一種復(fù)合鋁合金外殼的激光密封焊接工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及到微組裝組件封裝測試工藝技術(shù)領(lǐng)域，特指一種適用于復(fù)合鋁合金外殼的激光密封焊接工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代先進集成電路和微波技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子器件和組件的封裝質(zhì)量對整機系統(tǒng)性能的影響程度不斷增大。據(jù)統(tǒng)計，在目前限制微波器件性能的因素中，30%的器件失效與電子封裝有關(guān)。封裝不僅對芯片具有機械支撐和環(huán)境保護的作用，使其避免大氣中的水氣、雜質(zhì)和各種化學(xué)氣氛的污染和侵蝕，從而使器件內(nèi)部芯片能穩(wěn)定地發(fā)揮正常的電氣功能；而且對器件和電路的熱性能乃至可靠性也起到重要作用。目前一個電路的封裝成本已幾乎與芯片的成本相當，可以說封裝對器件的性能有著決定性的影響。
微波集成電路組件的密封封裝對于宇航應(yīng)用產(chǎn)品及某些軍用產(chǎn)品時非常重要的，它能有效地克服組件內(nèi)電路短路故障及腐蝕現(xiàn)象。目前，用于電子器件和組件氣密性封裝的金屬材料有可伐合金、碳鋼、不銹鋼、鋁合金、鋁硅合金、銅合金等。鋁合金具有比重小、強度高、導(dǎo)電率高、無磁性、耐銹蝕、熱穩(wěn)定性好、易加工成形和成本低等優(yōu)點，因而在航空航天、船舶、機械、電器和汽車制造等方面得到廣泛的應(yīng)用。常用的金屬外殼密封方法有:環(huán)氧膠粘接、軟釬焊、平行縫焊、電子束焊接和激光封焊等。激光封焊是利用激光束優(yōu)良的方向性和高功率密度的特點，通過光學(xué)系統(tǒng)將激光束聚集在很小的區(qū)域和很短的時間內(nèi)，使被焊處形成一個能量高度集中的局部熱源區(qū)，從而使被焊物形成牢固的焊點和焊縫，具有熱影響區(qū)小、可靠性和密封性好、無接觸等特點，它不僅生產(chǎn)率高，而且焊縫性能好，所有焊縫強度等于或優(yōu)于母材，并且對封口形狀無要求，因此，當封裝材料為鋁合金、銅等低電阻材料或封口形狀不規(guī)則時，激光封焊是很好的選擇。
[0003]用于氣密性封裝的鋁合金微波組件外殼的蓋板通常采用牌號為4047或4A11、殼體一般采用牌號為6061或6063的鋁合金，6061及6063鋁合金屬于6系A(chǔ)l-Mg-Si鋁合金，有良好的可塑性和可焊性，但抗蝕性一般，影響產(chǎn)品的成品率和可靠性，必須通過氧化等手段增加其抗蝕性，從而增加了成本。而牌號為5A05牌號的鋁合金屬于Al-Mg系防銹鋁合金，其特點是具有優(yōu)良的抗蝕性和良好的塑性，但是采用一般的激光焊接工藝卻易產(chǎn)生多種焊接缺陷，如焊縫氣孔超標、夾渣、接頭力學(xué)性能不達標等。由于電子器件和組件內(nèi)部的電路和裸芯片結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本非常高，因此研究一種合適的激光焊接工藝方法用來實現(xiàn)5A05的鋁合金殼體與4047或4A11蓋板配合的復(fù)合鋁合金電子器件和組件外殼的氣密性封裝具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種效率高、成本低、能夠提高焊接密封效果的復(fù)合鋁合金外殼的激光密封焊接工藝，以有效消除5A05的殼體與4047或4A11蓋板配合的復(fù)合鋁合金外殼激光焊接焊縫處的裂紋和氣孔，且能保證封裝的復(fù)合鋁合金外殼具有高氣密性和高可靠性。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種復(fù)合鋁合金外殼的激光密封焊接工藝，包括以下步驟:
(1)視覺對位:將清洗和真空烘烤后的復(fù)合鋁合金外殼固定于手套箱內(nèi)，所述復(fù)合鋁合金外殼包括鋁合金殼體和鋁合金蓋板，采用旁軸視覺定位系統(tǒng)對鋁合金殼體和鋁合金蓋板的接縫進行自動識別；
(2)激光點焊定位:對鋁合金殼體和鋁合金蓋板的接縫各邊進行等距離多個點的激光點焊，以固定鋁合金殼體和鋁合金蓋板；
(3)激光密封焊接:對鋁合金殼體和鋁合金蓋板的接縫進行激光密封焊接，所述激光密封焊接的工藝參數(shù)為:激光脈沖峰值功率1700 W?2200W，脈沖波形為矩形波，脈沖寬度2ms?4ms，脈沖重復(fù)頻率10Hz?30Hz，焊接速度108 mm/min?270mm/min，離焦量0mm?_2mm。
[0006]作為本發(fā)明的進一步改進，所述鋁合金殼體為5A05鋁合金殼體，所述鋁合金蓋板為4047或4A11招合金蓋板。
[0007]作為本發(fā)明的進一步改進，優(yōu)選的，所述激光點焊的工藝參數(shù)為:激光脈沖峰值功率1700 W?2200W，脈沖波形為矩形波，脈沖寬度2ms?4ms，離焦量0mm?-2mm。
[0008]作為本發(fā)明的進一步改進，優(yōu)選的，所述步驟(2)中，對鋁合金殼體和鋁合金蓋板的接縫的各條邊分別進行激光點焊。
[0009]作為本發(fā)明的進一步改進，優(yōu)選的，每條邊上沿邊長等距離激光點焊多個點。
[0010]作為本發(fā)明的進一步改進，優(yōu)選的，進行步驟(3)時，開啟吸煙塵裝置。
[0011]作為本發(fā)明的進一步改進，優(yōu)選的，所述步驟(1)中，所述手套箱內(nèi)為氬氣保護環(huán)境，水含量為20PPM以下，氧氣含量為20PPM以下。
[0012]作為本發(fā)明的進一步改進，優(yōu)選的，所述步驟(1)中，所述清洗的詳細步驟為:依次采用甲醇和異丙醇對復(fù)合鋁合金外殼進行清洗，再采用無塵紙擦拭以去除表面油污，最后用氮氣吹干。
[0013]作為本發(fā)明的進一步改進，優(yōu)選的，所述步驟(1)中，所述真空烘烤的工藝參數(shù)為:在溫度為120°C?150°C、真空度為10Pa?15Pa的條件下進行真空烘烤，烘烤時間為3?5小時。
[0014]作為本發(fā)明的進一步改進，優(yōu)選的，在激光密封焊接完成后，將已密封焊接的復(fù)合鋁合金外殼進行氬氣循環(huán)清洗。
[0015]作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟(3)中采用Nd:YAG固體脈沖激光器進行激光密封焊接。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
1、本發(fā)明的復(fù)合鋁合金外殼的激光密封焊接工藝，采用激光器對鋁合金殼體和鋁合金蓋板的接縫進行焊接，激光封焊具有熱影響區(qū)小、熱變形小、加工速度高、加工過程無接觸、可加工異形結(jié)構(gòu)工件、可在特定保護氣氛或者真空環(huán)境下進行焊接等優(yōu)點；尤其適合5A05的殼體與4047或4A11蓋板配合的復(fù)合鋁合金外殼。
[0017]2、本發(fā)明的復(fù)合鋁合金外殼的激光密封焊接工藝，選擇矩形波作為激光脈沖波形實施激光密封焊接，有效的消除了復(fù)合鋁合金外殼激光焊接焊縫處的裂紋。
[0018]3、本發(fā)明的復(fù)合鋁合金外殼的激光密封焊接工藝，對脈沖激光焊接工藝參數(shù)進行了優(yōu)化，實現(xiàn)了復(fù)合鋁合金外殼的氣密性封裝，氣密性封裝后的復(fù)合鋁合金外殼的氣密性滿足標準要求。
[0019]4、本發(fā)明的復(fù)合鋁合金外殼的激光密封焊接工藝，進一步通過外殼清洗、高溫烘烤以及在高純氬氣、無水無氧環(huán)境下的手套箱內(nèi)進行激光密封焊接，有效的消除了復(fù)合鋁合金外殼激光焊接焊縫處的氣孔。
[0020]5、本發(fā)明的復(fù)合鋁合金外殼的激光密封焊接工藝，所封裝的復(fù)合鋁合金外殼具有焊縫外觀美觀、氣密性高、可靠性高、效率高、成本低等眾多優(yōu)勢，能保護器件和組件內(nèi)部的電路免受潮濕、酸雨和鹽霧等各種苛刻環(huán)境條件的腐蝕和機械損傷，能長期保持器件和組件高的可靠性和穩(wěn)定性，可廣泛應(yīng)用于雷達、微波、光電、動力電池等領(lǐng)域的器件和組件的密封性封裝。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明復(fù)合鋁合金外殼的激光密封焊接工藝的流程示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明在具體應(yīng)用實例中所采用的矩形波形示意圖。
【具體實施方式】
[0023]以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護范圍。
[0024]實施例1:
本實施例中待激光密封焊接的復(fù)合招合金外殼為30 mm X 30mm，內(nèi)腔體積約為3.7cm3，該復(fù)合鋁合金外殼包括5A05鋁合金殼體和4047鋁合金蓋板，焊接接頭采用對接的方式，蓋板厚度為1_，殼體與蓋板的配合間隙為0.06_。如圖1所示，本發(fā)明的復(fù)合鋁合金外殼的激光密封焊接工藝，包括以下步驟:
(1)清洗:依次采用甲醇、異丙醇對復(fù)合鋁合金外殼進行浸泡，浸泡后用無塵紙將該復(fù)合鋁合金外殼內(nèi)外擦拭干凈以去除外殼表面的油污等，再用氮氣吹干外殼。
[0025](2)真空烘烤:將清洗后的復(fù)合鋁合金外殼置于真空烘箱內(nèi)的加熱板上，在溫度為130°C下、真空度為10Pa的條件下，烘烤外殼4小時，去除外殼表面吸附的水氧等雜質(zhì)。
[0026](3)視覺對位:將真空烘烤后的復(fù)合鋁合金外殼置于手套箱內(nèi)的工作臺上，用工裝夾具固定，手套箱內(nèi)充滿高純氬氣，且水、氧含量均為20PPM以下，根據(jù)激光焊接頭上的旁軸CCD(旁軸視覺定位系統(tǒng))所采集的視頻信號，對5A05鋁合金殼體和4047鋁合金蓋板的接縫進行自動識別，實現(xiàn)激光焊接頭和接縫的視覺對位，并空運行已編寫好的NC代碼檢測對位狀態(tài)。
[0027](4)激光點焊定位:根據(jù)殼體和蓋板配合間隙的尺寸選擇激光聚焦鏡的規(guī)格和焦點處激光光斑大小，設(shè)置激光點焊工藝參數(shù)，包括激光峰值功率、脈沖寬度、工作臺運動速度等。本實施例中，激光聚焦鏡的焦距為200mm，焦點處激光光斑大小為0.6mm，激光峰值功率為2000W，脈沖波形為矩形波，脈沖寬度為3ms，離焦量為-1mm。，運行根據(jù)外殼尺寸編寫的NC代碼程序，在鋁