铜硬焊散热器技术

HEATS

　　五十年代汽车工业的热交换器的制造主要采用铜材料的锡焊技术。在六十年代末、七十年代初，铜材料成本是铝材料的2~3倍。为了减少成本，降低产品重量，开始采用铝制散热器的焊技术，使用生产线半自动化和自动化生产加工作业，但铝散热器的工艺过程复杂、工作环境要求苛刻，并对环境造成破坏。

1 q* |& q) g3 F7 E( [ ! X. @/ c1 F, O* [9 _3 Z

　　在90年代以后新型铜硬焊散热器比铝散热器的制造成本更低，鉴于铜材料有不可替代的优点，因此在90年代末，国际铜业协会(ICA)开发出最新的汽车热交换器制造新技术―铜硬焊(CuproBraze热交换器生产技术，并由奥托昆普公司(Outokumpu)实施。由此开创了汽车热交换器制造技术更新和飞跃的时代。

% e$ K( Q6 m3 q. m9 @

　　铜硬焊散热器的工艺技术原理

8 b5 B/ T* h8 W' n & {+ y# O9 Y" {# Z2 @" W" E1 t

　　铜硬焊技术的核心是无焊剂、无铅焊合金以及抗退火材料。其原理是用OKC600铜填料(金属粉末所加工的焊膏，奥托昆普技术专利US-Patent 5378294)在590～610℃时熔化，依靠金属毛细管作用力，流入焊接间隙，与母体材料(抗退火铜材)发生反应，在交界处形成合金金属连续体，构成高强度的金属一体化结构。

1 |" V0 g6 x+ T# L0 R- p # h% R( Y7 ~% L2 Q0 T( D0 W

　　铜硬焊散热器的主要材料

　　散热器材料

4 X; v; u! k0 m- ^8 T- ?

　　硬焊的一般温度在590～610℃之间，这意味着散热器必须采用能够抵抗较高温度的材料。铜硬焊散热器采用的原材料是奥托昆普铜材，此材料经过特殊设计和研制的抗退火铜合金，是焊用的高强度材料；

5 }4 X5 V6 ?2 s: P 9 H) q; Y- H8 d

　　散热管材料

1 `% c, \1 E2 r2 j3 y8 r% f) V

　　这是由85%铜和1%合金元素余量为锌组成的CuZn15铜制品；

, Q* H% p8 D0 ?$ S" `& K5 S ! m+ f6 {' Z' h$ `4 v

　　散热带材料

% ]2 c) D' j0 K. T, B

　　该合金是一种弥散强化型合金，可防止材料在焊时软化，在焊接过程中能够达到较高的传导率；

& j/ Y* Z$ U& N% [6 @& p0 W

　　主片

8 @5 e; G5 M* d, O( U

　　主片采用含铜量64%的铜合金；

; }9 T4 O7 j- T2 k$ d! v % a' C3 [ T# ^: p+ T2 r

　　填料

- r( V" G" r& m, F& \6 A" h

　　采用奥托昆普公司开发的铜硬焊金属填料(专利号为US patent 5378294)OKC600。该填料是一种不具有毒性的CuNiSnP合金，主要成份有：铜约75%、磷约5%、锌约15%、镍约5%。熔化温度为600℃，熔化范围为10℃。

H7 M" X1 B* I% d 8 R. }& P E- ]2 J. j) q

　　铜硬焊散热器工艺要点

$ H% [) q6 e7 ^% e; k0 ?

　　制带

7 n0 Y5 j; \' g$ ]

　　与传统锡焊散热器工艺相同。但是，为了确保散热片顶部和管子间隙尺寸要求，生产波浪形散热片的波峰高度的一致十分重要。根据工艺要求，可以采用波峰弥散焊膏方式或管子表面涂敷方式。

7 [7 v# C! i0 [+ }. i 7 i8 l) m! Y5 m9 `. L z+ ~

　　制管

$ i S. g! N( | / y4 a+ I. N. S( \" m) o8 w p

　　可以采用高频焊管、咬口管、型管、B型管及激光制管。如果用管子表面涂敷，需要注意几件事情：

& d2 ]! a- Y5 D% r; E

　　-为了防止管带在组装成芯子和压装出现变形，焊膏的涂敷涂层应尽可能薄。推荐使用高金属含量的焊膏，经烘干后也能拥有光滑的表面；

6 V: V; C+ P" `! h+ Y% ]! F

　　-涂层厚度要均匀。推荐值为150~200g/m2，管带之间接触愈好，焊涂层就可以愈薄；

6 f. x+ I$ o0 c9 @! a# f$ E8 Y

　　-大部分焊焊膏需要烘干。这通常用暖风烘干。要遵守焊膏供货商的使用说明，需要指出的是在烘干过程中，温度过高可能影响(氧化)焊粉末，导致不良的焊结果。

c: C3 F& b1 o6 j% c

　　主片

1 j% _( C+ o) Q; G$ K/ A ' ^% P3 g9 J+ C5 Q, b2 s

　　主片上孔采用冲孔突缘和加强筋工艺，便于焊膏流入主片和插入管子的缝隙，缝隙应小于0.1mm。

( P; H+ K/ }5 z' k

　　焊卡具要求低密度，即卡具材料的热膨胀系数尽可能接近黄铜和铜，以避免由于卡具尺寸变化导致管带的永久变形。

2 h N# J& o1 j; G. f* P

　　焊炉

　　有3种类型，当小批量生产时，采用断续炉；中批量生产采用半连续炉；大批量生产用连续炉(工件长于1,000m不推荐用连续炉)。

2 Q, F/ ~& C3 F6 f4 l

　　铜硬焊散热器的优越性

　　铜硬焊散热器具有铝制散热器不可替代的优点，如：

6 u( x1 A9 g7 S# c1 l1 k$ r

　　成本低

2 F" N9 P7 m: P9 \* J# V

　　目前铜材料的价格十分稳定，而铝价格波动较大；虽然铜的比重较铝大，但铜容易加工成薄型材料；工艺简单(不需焊前焊后处理)，焊温度容易控制(熔点温度允差范围大)，焊速度快，成本率高；可利用铝焊散热器的加工设备(焊炉)和生产线，氮气用量小，能节约能源，节约加工成本。

( l) }7 Q7 \. } 2 |4 b1 `! ~. ]0 U5 B6 E# p6 R

　　小型化

6 J. k- x. h3 m9 N ( n! r. H+ h$ y2 D( {

　　铜的导热性好，强度和刚度大，可使材料厚度减薄，为铜硬焊散热器小型化设计奠定基础。

8 V. t1 E7 b: {2 Q

　　无污染

　　铜硬焊工艺不需要使用焊剂，不需要进行前后期清洗，采用无铅低温焊接，改善工作环境，减少污染。

# }! ]/ W2 }( s6 s2 S0 h6 P ) Z1 v; }, }, x

　　回收利用

　　材料的回收和再生产利用率高。

* w& r) ]2 P$ _4 @! b( @% m , W) P9 `1 V% E8 S5 E b : e1 U1 M- N& y' R, o% u: e