一种用于钎焊铝及其合金的软钎料合金的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钎焊技术领域，特别涉及一种用于钎焊铝及其合金的软钎料合 金。
【背景技术】
[0002] 以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有 技术。
[0003] 与铜相比，铝及其合金的热导率和电导率接近，其密度却仅为铜的1/3、材料成本 也只有铜的20%_30%，因其以上优点，出于减轻重量，提高效率，增强机动性和降低能耗等 原因，在现代航天、航空、军事和汽车等工业生产领域中都竭尽可能使用铝及其合金替代 铜。铝及其合金能否在更广泛的领域(如通信、家电、消费电子产品等）替代铜，关键技术在 于能否如铜软钎焊一样在较低焊接温度即可实现批量、稳定和高可靠的钎焊连接焊点。
[0004] 与铜的软钎焊相比，铝及其合金软钎焊技术主要存在以下2个技术难点需要解决：
[0005] 1.铝及其合金表面氧化膜致密难于去除
[0006] 与铜一样，若要实现铝及其合金的润湿和焊接，必须首先去除其表面氧化膜。与铜 氧化膜(Cu2O和CuO)相比，铝及其合金表面氧化膜(Al 2O3)极为致密，这层氧化膜不但能在一 般大气环境稳定存在，也可以在PH值为4-8.5之间的环境稳定存在。对于电子行业常用的软 钎剂，一般都为共价键的弱酸，无法去除铝其合金表面的氧化物，而如果使用由重金属的氟 硼酸盐(如氟硼酸锌、氟硼酸铵)和胺类有机载体等组成的活性更强的钎剂，不但对铝硅、铝 镁等难焊铝合金润湿和焊接效果不佳，而且焊后钎剂残留物腐蚀性强且极易吸水，因此，必 须增加清洗工艺，这无疑将增加焊接工艺成本。
[0007] 2.铝及其合金软钎焊接头抗电化学腐蚀性能差
[0008] 纯铝的熔点为660.4°C，使用铝基钎料（如铝-硅和铝-铜等）虽然不存在焊接接头 抗电化学腐蚀性差的问题，但铝基钎料的熔化和焊接温度过高，无法实现铝及其合金低温 连接，不适用于大部分电子产品。而若想实现铝及其合金低温软钎焊，必须选用非铝基钎料 (如常用的锡-锌，锌-铝等钎料），但由于铝本身电极电位明显低于其他常见金属，这些钎料 的主体组成成分(如锡、锌等）与铝母材合金化后将在焊点结合界面构成电偶，在电解质溶 液或潮湿空气中，焊接接头位置将因发生电化学反应而在短期内迅速腐蚀开裂失效，导致 铝及其合金软钎焊接头的长期可靠性差。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于提出一种铝及其合金的钎焊方法，不仅能够快速去除率及其合 金表面的氧化膜，还能避免铝及其合金与钎料中的锡形成电偶，提高焊接接头抗电化学腐 蚀性能。
[0010] 根据本发明的用于钎焊铝及其合金的软钎料合金，由以下元素组成：金属锡、银 和/或铜、镓和/或锗。
[0011]优选地，以重量计，所述软钎料合金中银和/或铜的含量为1%~15%，镓和/或锗 的含量为〇. 001 %~8 %，余量为锡。
[0012 ]优选地，以重量计，所述软钎料合金进一步包含0.1 %~60 %的铟。
[0013]优选地，以重量计，所述软钎料合金进一步包含0.1 %~60 %的祕。
[0014]优选地，所述软钎料合金中镓和锗的总含量与铋的含量的比值为：1:20~25。
[0015] 优选地，所述软钎料合金进一步包含锑。
[0016] 优选地，以重量计，所述软钎料合金中锑的含量为0.1 %~10%。
[0017] 优选地，所述软钎料合金进一步包含镍和/或钴。
[0018] 优选地，以重量计，所述软钎料合金中镍和/或钴的含量为0.01 %~1 %，余量为 锡。
[0019] 优选地，以重量计，所述软钎料合金中，银和铝的总含量、锑的含量、镍和钴的总含 量之间的比值为：10~60:1~25:1。
[0020] 根据本发明的用于钎焊铝及其合金的软钎料合金，通过在金属锡中添加金属银 和/或铜，不但可以实现低温软钎焊，而且可以在钎料与铝及其合金结合界面形成连续金属 间化合物层，避免锡与铝电偶形成，从而彻底解决含有金属锡的软钎料焊接铝及其合金的 焊点抗电化学腐蚀性差的问题。
【附图说明】
[0021] 通过以下参照附图而提供的【具体实施方式】部分，本发明的特征和优点将变得更加 容易理解，在附图中：
[0022] 图1是采用现有技术中的软钎料合金钎焊铝合金1060的焊点结合面的扫描电镜示 意图；
[0023] 图2是采用本发明优选实施例的软钎料合金钎焊铝合金1060的焊点结合面的扫描 电镜示意图。
【具体实施方式】
[0024] 下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描 述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。
[0025] 根据本发明的用于钎焊铝及其合金的软钎料合金，由以下元素组成：金属锡、银 和/或铜、镓和/或锗。
[0026] 由于铝本身电极电位明显低于金属锡，软钎料合金中的金属锡与铝母材合金化后 将在焊点结合界面构成电偶，在电解质溶液或潮湿空气中，焊接接头位置将因发生电化学 反应而在短期内迅速腐蚀开裂失效，导致铝及其合金软钎焊接头的长期可靠性差。为了避 免电偶的形成，提高铝及其合金软钎焊接头的抗电化学腐蚀性，本发明在金属锡中添加金 属银和/或铜。一方面，锡的熔点较低，使用金属锡能实现低温焊接。另一方面，银可以与铝 生成Ag 2Al等金属间化合物，铜可以与铝生成CuAl2等金属间化合物。键参数函数理论表明， 键强度f值越大，两金属间亲和力越大，越有易于形成金属间化合物。表1示出了银(Ag)-铝 (Al)和银(Ag)-锡(Sn)、铜(Cu)-铝(Al)和铜(Cu)-锡(Sn)之间的键强度值。
[0027]表1键强度f的计算值
[0029] 从表1可以看出：铝(Al)-银(Ag)和铝(Al)-铜(Cu)金属间亲和力远大于锡(Sn)-银 (Ag)和锡(Sn)-铜(Cu)金属间的亲和力。因此，在钎焊过程中，当软钎料里含有银和铜元素 中的一种或两种时，银和铜将向铝及其合金表面发生化学选择吸附，并在接头界面形成 Ag2Al或CuAl2等一种或多种金属间化合物，避免锡-铝电偶（即锡与铝扩散层)形成，从而提 高接头抗电化学腐蚀性能。
[0030] 银和/或铜的添加量对钎焊效果具有重要影响，若添加量过少，焊接后无法在金属 锡与铝及其合金之间形成连续金属间化合物，因而无法改善焊接接头的电化学腐蚀性问 题;若添加量过多，会提高软钎料合金的成本，并且会使软钎料的熔化和焊接温度过高。软 钎料合金中金属银和/或铜的添加量可以根据实际焊接环境、焊接要求等因素进行确定，根 据本发明的优选实施例，以重量计，软钎料合金中银和/或铜的含量均为1%~15%。
[0031] 为了去除铝及其合金表面致密的氧化膜，本发明在金属锡中添加金属镓和/或锗。 利用本发明的软钎料合金对铝及其合金进行钎焊的过程中，镓和锗不但可以与铝反应，破 坏铝及其合金表面氧化物，增加软钎料与铝及其合金界面的表面张力，而且与软钎料中其 他元素相比，镓和锗与氧具有更高的亲和力，在软钎料熔融状态下，镓和锗将向软钎料表面