专利名称：一种Zn基高温无铅软钎料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及电子封装与组装等钎焊技术领域，具体涉及一种ai基高温无铅软钎料及其制备方法。
背景技术：
目前高温钎料主要沿用传统的铅基钎料和金基钎料。铅基钎料合金是铅与锡、金、 银、锑等金属形成的共晶合金，其熔点在250-360°C。铅基钎料比较软，可吸收由于芯片与基板之间的热膨胀不匹配而引起的应变，但强度较低。若铅基钎料钎焊接头经受多次热循环， 就会在钎料晶界处产生应变积累，产生微裂纹，最终引起疲劳破坏，所以铅基钎料不能用在连接强度要求高的场合。金基钎料主要应用在光电子封装、高可靠性大功率电子器件气密性封装和芯片封装中。金基钎料通常采用Au-20Sn、Au-30Si和Au_26Ge的共晶体系作钎料， 但由于Au-Sn会形成AuSn4金属间化合物，该化合物很脆，严重影响了金基钎料服役的可靠性，同时金基钎料的成本也太高。欧洲专利EP1705258A2提出了一种含Ag为2% -18wt%, Bi 为 98-82wt%，并含有 0. 1-5. 0wt% 的微量元素 Au、Cu、yt、Sb、Zn、Sn、Ni 和 Ge 的 Bi-Ag-X 合金钎料来替代高铅钎料，该Bi-Ag-X合金钎料熔点合适，固相线温度大于沈2. 5°C，但该合金钎料存在脆性大、加工性差、与基体结合强度弱、固液相区间较宽以及在Cu和Ni基体上润湿性差等一系列问题。中国专利CN1221216A提出了一种含Sb为5-15%的Sn-Sb 二元合金钎料用来涂覆引线框架，以保证能承受随后较高温度的密封工艺，但该Sn-Sb 二元合金钎料当Sb含量较低例如小于10%时，Sn-Sb 二元合金钎料的熔点相对较低，对于需要承受高温封装工艺焊点的可靠性不利，且该合金钎料存在对Cu或M基体焊盘溶蚀快的问题。 美国专禾IJ 20040241039提出了一种钎料，含至少5%的Sn，0. 5-7%的Cu，0. 05-18%的Sb， 中国专利CNl卯4958A也提出了一种钎料，含8_20%的Sb，3-7%的Cu，其余为5%的Sn，虽然这两项专利申请都提出用SnSbCu的三元合金作为高温无铅软钎料，但该系列合金抗氧化能力较差，在高温焊接过程中会产生大量的锡渣，且该合金依然存在对Cu或Ni基体焊盘溶蚀快的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种ai基高温无铅软钎料。本发明的目的还在于提供一种Si基高温无铅软钎料的制备方法。为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是一种Si基高温无铅软钎料，由以下重量百分含量的成分组成2-30%的铝，1-20%的锡，0. 1-8%的铜，0.01-3.0%的钛， 0. 1-1.0%的锰和/或0.1-1.0%的镧铈稀土，余量的锌。Zn基高温无铅软钎料的制备方法为称取原料铝、锡、铜、钛、锰和/或镧铈稀土、 锌，先将原料锰和/或镧铈稀土、钛和铜采用真空熔炼方法制成中间合金，将制得的中间合金与原料铝、锡、锌混合，在真空感应炉中熔炼，真空感应炉的真空度不大于10-lPa，熔炼时间为40-100分钟，熔炼过程中每隔10-30分钟搅拌一次，熔炼结束后冷却，制得Si基
3高温无铅软钎料，该Si基高温无铅软钎料由以下重量百分含量的成分组成2-30%的铝， 1-20 %的锡，0. 1-8%的铜，0. 01-3. 0%的钛，0. 1-1. 0%的锰和/或0. 1-1. 0%的镧铈稀土，
余量的锌。本发明提供的ai基高温无铅软钎料中的锡可以降低钎料合金的熔点，有效改善钎料合金的润湿性；含有的铜、钛、锰和/或镧铈稀土可以细化钎料合金的组织结构，提高钎料的力学性能，使钎料合金的力学强度明显提高，改善了焊点的可靠性。本发明提供的ai 基高温无铅软钎料的熔点在250°c -450°C之间，具有润湿铺展性好，抗拉强度高的优点，力学性能优于相应的高铅钎料，铺展性能满足钎焊使用要求，能够替代目前广泛应用的高铅钎料，满足高温电子封装与组装等钎焊需要。此外，本发明提供的Si基高温无铅软钎料还具有无毒、无污染的优点。
具体实施例方式下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。实施例1本实施例提供的Si基高温无铅软钎料由以下重量百分含量的成分组成2%的铝，1 %的锡，6 %的铜，1 %的钛，1. 0 %的锰、0. 1 %的镧铈稀土，余量的锌。本实施例提供的Si基高温无铅软钎料的制备方法为用电子天平称量44. 45g锌、 Ig铝、0. 5g锡、3g铜、0. 5g锰，0. 5g钛和0. 05g镧铈稀土，为了减少镧铈稀土烧损，先将其中的锰、镧铈稀土、钛、铜混合，采用真空熔炼方法制成中间合金，将制得的中间合金再与铝、 锡、锌混合，一起放入工业用真空感应炉中熔炼，真空感应炉的真空度为5X10_2Pa，电流为 480A，电压为20V，熔炼时间为40分钟，熔炼过程中每隔30分钟通过移动电极搅拌一次熔融的合金，熔炼结束后冷却，取出，制得Si基高温无铅软钎料。实施例2本实施例提供的Si基高温无铅软钎料由以下重量百分含量的成分组成4%的铝，20 %的锡，8 %的铜，0. 5 %的钛，0. 3 %的镧铈稀土，余量的锌。本实施例提供的Si基高温无铅软钎料的制备方法为用电子天平称量33. 6g锌、 2g铝、IOg锡、4g铜、0. 25g钛和0. 15g镧铈稀土，为了减少镧铈稀土烧损，先将其中的镧铈稀土、钛、铜混合，采用真空熔炼方法制成中间合金，将制得的中间合金再与铝、锡、锌混合， 一起放入工业用真空感应炉中熔炼，真空感应炉的真空度为lX10_2Pa，电流为480A，电压为20V，熔炼时间为90分钟，熔炼过程中每隔20分钟通过移动电极搅拌一次熔融的合金，熔炼结束后冷却，取出，制得Si基高温无铅软钎料。实施例3本实施例提供的Si基高温无铅软钎料由以下重量百分含量的成分组成15%的铝，5 %的锡，6 %的铜，0. 01 %的钛，0. 5 %的锰，余量的锌。本实施例提供的Si基高温无铅软钎料的制备方法为用电子天平称量36. 745g 锌、7. 5g铝、2. 5g锡、3g铜、0. 25g锰，0. 005g钛，将称好的锌、铝、锡、铜、锰和钛一起放入工业用真空感应炉中熔炼，真空感应炉的真空度为5X10_3Pa，电流为480A，电压为20V，熔炼时间为90分钟，熔炼过程中每隔10分钟通过移动电极搅拌一次熔融的合金，熔炼结束后冷却，取出，制得Si基高温无铅软钎料。
实施例4本实施例提供的Si基高温无铅软钎料由以下重量百分含量的成分组成30%的铝，10 %的锡，0. 1 %的铜，3 %的钛，0. 1 %的锰、1 %的镧铈稀土，余量的锌。本实施例提供的Si基高温无铅软钎料的制备方法为用电子天平称量27. 9g锌、 15g铝、5g锡、0. 05g铜、0. 05g锰，1. 5g钛和0. 5g镧铈稀土，为了减少镧铈稀土烧损，先将其中的锰、镧铈稀土、钛、铜混合，采用真空熔炼方法制成中间合金，将制得的中间合金再与铝、锡、锌混合，一起放入工业用真空感应炉中熔炼，真空感应炉的真空度为8X10_3Pa，电流为480A，电压为20V，熔炼时间为100分钟，熔炼过程中每隔30分钟通过移动电极搅拌一次熔融的合金，熔炼结束后冷却，取出，制得Si基高温无铅软钎料。对比例本对比例提供的Si基钎料由以下重量百分含量的成分组成4%的铝，3%的铜， 余量的锌。本对比例提供的Si基钎料的制备方法为用电子天平称量46. 5g锌、2g铝及1. 5g 铜，混合均勻后放入工业用真空感应炉中熔炼，真空感应炉的真空度为5X 10_2Pa，电流为 480A，电压为20V，熔炼时间为90分钟，熔炼过程中每隔30分钟通过移动电极搅拌一次熔融的合金，熔炼结束后冷却，取出，制得Si基钎料。对实施例1-4以及对比例提供的各钎料进行了有关性能测试，得到的各技术指标数据见表1所示。表1各实施例及对比例提供的钎料的技术指标
权利要求
1. 一种Si基高温无铅软钎料，其特征在于，该Si基高温无铅软钎料由以下重量百分含量的成分组成2-30%的铝，1-20%的锡，0. 1-8%的铜，0. 01-3. 0%的钛，0. 1-1. 0%的锰和 /或0. 1-1.0%的镧铈稀土，余量的锌。
2. —种权利要求ι所述的Si基高温无铅软钎料的制备方法，其特征在于，称取原料铝、 锡、铜、钛、锰和/或镧铈稀土、锌，先将原料锰和/或镧铈稀土、钛和铜采用真空熔炼方法制成中间合金，将制得的中间合金与原料铝、锡、锌混合，在真空感应炉中熔炼，真空感应炉的真空度不大于KT1Pa,熔炼时间为40-100分钟，熔炼过程中每隔10-30分钟搅拌一次，熔炼结束后冷却，制得Si基高温无铅软钎料，该ai基高温无铅软钎料由以下重量百分含量的成分组成:2-30%的铝，1-20%的锡，0. 1-8%的铜，0.01-3. 0%的钛，0. 1-1. 0%的锰和/或 0. 1-1. 0%的镧铈稀土，余量的锌。
全文摘要
本发明属于电子封装与组装等钎焊焊料技术领域，具体公开了一种Zn基高温无铅软钎料及其制备方法。该Zn基高温无铅软钎料由以下重量百分含量的成分组成2-30％的铝，1-20％的锡，0.1-8％的铜，0.01-3.0％的钛，0.1-1.0％的锰和/或0.1-1.0％的镧铈稀土，余量的锌。本发明提供的Zn基高温无铅软钎料的熔点在250℃-450℃之间，具有润湿铺展性好，抗拉强度高的优点，力学性能优于相应的高铅钎料，铺展性能满足钎焊使用要求，能够替代目前广泛应用的高铅钎料，满足高温电子封装与组装等钎焊需要。
文档编号C22C1/03GK102554491SQ20111041814
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者朱锦洪, 王喜然, 赵快乐, 闫焉服, 陈新芳, 陈艳芳 申请人:河南科技大学