，各個(gè)通道(6. 1-6. 16)具有延伸通過所述焊接表面(2. 1,2. 2)的或所述焊接預(yù)成形件 (1)的中心點(diǎn)(C)的縱向軸線。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的焊接預(yù)成形件，其特征在于，各個(gè)通道(6. 1-6. 16)均與其它通道(6. 1-6. 16)分開。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中的任一項(xiàng)所述的焊接預(yù)成形件，其特征在于，所述至少一個(gè)通道(6. 1-6. 16)是從一個(gè)所述焊接表面(2. 1,2. 2)延伸到另一個(gè)所述焊接表面(2. 1,2. 2)的切口部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的焊接預(yù)成形件，其特征在于，所述焊接預(yù)成形件(1)具有平行于彼此和/或垂直于彼此而延伸的多個(gè)通道 (6. 1-6. 6)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中的任一項(xiàng)所述的焊接預(yù)成形件，其特征在于，所述焊接預(yù)成形件(1)的厚度(c)大于最終焊接厚度(g)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中的任一項(xiàng)所述的焊接預(yù)成形件，其特征在于， 所述焊接預(yù)成形件(1)的體積大于最終焊接體積。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中的任一項(xiàng)所述的焊接預(yù)成形件，其特征在于，所述至少一個(gè)通道的總體積與所述焊接預(yù)成形件的焊料材料的總體積的比優(yōu)選為最大1 1，更優(yōu)選為最大1 1. 2，以及最優(yōu)選為最大1 1.5。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的、用于在還原性氣氛中進(jìn)行焊接的焊接預(yù)成形件為基本盤形，并且具有各自分別用于接觸待焊接的物體(3)的兩個(gè)焊接表面(2.2)，并且在至少一個(gè)焊接表面(2.2)上具有用于構(gòu)成朝物體的表面開放的通道的至少一個(gè)凹部(6.1至6.16)。
文檔編號(hào)B23K35/02GK102458755SQ201080026387
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月9日
發(fā)明者F·杜加爾 申請(qǐng)人:Abb技術(shù)有限公司