一种提高钎焊性能的AuSn20钎料的制备方法与流程

本发明涉及金基合金钎料的制造工艺，特别涉及ausn20合金钎料箔材的制备方法。

背景技术：

随着电子封装技术的不断发展，电子封装中焊点越来越精密。目前，失效的电子器件中绝大多数是焊点的可靠性问题引起的。ausn20共晶合金，熔点280℃，具有高强度、高热导率和免助焊剂等优良的焊接性能，广泛应用于电子封装领域，ausn20合金钎料的焊点可靠性问题主要集中于其热力学性能、蠕变和抗疲劳性能以及钎料制备工艺等，因制备工艺的不成熟造成了一系列钎焊性能问题。近年来，国内外制备ausn20合金钎料的工艺技术包括：金锡叠层法、铸造法、电镀沉积法等。金锡叠层法制备出的ausn20合金钎料成分不均匀，偏离共晶点成分导致熔点偏高，焊接性能差；铸造法工艺过程复杂，制备的ausn20合金钎料脆性大，难以加工，清洁性不够，钎焊时表面产生氧化渣导致钎焊不可靠；电镀沉积法镀速慢，制出的箔材很薄，缺乏灵活性，应用受到限制。

单辊甩带快速凝固法制备ausn20钎料，具有工艺简单，对设备要求不高，可大批量生产等特点。制备出的ausn20合金钎料熔点低，熔程缩短，耐腐蚀性高，焊接性能好，可获得高的焊点可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的是，一种新型的制备ausn20合金钎料工艺，该工艺获得的ausn20合金钎料，熔点降低，耐腐蚀性增强，钎焊性能高于普通工艺方法制备的ausn20合金钎料。

本发明一种提高钎焊性能的ausn20合金钎料的新型制备方法，是采用单辊甩带快速凝固技术制备ausn20钎料的方法，包括配制金锡原料，金锡原料比例1:4称量，采用石墨坩埚合金熔炼和浇注，甩带技术过程，按下列步骤完成：

(1)配制金锡合金原料，选取纯度99.99％的锡和金原料，按质量百分比1:4称取原料。

(2)将工序(1)配制的原料放入石墨坩埚中在真空感应炉中反复翻转熔炼三次取出，获得金锡合金铸锭。

(3)将工序(2)获得合金铸锭放入底部开口的石英管内，感应加热2～3min后，采用氮气喷铸，喷铸压力为0.01～0.9mpa，得到厚度为0.05～0.6mm的钎料薄带。

所述的喷铸过程，石英管与辊面距离为1～12mm，辊体为铜辊。

ausn20薄带厚度可通过调节工艺参数控制，辊速越快，薄带越易形成，薄带厚度越薄。

本发明相较于普通方法制备的ausn20箔材钎料，具有以下优势：本发明在非真空条件下操作且不需保护气体，仅需氩气或氮气做为喷铸气体喷铸ausn20熔液，对设备要求不高。本发明制备的ausn20薄带钎料具有良好的塑韧性，可任意剪切，显微组织细小均匀，化学成分均匀；本发明制备的ausn20钎料耐腐蚀性提高，熔点降低，提高了钎焊性能，降低了真空钎焊温度，减少能耗，降低成本；本发明通过调节铜辊速度控制薄材厚度，从而可制备出厚度可控的ausn20合金钎料。总而言之，本发明不仅通过控制铜辊速度获得厚度可控可任意剪切的ausn20薄带钎料，还得到了熔点降低及钎焊性能得到提高的ausn20合金钎料，降低生产成本。本发明方法简单，易于实施，对设备要求不高，ausn20合金钎料钎焊性能得到提高。

附图说明

附图1是本发明实施例1中单辊甩带成品的显微组织形貌图。

附图2是本发明实施例2中单辊甩带成品dsc熔化曲线，1#、2#、3#分别对应下面的实施例，4#为母合金dsc熔化曲线。

从图1中可以看出采用单辊甩带快速凝固法制备的ausn20薄带钎料显微组织均匀细小。

从图2中可以看出ausn20合金熔点降低，低于共晶点温度。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的解释说明，但不限于实施例。

实施例1：

配制金锡原料，锡与金的质量百分比为1:4，将称取的金锡原料放入石墨坩埚中，在真空感应炉中加热，待熔液冷却后取出，将获得的金锡合金铸锭再次放入石墨坩埚中，真空感应炉中加热，如此反复三次后获得金锡合金铸锭。砸碎块状金锡合金铸锭，放入底部长方形开口的石英管，石英管底部距铜辊距离为2mm。开启单辊甩带设备，调整辊速至3000r/min，之后调整氮气气流压力为0.2mpa。通过感应加热加热石英管内的金锡合金铸锭，加热4min后，直接喷射到铜辊上并随辊面运动，最终得到金锡合金箔材，箔材厚度0.03mm。采用真空钎焊技术焊接ni材，钎焊接头强度为51.86mpa。

实施例2

配制金锡合金原料，按金与锡质量百分比4:1称取，将称取的金锡原料放入石墨坩埚中，在真空感应炉中加热，待熔液冷却后取出，将获得的金锡合金铸锭再次放入石墨坩埚中，真空感应炉中加热，如此反复三次后获得金锡合金铸锭。砸碎块状金锡合金铸锭，放入底部长方形开口的石英管，石英管底部距铜辊距离为4mm。开启单辊甩带设备，调整辊速2800r/min，之后调整氮气气流压力为0.3mpa。通过感应加热加热石英管内的金锡合金铸锭，加热5min后，直接喷射到铜辊上并随辊面运动，最终得到金锡合金箔材，箔材厚度0.1mm，采用真空钎焊技术钎焊ni材，钎焊接头强度为61.80mpa。

实施例3

配制金锡合金原料，按金与锡质量百分比4:1称取，将称取的金锡原料放入石墨坩埚中，在真空感应炉中加热，待熔液冷却后取出，将获得的金锡合金铸锭再次放入石墨坩埚中，真空感应炉中加热，如此反复三次后获得金锡合金铸锭。砸碎块状金锡合金铸锭，放入底部长方形开口的石英管，石英管底部距铜辊距离为5mm。开启单辊甩带设备，调整辊速2000r/min，之后调整氮气气流压力为0.3mpa。通过感应加热加热石英管内的金锡合金铸锭，加热4min后，直接喷射到铜辊上并随辊面运动，最终得到金锡合金箔材，箔材厚度0.3mm，采用真空钎焊技术钎焊ni材，钎焊接头强度为57.20mpa。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种提高钎焊性能的AuSn20钎料的制备方法。采用单辊甩带快速凝固技术制备AuSn20箔材钎料，包括以下步骤：(1)配制原料，选取纯度为99.99％的锡和金原料，按质量百分比1:4配制原料。(2)合金熔炼，在真空感应炉中熔炼，真空度为1*102～1*10‑6Mpa，反复翻转熔炼3～4次，得到金锡合金铸锭。(3)甩带。本发明相比现有的制备AuSn20合金钎料的技术方法，其有益效果在于，合金达到了完全合金化，钎料熔点降低，焊接性能更好，钎料箔材厚度可控。此外，本方法不需在高真空和保护气氛下操作，工艺操作简单，成本低，适用于批量生产。

技术研发人员：许昆;赵晓然;刘毅;李伟;张健康;罗锡明;程勇;罗雁波
受保护的技术使用者：贵研铂业股份有限公司
技术研发日：2017.06.07
技术公布日：2017.10.10