(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211038111.2 (22)申请日 2022.08.26 (71)申请人 西安理工大 学 地址 710048 陕西省西安市碑林区金花 南 路5号 (72)发明人 王凯　杨晨曦　杨明顺　陈延鹏　 单世杰　曲铎　李胜伟　杨阿帆　 高波　 (74)专利代理 机构 西安弘理专利事务所 61214 专利代理师 曾庆喜 (51)Int.Cl. B23K 26/21(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 一种适用 于激光封焊的薄壁梯度硅铝管壳 及激光封 焊方法 (57)摘要 本发明公开了一种适用于激光封焊的薄壁 梯度硅铝管壳， 管壳为硅铝合金材料， 且管壳由 顶端向底端方向硅铝合金材料中的硅含量呈三 个梯度增大， 本发明提高了管壳的可焊接性。 本 发明还公开了一种用于薄壁梯度硅铝管壳的激 光封焊方法， 用于对本发明的薄壁梯度硅铝管壳 进行激光封焊， 包括选取薄壁梯度硅铝管壳及盖 板， 装夹硅铝管壳， 对管壳与盖板进行点焊固定， 以及激光封焊管壳与盖板， 本发明， 有效地改善 管壳焊接接头质量和降低管壳残 余应力， 从而提 升激光焊接质量。 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 CN 115430910 A 2022.12.06 CN 115430910 A 1.一种适用于激光封焊的薄壁梯度硅铝管壳， 所述管壳内部焊接有基板， 所述管壳顶 部与盖板(21)焊接， 其特征在于， 所述管壳为硅铝合金材料， 且所述管壳由顶端向底端方向 硅铝合金 材料中的硅含量呈三个梯度增大； 三个梯度中， 第三梯度对应管壳底壁所在的厚度范围， 第三梯度硅铝合金材料中的硅 含量最高， 第三梯度硅铝合金材料 的热膨胀系 数与基板的热膨胀系 数匹配； 第一梯度对应 管壳顶部及靠近顶部处， 第一梯度硅铝合金材料中的硅含量最低， 第一梯度硅铝合金材料 的热膨胀系数与盖板(21)的热膨胀系数匹配； 第二梯度对应管壳剩余部分， 第二梯度硅铝 合金材料中的硅含量介于第一梯度和第三梯度之间。 2.根据权利要求1所述的一种适用于激光封焊的薄壁梯度硅铝管壳， 其特征在于， 按照 所述管壳硅铝合金材料中硅含量三个梯度对应位置将管壳分层， 分层包括管壳底层(24)、 管壳中层(23)和管壳上层(22)， 第三梯度对应管壳底层(24)， 管壳底层(24)厚度最小， 第二 梯度对应管壳中层(23)， 管壳中层(23)厚度最大， 第一梯度对应管壳上层(22)， 管壳上层 (22)的厚度介于管壳底层(24)和管壳 中层(23)的厚度大小之间。 3.一种用于薄壁梯度硅铝管壳的激光封焊方法， 用于对权利要求1 ‑2任一项所述的薄 壁梯度硅铝管壳进行激光封焊， 其特 征在于， 具体按照如下步骤实施： 步骤1， 材 料选取： 选取薄壁梯度硅铝管壳及盖 板(21)； 步骤2， 装夹： 将管壳限位装夹在散热板上， 所述管壳内壁顶部设置有肩台， 将盖板(2 1) 放置在管壳的肩台上使盖板(21)嵌入管壳顶部， 盖板(21)上表面与管壳顶端端面齐平， 在 盖板(21)顶部放置 压紧块(3 0)限制盖 板(21)移动； 步骤3， 点焊： 设置激光器的脉冲激光参数， 脉冲激光参数包括激光封焊的输入功率、 光 斑直径， 调节离焦量， 设置点焊路径， 运行激光程序， 对管壳上层(22)与盖板(21)进行点焊 固定； 步骤4， 激光封焊： 观察点焊效果， 确认盖板(21)无翘曲、 漏焊后设置激光连续焊接路 径， 运行程序， 激光焊接机以设定好的激光焊接参数、 焊缝路径， 完成管壳上层(22)与盖板 (21)的焊接 。 4.根据权利要求3所述的一种用于薄壁梯度硅铝管壳的激光封焊方法， 其特征在于， 所 述步骤2中通过多块约束块(26)限位装夹管壳， 多个所述约束块(26)在管壳外侧从不同方 向对管壳施加约束， 所述散热板为散热铝板(25)。 5.根据权利要求3所述的一种用于薄壁梯度硅铝管壳的激光封焊方法， 其特征在于， 所 述步骤3中对管壳与盖 板(21)的点焊为对称点焊。 6.根据权利要求3所述的一种用于薄壁梯度硅铝管壳的激光封焊方法， 其特征在于， 所 述步骤3中激光点焊采用的激光器为ND:YAG脉冲激光器， 设置激光焊接的所述脉冲激光参 数包括： 热输入功率 为160～170W、 脉宽为5m s、 光斑直径为0.6～0.8m m， 离焦量 为‑1～1mm。 7.根据权利要求3所述的一种用于薄壁梯度硅铝管壳的激光封焊方法， 其特征在于， 所 述步骤4激光焊接机在焊接过程中， 采用吸除烟雾装置(29)及时消除烟雾对脉冲激光束 (28)的影响， 采用散热铝板(25)作为管壳的支撑， 让焊接中的管壳与盖 板(21)快速降温。 8.根据权利要求3所述的一种用于薄壁梯度硅铝管壳的激光封焊方法， 其特征在于， 所 述步骤4中设定的激光焊接参数包括： 激光平均功率为1600～2000W、 脉冲频率为18Hz、 脉宽 为5ms、 焊接速度为3～5m m/s、 光斑直径为0.6～0.8m m， 离焦量 为‑1～1mm。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115430910 A 2一种适用于激光封焊的薄壁梯度硅铝管壳及 激光封焊方 法 技术领域 [0001]本发明属于激光焊接技术领域， 涉及一种适用于激光封焊的薄壁梯度硅铝管壳， 还涉及一种用于薄壁梯度硅铝管壳的激光封焊方法。 背景技术 [0002]随着航空航天技术的发展和不断提高的元器件及 其组装技术要求， 现代空间电子 产品大量采用模块化的混合集成电路， 混合集成电路通过焊接密闭封装在管壳中。 封装的 管壳对芯片具有机械支撑、 电信号传输以及密封保护功能。 其中， 密封保护功能对于 混合集 成电路产品尤为重要， 可保证产品在经历地面试验、 发射、 空间运行等各种复杂环境时， 内 部电路免受外 部环境的冲击振动和太空辐射。 [0003]在管壳封焊时腔体内部的最高温度不能超过电子元器件及芯片的耐受温度， 不能 超过管壳内部各种焊料 的熔化温度， 以免管壳内部电路损坏。 为更好地保护管壳内部芯片 等元器件， 要求焊接后的管壳具有很高的气密性， 这就需要 管壳的封焊质量好， 不能存在未 焊透、 或者焊后产生微裂纹等缺陷。 激光焊接工艺具有能量集中、 可瞬时加热、 热影响区小、 无需填充焊料和路径控制精确 等优点， 成为管壳封装的首选焊接工艺。 高硅铝合金材料具 有质量轻、 强度高、 导热性好、 热膨胀系数小、 热稳定性好、 易加工成形和成本低等优点， 成 为电子封装管壳与盖 板的首选材 料。 [0004]大量的实验研究表明， 管壳若采用单一的硅铝合金材料， 管壳材料的热膨胀系数 将无法同时匹配基板和盖板的热膨胀系 数， 因此焊后管壳会产生较大 的残余应力， 管壳内 部的基板也会随着管壳产生翘曲与局部应力集中。 为了得到较好的焊接质量， 可以采用不 同含硅量的硅铝合金材料制造管壳， 管壳结构中的硅铝合金材料呈梯度分布。 但是， 在激光 封焊过程中， 若激光热输入功 率过大， 梯度管壳侧壁温度过高， 会破坏侧壁结构或 高温导致 管壳内部的电子元器件失效。 若激光输入功率不足， 管壳与盖板焊缝连接不可靠。 同时， 因 为管壳与盖板在激光封焊过程中受热不均匀， 可能会导致管壳出现焊接变形、 产生较大焊 接残余应力， 甚至使管壳产生 脆性断裂。 发明内容 [0005]本发明的目的是提供一种适用于激光封焊的薄壁梯度硅铝管壳， 为梯度硅铝材 料， 提高了管壳的可焊接性。 [0006]本发明的另一目的是提供一种用于薄壁梯度 硅铝管壳的激光封焊方法， 有效地改 善管壳焊接 接头质量和降低管壳残余应力， 从而提升 激光焊接质量。 [0007]本发明所采用的第一种技术方案是， 一种适用于激光封焊的薄壁梯度硅铝管壳， 管壳内部焊接有基板， 管壳顶部与盖板焊接， 管壳为硅铝合金材料， 且管壳由顶端向底端方 向硅铝合金 材料中的硅含量呈三个梯度增大； [0008]三个梯度中， 第三梯度对应管壳底壁所在的厚度范围， 第三梯度硅铝合金材料中 的硅含量最高， 第三梯度硅铝合金材料 的热膨胀系 数与基板的热膨胀系 数匹配； 第一梯度说　明　书 1/6 页 3 CN 115430910 A 3