温度压力传感器基座及基座钎焊方法与流程

陶瓷与铜的连接具有重要意义。
12.传统传感器基座的金属壳体通常采用橡胶环与陶瓷挤压密封连接，因橡胶环在使用过程易老化，会造成气密件泄漏导致产品报废；
13.本发明可以有效地消除基座内部部分应力，并利用合理的钎焊工艺辅助缓解内部应力，达到工业使用要求，最终得到的温度压力传感器基座可承受20mpa的压力，气密检测其泄漏率《10-9
pa.m3/s，高低温循环(-50℃-150℃每三个小时为一个循环)可达100次以上不泄露；本发明通过全新的工艺控制，使制成的温度压力传感器基座具有更高的耐压性，更好的气密性，更长的使用寿命。
14.作为优选，圆形凸台的直径为圆形板厚度的1.9倍-2.1倍；圆形凸台与圆形板连接处设有r0.8-r1.0的倒角。
15.圆形凸台的直径为圆形板厚度的1.9倍-2.1倍的结构设置，使圆形凸台与圆形板连接处不容易断裂；
16.圆形凸台与圆形板连接处设有r0.8-r1.0的倒角的结构设置，使陶瓷块与紫铜壳体相对应的连接处应力不会过度集中，不容易断裂。
17.作为优选，圆形板的直径＜(3.5
×
圆形凸台的直径)。
18.圆形板的直径如果过大，圆形板和圆形凸台的连接处容易断裂；圆形板的直径＜(3.5
×
圆形凸台的直径)的结构设置，用于解决圆形板和圆形凸台的连接处容易断裂的问题。
19.作为优选，环形板的内侧面与环形板的上表面之间的夹角为90
°
；圆形凸台的外侧面与环形板的内侧面之间设有50um-100um的间隙。
20.环形板的内侧面与环形板的上表面之间的夹角为90
°
的结构设置，可增大焊接面，提高紫铜壳体与陶瓷块焊后强度；
21.圆形凸台的外侧面与环形板的内侧面之间设有50um-100um的间隙的结构设置，使钎焊过程中，熔化的焊料可以比较多的填充在圆形凸台的外侧面与环形板的内侧面之间，提高焊接强度。
22.作为优选，圆形板下表面与环形板上表面之间设有50um-100um的间距。圆形板下表面与环形板上表面之间设有50um-100um的间距的结构设置，用于防止焊料将整个陶瓷块的圆形板与环形板钎焊到一起，不会导致陶瓷开裂。
23.一种温度压力传感器基座的基座钎焊方法，包括如下步骤：
24.步骤1，准备焊件：
25.在圆形凸台下端面与内圆板上表面之间放置厚度为100um-150um环形的焊料，在圆形板上放置压块，使压块压住圆形板，紫铜壳体、陶瓷块、焊料和压块构成准备好的焊件；
26.步骤2，抽真空：
27.将若干个焊件放入真空钎焊炉中，利用真空钎焊炉的三级泵抽真空，使真空钎焊炉的真空度达到10-3
pa以下；
28.步骤3，真空钎焊炉开始加热，进行焊前准备；
29.步骤4，进行钎焊：
30.使真空钎焊炉内的温度从t3升至温度t4，t3的取值范围为720℃-780℃，t4的取值范围为860℃-880℃，3℃/min升温，使真空钎焊炉内的温度在t4保持10分钟-20分钟，焊料
熔化将陶瓷块和紫铜壳体连接起来；
31.步骤5，释放内应力：
32.使真空钎焊炉内的温度从t4降至t2，t2的取值范围为480℃-520℃，3℃/min降温，使真空钎焊炉内的温度在t2保持30分钟-60分钟；
33.步骤6，使真空钎焊炉内的温度从t2降至室温，将各个焊件从真空钎焊炉取出来，钎焊完成。
34.作为优选，所述焊料的制备方法包括如下步骤：
35.所述焊料由ag、cu、in和ti组成，焊料中的ag、cu、in和ti的质量份数比为(34.02-34.7)：(13.2-13.5)：(1-1.5)：1；
36.将ag、cu和in按照质量份数比进行配料，得到ag、cu和in的混合物，将混合物放入高纯石墨的熔炼坩埚进行真空熔炼，加热方式选用高频感应，将混合物熔化后浇铸成厚度为50mm-70mm的焊料锭；
37.利用二辊轧机轧制焊料锭，将焊料锭轧成厚度为13mm-15mm的坯料片；将坯料片分切为长度18cm-22cm，宽度为50mm-70mm的坯料段；在两块坯料段之间放一片厚度为20um-50um、长度18cm-22cm、宽度为50mm-70mm的纯ti箔，得到呈三明治状的坯料结构，使坯料结构中的ag、cu、in和ti的质量份数比为(34.02-34.7)：(13.2-13.5)：(1-1.5)：1；
38.在坯料结构上放置配重为5kg-8kg的载重物，将坯料结构和载重物放入真空钎焊炉里，使真空钎焊炉内抽高真空并升至550℃保温2小时，使真空钎焊炉内的温度降至室温，坯料结构扩散成一体的agcuinti坯料；
39.利用四辊轧机对agcuinti坯料进行多道轧制，在四辊轧机对agcuinti坯料进行轧制的过程中，用真空钎焊炉对agcuinti坯料进行高真空退火；经过多道轧制，最终将agcuinti坯料轧制成厚度为100um-150um的薄带，使用分切机将薄带分切成宽度为5mm-7mm的窄带，利用模具将窄带冲压成环状的焊料。
40.作为优选，所述步骤3包括如下步骤：
41.步骤3-1，使真空钎焊炉内的温度从室温升至温度t1，t1的取值范围为190℃-210℃，5℃/min升温，使真空钎焊炉内的温度在t1保持20分钟-40分钟；
42.步骤3-2，使真空钎焊炉内的温度从t1升至温度t2，5℃/min升温，使真空钎焊炉内的温度在t2保持20分钟-30分钟；
43.步骤3-3，使真空钎焊炉内的温度从t2升至t3，3℃/min升温，使真空钎焊炉内的温度在t3保持20分钟-40分钟。
44.作为优选，所述压块包括圆板和设于圆板下表面中部的凸针，凸针可伸入贯穿孔中，压块的质量为100g-150g。
45.凸针伸入贯穿孔中，压块将陶瓷块压住，使钎焊完成后，圆形凸台下端面与内圆板上表面之间钎焊层厚度被控制在20um-80um的范围内。
46.因此，本发明具有如下有益效果：通过全新的工艺控制，使制成的温度压力传感器基座具有更高的耐压性，更好的气密性，更长的使用寿命。
附图说明
47.图1是本发明的一种剖视图；
48.图2是本发明的陶瓷块的一种结构示意图；
49.图3是本发明的压块的一种结构示意图；
50.图4是本发明的一种试验结果对比图；
51.图5是本发明的陶瓷块与紫铜壳体钎焊后的一种扫描电镜图；
52.图6是本发明钎焊后的一种压力测试图。
具体实施方式
53.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
54.实施例1
55.如图1、图2所示的实施例是一种温度压力传感器基座，包括紫铜壳体1和设于紫铜壳体上的陶瓷块2；紫铜壳体包括竖管11，设于竖管上端的盖板12和设于盖板上表面上的环形板13；盖板包括圆环形围板121和设于圆环形围板内周面上边缘的内圆板122，内圆板中部设有通孔1221，圆环形围板下端与竖管上端固定连接；陶瓷块包括可伸入环形板中部并与内圆板上表面接触的圆形凸台21，和与圆形凸台上表面连接的圆形板22；圆形凸台和圆形板中部设有贯穿孔20，贯穿孔、通孔和竖管的中轴线相同，贯穿孔的直径＜通孔的直径＜竖管的内周壁的直径；圆形凸台下端面与内圆板上表面钎焊连接。
56.图2中，2-a为陶瓷块的仰视图，2-b为陶瓷块的剖视图。
57.圆形凸台的直径为圆形板厚度的2倍；圆形凸台与圆形板连接处设有r1.0的倒角。
58.圆形板的直径＜(3.5
×
圆形凸台的直径)。
59.环形板的内侧面与环形板的上表面之间的夹角为90
°
；圆形凸台的外侧面与环形板的内侧面之间设有100um的间隙3。
60.圆形板下表面与环形板上表面之间设有100um的间距4。
61.一种温度压力传感器基座的基座钎焊方法，包括如下步骤：
62.步骤1，准备焊件：
63.在圆形凸台下端面与内圆板上表面之间放置厚度为100um环形的焊料，在圆形板上放置如图3所示的压块5，使压块压住圆形板，紫铜壳体、陶瓷块、焊料和压块构成准备好的焊件；
64.压块包括圆板51和设于圆板下表面中部的凸针52，凸针可伸入贯穿孔中，压块的质量为100g-150g。
65.图3中的3-a为压块的仰视图，3-b为压块的剖视图。
66.步骤2，抽真空：
67.将多个焊件放入真空钎焊炉中，利用真空钎焊炉的三级泵(机械泵、罗茨泵、扩散泵)抽真空，使真空钎焊炉的真空度达到10-3
pa以下；
68.步骤3，真空钎焊炉开始加热，进行焊前准备；
69.步骤3-1，使真空钎焊炉内的温度从室温升至温度t1，t1的取值范围为190℃-210℃，5℃/min升温，使真空钎焊炉内的温度在t1保持20分钟-40分钟；
70.此阶段使焊料中的有机物挥发，该阶段升温过程会出现真空度升高的现象，一般是在80℃升到180℃之间真空度从10-3
pa升高到10-1
pa左右，此时会选择在200℃保温使焊料中的轧制油挥发完全，待真空度下降到10-3
pa继续下一阶段升温；
71.步骤3-2，使真空钎焊炉内的温度从t1升至温度t2，t2的取值范围为480℃-520℃，5℃/min升温，使真空钎焊炉内的温度在t2保持20分钟-30分钟；
72.此阶段主要让陶瓷块、紫铜壳体表面残存的杂质挥发掉，并使焊料中没有挥发完全的有机物碳化，此过程在280℃升到460℃之间会出现真空度波动，波动范围从10-3
pa升高到10-1
pa之间，选择在500℃保温使焊料内部的有机物完全挥发碳化不影响后续焊料熔化焊接，待真空度下降到10-3
pa之后继续下一阶段的升温；
73.步骤3-3，使真空钎焊炉内的温度从t2升至t3，t3的取值范围为720℃-780℃，3℃/min升温，使真空钎焊炉内的温度在t3保持20分钟-40分钟；
74.步骤4，进行钎焊：
75.使真空钎焊炉内的温度从t3升至温度t4，t4的取值范围为860℃-880℃，3℃/min升温，使真空钎焊炉内的温度在t4保持10分钟-20分钟，焊料熔化将陶瓷块和紫铜壳体连接起来；
76.保温时间要根据装炉量确定，50kg以下保温5-10分钟；50-100kg保温10-15分钟，100-200kg保温15-20分钟，此阶段为钎焊阶段，对紫铜来说保温时间过长溶蚀越严重造成焊件报废；
77.步骤5，释放内应力：
78.使真空钎焊炉内的温度从t4降至t2，3℃/min降温，使真空钎焊炉内的温度在t2保持30分钟-60分钟；
79.此阶段为缓慢降温阶段，目的是消除紫铜壳体与陶瓷块焊接部位的部分内应力；
80.步骤6，使真空钎焊炉内的温度从t2降至室温，将各个焊件从真空钎焊炉取出来，钎焊完成。
81.其中，焊料的制备方法包括如下步骤：
82.所述焊料由ag、cu、in和ti组成，焊料中的ag、cu、in和ti的质量份数比为34.02：13.2：1：1；
83.将ag、cu和in按照质量份数比进行配料，得到ag、cu和in的混合物，将混合物放入高纯石墨的熔炼坩埚进行真空熔炼，加热方式选用高频感应，将混合物熔化后浇铸成厚度为50mm-70mm的焊料锭；
84.利用二辊轧机轧制焊料锭，将焊料锭轧成厚度为13mm-15mm的坯料片；将坯料片分切为长度18cm-22cm，宽度为50mm-70mm的坯料段；在两块坯料段之间放一片厚度为20um-50um、长度18cm-22cm、宽度为50mm-70mm的纯ti箔，得到呈三明治状的坯料结构，使坯料结构中的ag、cu、in和ti的质量份数比为34.02：13.2：1：1；
85.在坯料结构上放置配重为8kg的载重物，将坯料结构和载重物放入真空钎焊炉里，使真空钎焊炉内抽高真空并升至550℃保温2小时，使真空钎焊炉内的温度降至室温，坯料结构扩散成一体的agcuinti坯料；
86.利用四辊轧机对agcuinti坯料进行多道轧制，在四辊轧机对agcuinti坯料进行轧制的过程中，用真空钎焊炉对agcuinti坯料进行高真空退火；退火温度随着轧制厚度逐渐增加，经过多次论证厚的毛坯退火温度选择在450-500℃之间效果较好，轧制到厚度低于0.2mm之后选择在550-580℃退火效果较好，经过多道轧制，最终将agcuinti坯料轧制成厚度为100um的薄带，使用分切机将薄带分切成宽度为5mm-7mm的窄带，利用模具将窄带冲压
成环状的焊料。
87.如图5所示，对本发明钎焊后的基座的陶瓷块与紫铜壳体焊接处进行扫描电镜图，从图5中可以看到紫铜与焊料反应层厚度为80um，陶瓷焊接较好、无裂纹。
88.如图6所示，对本发明的基座钎焊后进行压力测试，从图6中可以看出，对基座施加21mpa的压力，基座也不会断裂。
89.实施例2
90.实施例2中的焊料中的ag、cu、in和ti的质量份数比为34.7：13.5：1.5：1，实施例2中的其它结构和步骤与实施例1中相同。
91.实施例3
92.实施例3中的焊料中的ag、cu、in和ti的质量份数比为34.02：13.4：1：1，实施例3中的其它结构和步骤与实施例1中相同。
93.实施例4
94.实施例4中的焊料中的ag、cu、in和ti的质量份数比为34.4：13.4：1.3：1，实施例4中的其它结构和步骤与实施例1中相同。
95.实施例5
96.实施例5中的焊料中的ag、cu、in和ti的质量份数比为34.02：13.5：1.4：1，实施例5中的其它结构和步骤与实施例1中相同。
97.对比实验，将3个钎焊样件分别放置在不同钎焊环境中，得到不同的钎焊结果：
98.如图4所示，在本发明的实施例1的钎焊的过程中，在真空钎焊炉放入了陶瓷样件并在其上放置焊料，钎焊完成之后的结果如图4-a所示，本发明的钎焊工艺使焊料中的杂质挥发的更加充分，真空钎焊炉的真空度达到10-3
pa以下，通过焊后样件的表面光洁度也能佐证本发明的钎焊工艺使焊料中的杂质挥发的更完全，钎焊质量更高；
99.4-b的样件是因真空钎焊炉中的真空度大于5x10-2
pa，焊料表面轻微氧化，影响焊接质量；
100.4-c的样件是因真空钎焊炉中的真空度大于5
×
10-1
pa，焊料内部有机物挥发不完全造成部分焊料熔化效果不好。
101.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。