一种中温合金钎料薄带及制备方法与流程

本发明涉及电子器件封装和合金复合材料钎焊的技术领域，具体涉及一种中温合金钎料薄带及制备方法。

背景技术：

许多航天用电子器件都采用密度较低的材料，比如表面镀Ni的铝基热沉材料。这些电子器件都要求焊接封装，为了保证电子器件有关材料的性能在进行焊接时不受影响，要求焊接温度必须低于铝基热沉材料的熔点。然而这些电子器件的壳体与芯片的焊接多采用焊接温度为400℃左右的Au-Si、Au-Ge等低熔点焊料，而对铝基热沉材料的封装焊接又必须高于400℃低于660℃，根据梯度焊接原则，焊料的熔化温度需要控制在400~600℃范围内才能够有效地进行焊接。

目前，国内外对于熔化温度在400~600℃范围内的中温钎焊焊料，还比较少公开和介绍。

目前制备中温合金焊料的常用方法有叠层复合法、电镀沉积法和铸造轧制法，由于中温合金焊料组织中一般含有脆性相，这导致合金钎料在整体上具有较大的脆性，按照上述的常规方法在对这种中温合金焊料加工时容易产生断裂的问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于，提供一种中温合金钎料薄带，其熔化范围为400~600℃，具有良好的可焊性，能与大部分的焊接设备和焊接工艺兼容。另外，本发明还提供了这种中温合金钎料薄带的制备方法，这种制备方法加工出来的中温合金钎料薄带的厚度小于1mm，具有良好的焊接性能。

本发明是通过以下技术方案进行实现的：

一种中温合金钎料薄带，其组分按重量百分比计：Au 68~87%，Ag 8~21%，Si 2.2~4.5%，Cu 0.1~1.0%，Ni 0.1~0.9%，Sn 0.3~0.8%。

作为本发明的一种优化的方案，一种中温合金钎料薄带，其组分按重量百分比计：Au 76.53%、Ag 19.05%、Si 3.10%、Cu 0.50%、Ni 0.25%、Sn 0.57%。

作为本发明的一种优化的方案，所述的中温合金钎料薄带的熔点范围为400~600℃。

作为本发明的一种优化的方案，所述的中温合金钎料薄带的厚度小于1mm。

本发明还公开了这种中温合金钎料薄带的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）取上述的按重量百分比计的组分，合金组分的原料采用纯度为99.99%的Au，纯度为99.99%的Ag，单晶硅以及纯镍，在真空度为10^-3 pa的中频感应真空炉中熔炼，组分熔化后进行充分搅拌，浇注至铜模冷却，得到铸锭；中频感应真空炉熔炼的载体为石墨坩埚。

（2）将铸锭放入单辊快速凝固装置中，在惰性气体的保护下进行二次熔炼，经过快速凝固工艺制备得到中温合金钎料薄带。

步骤1所述的单辊快速凝固装置包括氩气瓶、压力表、精密气压调节器、温控箱、变频器、电动机、铜辊、喷嘴、坩埚、加热器、喷嘴开关、不锈钢轴。

作为本发明的中温合金钎料薄带的制备方法的进一步优化，所述的快速凝固工艺，其具体的工艺参数为：

过热度 70k，

辊面线速度 18~20m/s，

喷射压力 0.05Mpa，

喷射角度 90°，

喷嘴到辊面间距 6mm，

喷嘴尺寸 0.3mm×20mm；

所述的惰性气体为氩气。

研究人员在分析Au-Si和Ag-Si两个二元系相图，Au-Si和Ag-Si两个二元系分别在363℃和840℃发生二元共晶反应L→α(Au)+β(Si)和L→α(Ag)+β(Si)，而Au-Ag二元系将形成无限互溶体L→α(AuAg)。接着，Au-Ag-Si三系将形成一条发生共晶反应的单变量线。也就是说，随着合金成分的改变，其共晶反应温度可从363~840℃之间进行连续的变化，建立起来Au-Ag-Si的中温焊料系统。另外，研究人员在研究中发现，在这种中温合金钎料薄带中添加微量Ni可明显提高焊接钎料的漫流性和焊接接头的强度。

基于上述的技术方案，本发明具有的技术效果为：

（1）本发明提供的中温合金钎料薄带，其熔化范围为400~600℃，具有优良的抗氧化性和可焊接、钎接性，可以进行梯度焊接，与现有的焊接设备和焊接工艺能够很好地兼容，满足中温封装焊接的应用要求。

（2）本发明提供的中温合金钎料薄带的制备方法，采用快凝固技术，可以制备出厚度小于1mm的钎料薄带，薄带微观组织均匀连续且加工性能良好，而且薄带还具有良好的流动性和润湿性，焊接强度高。

附图说明

图1为本发明的制备方法的单辊快速凝固装置的结构示意图。

具体实施方式

为了便于本领域的技术人员理解，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，实施方式提及的内容并不限定本发明的范围。

如图1所示，本发明对制备方法中的单辊快速凝固装置100进行说明，其包括以下组件：氩气瓶1、压力表2、精密气压调节器3、温控箱4、变频器5、电动机6、铜辊7、喷嘴8、坩埚9、加热器10、喷嘴开关11和不锈钢轴12。

实施例1

将Au 76.53%、Ag 19.05%、Si 3.10%、Cu 0.50%、Ni 0.25%和Sn 0.57%置于真空度为10^-3 pa的中频感应真空炉中进行熔炼，中频感应真空炉熔炼的载体为石墨坩埚，组分熔化后充分搅拌，并浇注至铜模进行冷却，得到铸锭；将铸锭放入单辊快速凝固装置中，在惰性气体的保护下进行二次熔炼，经过快速凝固工艺制备得到中温合金钎料薄带。

本发明制备得到的中温合金钎料薄带，其厚度为0.79mm，熔化范围为452~478℃，满足中温封装焊接温度范围为400~600℃的要求，具有优良的抗氧化性和可焊接、钎接性，在镀镍层和纯铜上有良好的漫流性和润湿性，焊接接头有足够的强度。

实施例2

将Au 77.45%、Ag 18.26%、Si 3.13%、Cu 0.48%、Ni 0.23%和Sn 0.55%置于真空度为10^-3 pa的中频感应真空炉中进行熔炼，中频感应真空炉熔炼的载体为石墨坩埚，组分熔化后充分搅拌，并浇注至铜模进行冷却，得到铸锭；将铸锭放入单辊快速凝固装置中，在惰性气体的保护下进行二次熔炼，经过快速凝固工艺制备得到中温合金钎料薄带。

本发明制备得到的中温合金钎料薄带，其厚度为0.84mm，熔化范围为455~476℃，满足中温封装焊接温度范围为400~600℃的要求，具有优良的抗氧化性和可焊接、钎接性，在镀镍层和纯铜上有良好的漫流性和润湿性，焊接接头有足够的强度。

实施例3

将Au 78.21%、Ag 17.43%、Si 3.15 %、Cu 0.47 %、Ni 0.22%和Sn 0.52%置于真空度为10^-3 pa的中频感应真空炉中进行熔炼，中频感应真空炉熔炼的载体为石墨坩埚，组分熔化后充分搅拌，并浇注至铜模进行冷却，得到铸锭；将铸锭放入单辊快速凝固装置中，在惰性气体的保护下进行二次熔炼，经过快速凝固工艺制备得到中温合金钎料薄带。

本发明制备得到的中温合金钎料薄带，其厚度为0.89mm，熔化范围为458~498℃，满足中温封装焊接温度范围为400~600℃的要求，具有优良的抗氧化性和可焊接、钎接性，在镀镍层和纯铜上有良好的漫流性和润湿性，焊接接头有足够的强度。

实施例4

将Au 79.14%、Ag 16.53%、Si 3.18%、Cu 0.45%、Ni 0.20%和Sn 0.50%置于真空度为10^-3 pa的中频感应真空炉中进行熔炼，中频感应真空炉熔炼的载体为石墨坩埚，组分熔化后充分搅拌，并浇注至铜模进行冷却，得到铸锭；将铸锭放入单辊快速凝固装置中，在惰性气体的保护下进行二次熔炼，经过快速凝固工艺制备得到中温合金钎料薄带。

本发明制备得到的中温合金钎料薄带，其厚度为0.86mm，熔化范围为453~488℃，满足中温封装焊接温度范围为400~600℃的要求，具有优良的抗氧化性和可焊接、钎接性，在镀镍层和纯铜上有良好的漫流性和润湿性，焊接接头有足够的强度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的保护范围之内。