无氧铜真空钎焊密封技术研究_王国建.pdf

王国建等：无氧铜真空钎焊密封技术研究 无氧铜真空钎焊密封技术研究 王国建，许 芳，孙 东， 田 宁， 周雅松 (中国科学院高功率微波源与技术重点实验室，北京 100190) 摘要：采用 Ga 基焊料对 TU1 无氧铜漏气材料开展真空钎焊堵漏工艺技术研究，对 Ga、Ga-In、Ga-Sn、Ga-In-Sn 等不同焊料的封接效果进行分析，结果表明在焊接温度 600℃、保温时间 60min、真空度 5×10-3Pa 的条件下，可 是实现小于 5×10-9Pa·m3/s 的漏率指标，并形成均匀、连续的焊缝微观组织结构，满足 500℃、20h 的烘烤排气热 处理工艺。 关键词：TU1 ；Ga ；真空钎焊；气密性 无氧铜具有高的导电、导热性能和良好的焊接性能，而且有着极好的冷加工性能、无磁等优点，因此 广泛用作微波真空电子器件中的阳极、慢波系统、收集极、谐振腔等部件[1] 。随着核心微波真空电子器件 快速发展，对无氧铜的需求和性能指标要求也越来越高。 在微波真空电子器件制备过程中，部分无氧铜零部件需要多次在氢气保护气氛下进行高温焊接、除气 等热处理，在进行多次焊接后部分零部件会出现“氢病” 的现象，导致材料漏气的问题产生。产生氢病的主 要原因是 O 在 Cu 中以小颗粒状的Cu O 形式存在，烧氢热处理时，氢在铜中扩散率很大，氢与 Cu O 生成 2 2 铜和水蒸气，见公式 1。水蒸气既不溶于铜，也不易向外逸出，只聚集在晶界处。在高温下，铜内水蒸气 压力很大，当压力超过铜的晶界强度时，晶界被胀裂，致使材料出现通孔，形成上诉漏气现象[2] 。因此研 究无氧铜低温堵漏密封技术，实现无氧铜材料堵漏工艺，对于降低微波真空电子器件的研制成本，缩短研 制周期、提高器件的性能和可靠性具有重要的实际意义。 Cu O+H →2Cu+H O↑ （1） 2 2 2 目前常用的堵漏方案为，环氧树脂密封胶、硅树脂密封胶等方法，可以在常温下进行真空密封，但不 能承受 400~500 ℃后期的真空烘烤排气的热处理。本实验是采用低熔点金属 Ga、Ga-In、Ga-Sn、Ga-In-Sn 与 Cu 粉按一定比例混合形成焊接堵漏温度介于 500~700℃之间的合金，满足漏率小于 5×10-9Pa·m3/s 的气 密性指标，从而满足微波真空电子器件在零部件制备后，整管烘烤排气前无氧铜材料的密封要求。 1 工程材料及实验方案 1.1 工程材料的性能 本课题选取牌号为 Tu1 的国产无氧铜作为试验母材，其化学成分见表 1。采用自行研制的Ga、Ga-In、 Ga-Sn、Ga-In-Sn 与 Cu 粉作为焊接材料进行焊接堵漏。 表1 无氧铜的化学成分 化学成分/% （质量） 标准 牌号 Cu+Ag P Bi Sb As Fe 杂质总合 99.97 0.002 0.001 0.002 0.002 0.004 0.03 GB/T5231-2001 TU1 Ni Pb Sn S Zn O 0.002 0.003 0.002 0.004 0.003 0.002 第十五次全国焊接学术会议论文集，2010 年 7 月 2-8 日，青海西宁 1.2 焊接实验方案 将无氧铜取样，表面处理后按照 YS/T335-1994 《电真空器件用无氧铜含量金相检验法》进行金相分析， 将三级标准以下的无氧铜试样取出，在氢气保护电阻炉中加热至 830℃，保温 30min，冷却后用法国阿尔卡 特 ASM-192T2 氦质谱检漏仪进行气密性检验，将漏率大