液体冷焊方法和设备与流程

本发明属于金属制造领域。

背景技术：

1、多孔3d金属物体可以由堆叠的2d网格和/或多孔薄膜制成。这些基板在压力下堆叠起来，并在真空或惰性气体环境下放置在高温炉中。高温会增加扩散到基板上的金属原子的热能。这导致形成各种孔隙率和各种孔隙形状和尺寸的3d金属物体。孔隙率可以是开放的或封闭的。us8715871b2和us20050017055a1中的现有技术公开了这种制造具有多孔金属结构的电化学反应器的方法的几个实施例。这种方法的主要缺点之一是需要高温才能进行实际的层结合。

2、还可以使用光刻胶图案化和电沉积的组合来形成高分辨率多孔3d金属结构。为了获得所需的厚度和孔隙率，需要多个重复步骤，包括图案化、电镀、图案溶解和部分金属溶解。在us20090239353a1、us20100147695a1、us20130029481a1和us009244101b2中描述了这种制造程序的一些实施例。尽管微细加工行业经常采用这些步骤，但对于比典型硅晶圆更大的基板，要使它们具有成本效益和可扩展性是相当困难的。

技术实现思路

1、本发明的一些实施例的一方面涉及使用液体冷焊(liquid cold welding,lcw)或焊接来生产多孔3d金属结构。出于本说明书和所附权利要求的目的，术语“液体冷焊(liquid cold welding)”或“液体冷焊(lcw)”表示通过在局部电化学反应过程中从电解质溶液中沉积的金属或金属复合物将浸入液体电解质溶液中的两个或多个金属或金属复合物基板连接起来。根据本发明的各种示例性实施例，液体冷焊是具有成本效益的和/或可扩展的。

2、应当理解，上述各个方面涉及与多孔3d金属结构生产的可扩展性相关的技术问题的解决方案

3、备选地或附加地，应当理解，上述各个方面涉及与生产期间的性能控制有关的技术问题的解决方案。

4、在本发明的一些示例性实施例中，提供了一种液态冷焊(lcw)方法，包括：(a)在多个穿孔的非导电框架之间接合两个或多个多孔导电基板层，使得所述两个或多个多孔导电基板层彼此接触；(b)将基板层浸入一电解质溶液中；(c)向所述电解质溶液施加电流和/或电压和/或电力。在一些实施例中，所述施加包括施加从工作电极(working electrode,we)流过所述多个穿孔的非导电框架之间的所述两个或多个多孔金属基板层到相对电极(counter electrode,ce)的电流。备选地或附加地，在一些实施例中，所述施加包括施加恒定电压。备选地或附加地，所述施加包括使用一参考电极(reference electrode,re)施加一恒定电压。备选地或附加地，在一些实施例中，所述施加包括施加一恒定功率。备选地或附加地，在一些实施例中，所述方法包括折叠单个多孔导电基板层以形成两个或多个多孔导电基板层。在一些实施例中，所述方法包括：在所述多个穿孔的非导电框架之间同时供给两个或多个多孔导电基板层；在所述液态冷焊之后将所述两个或多个多孔导电基板层撤回作为粘合基板。备选地或附加地，在一些实施例中，所述方法包括增加所述多个穿孔的非导电框架之间的距离以便于插入和/或移除所述两个或多个多孔导电基板层。备选地或附加地，在一些实施例中，所述方法包括减小所述多个穿孔的非导电框架之间的距离，使得所述两个或多个多孔导电基板层彼此接触。备选地或附加地，在一些实施例中，所述方法包括在所述施加期间泵送所述电解质溶液通过所述多个穿孔的非导电框架和所述两个或多个多孔导电基板层。

5、在本发明的一些示例性实施例中，提供了一种液体冷焊(lcw)设备，包括：一容器，所述容器内有两个相对放置的相对电极；以及至少两个穿孔的非导电框架，适合接合和保持一多层基板，使得各层保持相互接触；所述至少两个穿孔的非导电框架位于所述相对电极之间。在一些实施例中，所述接触是机械接触。

6、在本发明的一些示例性实施例中，提供了一种液态冷焊(lcw)设备，包括：一个容器，有源电极和参考电极在容器内彼此相对放置；以及至少两个穿孔的非导电框架，适合接合和保持多层基板，使得各层保持相互接触；所述至少两个穿孔的非导电框架位于所述有源电极和参考电极之间。

7、关于上述设备之一或两者：

8、在一些实施例中，所述设备包括两个或更多供给辊，适于在所述多个穿孔的非导电框架之间同时供给两个或多个多孔导电基板层；以及一卷取辊，适于在液体冷焊之后卷起所述两个或多个多孔导电基板层作为一粘合基板。备选地或附加地，在一些实施例中，所述设备包括一距离调节机构，适于调节所述多个穿孔的非导电框架之间的一距离。在一些实施例中，距离调节机构增加距离以促进两个或多个多孔导电基板层的插入和/或移除。备选地或附加地，在一些实施例中，距离调节机构减小穿孔的非导电框架之间的距离，使得基板层在焊接期间彼此接触。备选地或附加地，在一些实施例中，所述设备包括一折叠机构，所述折叠机构被配置为折叠单个多孔导电基板层以产生一多孔导电基板层的堆叠。备选地或附加地，在一些实施例中，所述设备包括一泵，所述泵被定位用以在操作期间泵送所述电解质溶液通过所述多个穿孔的非导电框架和所述两个或多个多孔导电基板层。

9、除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。尽管下文描述了合适的方法和材料，但与本文所述那些相似或等同的方法和材料可用于实施本发明。在发生冲突的情况下，以专利说明书(包括定义)为准。所有材料、方法和实施例仅是说明性的，而不是限制性的。

10、如本文所用，术语“包含”和“包括”或其语法变体应被视为指定包含所述特征、整体、动作或组件，而不排除添加一个或多个附加特征、整体、动作、组件或其团体。所述术语比美国专利商标局专利审查程序手册所定义的术语“由...组成”和“基本上由...组成”更广泛，并且包括这些术语。因此，实施例“包括”或“包含”特征的任何叙述是子实施例“基本上由”和/或“由”所叙述的特征“组成”的具体陈述。

11、当在本文中使用时，短语“基本上由...组成”或其语法变体应被视为指定所陈述的特征、整体、步骤或组件，但不排除添加一个或多个额外的特征、整体、步骤、组件或其组但前提是附加特征、整体、步骤、组件或组不会实质性改变要求保护的组合物、设备或方法的基本和新颖特征。

12、本说明书和所附权利要求中使用的短语“适用于”对先前引用的组件施加了额外的结构限制。

13、术语“方法”是指用于完成给定任务的方式、手段、技术和程序，包括但不限于那些已知的方式、手段、技术和程序，或者容易从已知的方式、手段、技术和程序发展而来由建筑和/或计算机科学的从业者。

14、根据本发明的一个实施例的方法和系统的实施涉及手动、自动或其组合执行或完成选定的任务或步骤。此外，根据本发明的方法、设备和系统的示例性实施例的实际仪器和设备，几个选定的步骤可以由硬件或由任何固件的任何操作系统上的软件或其组合来实现。例如，作为硬件，本发明的选定步骤可以实现为芯片或电路。作为软件，本发明的选定步骤可以实现为由使用任何合适操作系统的计算机执行的多个软件指令。在任何情况下，本发明的方法和系统的选定步骤都可以描述为由数据处理器执行，例如用于执行多个指令的计算平台。

15、除非另有说明，化学品的百分比(％)为w/w(重量/重量)。