专利名称：一种金锡合金焊料制备方法
技术领域：
本发明属于多层金属合金薄膜制备技术领域，具体涉及一种金锡合金焊料的制备方法，适用于光电子封装和高可靠性军用电子器件焊接，特别是半导体激光器和微电子工业中的集成芯片的可靠性封装。
背景技术：
高功率二极管激光器芯片(DL)近年来发展十分迅速，现在实验室最高连续激光二极管芯片出光功率可达千瓦级以上，其光电效率最高可达70%以上。这对封装工艺提出了新的挑战，如何将如此庞大的热量快速的带走，并保持芯片的正常工作已成为封装工艺的首要问题。金锡合金焊料具有屈服强度高、导热性能好、熔点低等特性，适用于高功率器件封装。金锡合金焊料在常温下的微观组织结构为AuSn和Au5Sn的共晶组织，且AuSn和Au5Sn都是硬脆相，很难用常规的加工方法加工，目前国内金锡焊料基本上依靠进口，也有部分单位能够自己制备金锡合金焊料，但其制备方法仍存在一些缺陷，如添加了杂质、未合金化、厚度控制较差等，制备的产品规格仍不能完全满足高功率DL对其性能的要求。现有金锡薄膜的制备主要有以下几种方法:1)电子束蒸镀，即在基板上分别蒸镀金层和锡层，然后进行热处理，这是目前最主要的制备方法；2)分层电镀，即采用湿法电镀的方式，在基板上分别电镀金层和锡层，然后进行热处理；3)分层溅射，即在基片上分别溅射沉积金层和锡层，然后进行热处理。其他还有合金电镀、热阻蒸发、合金溅射等方式。但上述制备金锡合金焊料的方法存在一些缺陷，即电子束蒸发材料利用率太低而电镀反应不好控制，厚度和成分都很难精确控制。
发明内容
为了克服这些技术上的缺陷，采用Au靶和Sn靶分层磁控溅射制备金锡合金焊料，保证电镀层的厚度均匀，提高沉积速率。本发明采用如下技术方案:一种金锡合金焊料制备方法，该制备方法个过程如下:
步骤一:在CuW次热沉上利用磁控溅射镀膜技术沉积Ti/Pt/Au或Ni/Pt/Au底层金属
膜；
步骤二:沉积好Ti/Pt/Au或Ni/Pt/Au的底层金属膜的CuW次热沉用夹具夹紧置于磁控溅射镀膜机内，分别溅射沉积Au层和Sn层，形成多层膜；
步骤三:在Au和Sn多层膜上表面再镀一层Au做保护膜；
步骤四:CuW次热沉上Au和Sn等多层膜的高温合金烧结。在上述制备过程中，所述的Ti/Pt/Au或Ni/Pt/Au底层金属膜厚度为85(T900nm。在上述制备过程中，所述的Au和Sn多层膜中Au和Sn的质量比为80:20。在上述制备过程中，所述Au膜每层厚度为0.44、.45 μ m，Sn膜每层厚度为0.3 0.31 μ m, Au-Sn混合层总厚度为6 7 μ m。在上述制备过程中，所述的保护膜Au层厚度为5(T80nm。在上述制备过程中，所述的高温合金烧结是在回流焊接炉中并在氮气或氮气与氢气的混合气体的保护下进行。在上述制备过程中，烧结的温度为32(Γ380度。在上述制备过程中，烧结时间为5分钟。从本发明可以看出，本发明的优点在于:应用Au靶和Sn靶分层溅射沉积金锡合金焊料的方法相比较其他技术而言其优势就在于较快的沉积速率，在沉积过程中还可以通过旋转基板来保证沉积层厚度的一致性。该方法还适用于光电子封装和高可靠性军用电子器件焊接，特别是半导体激光器和微电子工业中的集成芯片的可靠性封装。
本发明将通过实施例并参照附图的方式说明，其中:
图1是本发明生产流程过程的截面示意 其中:1是Ti或Ni膜 2是Pt膜3是Au膜4是Au和Sn多层膜5是保护Au膜6是烧结后形成的金锡合金。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示，为本发明的生产流程图，图中为物料加工的一截面示意图，其中作为底层材料的为CuW次热沉。将准备好的CuW次热沉放入磁控溅射镀膜机内，通过磁控溅射镀膜技术沉积，先后在CuW次热沉上进行沉积金属膜；最底层沉积一层Ti或Ni膜1，在Ti或Ni膜I上再次沉积一层Pt膜2，最后在Pt膜2上沉积一层Au膜3，这样就形成了沉积好Ti/Pt/Au或Ni/Pt/Au等底层金属膜的CuW次热沉，沉积好的Ti/Pt/Au或Ni/Pt/Au等底层金属膜的总厚度控制在85(T900nm之间。将上述沉积好Ti/Pt/Au或Ni/Pt/Au等底层金属膜的CuW次热沉再次放入磁控溅射镀膜机内，用夹具夹紧，通过磁控溅射镀膜技术沉积，采用用Au靶和Sn靶分层磁控溅射向沉积好Ti/Pt/Au或Ni/Pt/Au等底层金属膜的CuW次热沉上腹膜，按照质量比为Au:Sn=SO: 20的比例，分别溅射Au膜和Sn膜，在溅射沉积的过程中，每一层Au膜的厚度控制在
0.44、.45 μ m之间，每一层Sn膜的厚度控制在0.3 0.31 μ m之间，反复的溅射沉积Au膜和Sn膜，最后形成Au和Sn多层膜4，Au和Sn多层膜4的厚度控制在6_7 μ m之间。溅射沉积好Au和Sn多层膜后，再次通过磁控溅射镀膜技术沉积，在多层膜表面形成一层保护Au膜5。最后，还需对CuW次热沉进行高温合金烧结，该过程在回流焊接炉中进行，采用氮气作为烧结过程中的保护气体，也可以采用氮气与氢气的混合气体进行保护；在回流焊接炉中烧结的温度控制在320-380度，烧结时间5分钟。烧结结束后就制备成本发明所需的金锡合金6，金锡合金6、Pt膜2、Ti或Ni膜I依次覆盖在CuW次热沉上，完成整过制备过程。
在整过生产过程中，CuW次热沉在磁控溅射镀膜机内进行操作，需要对CuW次热沉进行不停的旋转，以保证金属膜溅射沉积能更加均匀，提高沉积效果。本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种金锡合金焊料制备方法，其特征为该方法包括以下步骤: 步骤一:在CuW次热沉上利用磁控溅射镀膜技术沉积Ti/Pt/Au或Ni/Pt/Au底层金属膜； 步骤二:沉积好Ti/Pt/Au或Ni/Pt/Au的底层金属膜的CuW次热沉用夹具夹紧置于磁控溅射镀膜机内，分别溅射沉积Au层和Sn层，形成多层膜； 步骤三:在Au和Sn多层膜上表面再镀一层Au做保护膜； 步骤四:CuW次热沉上Au和Sn等多层膜的高温合金烧结。
2.根据权利要求1所述的一种金锡合金焊料制备方法，其特征为所述的Ti/Pt/Au或Ni/Pt/Au底层金属膜厚度为85(T900nm。
3.根据权利要求1所述的一种金锡合金焊料制备方法，其特征为所述的Au和Sn多层膜中Au和Sn的质量比为80:20。
4.根据权利要求3所述的一种金锡合金焊料制备方法，其特征为所述Au膜每层厚度为0.44 0.45 μ m, Sn膜每层厚度为0.3 0.31 μ m, Au-Sn混合层总厚度为6 7 μ m。
5.根据权利要求1所述的一种金锡合金焊料制备方法，其特征为所述的保护膜Au层厚度为50 80nm。
6.根据权利要求1所述的一种金锡合金焊料制备方法，其特征为所述的高温合金烧结是在回流焊接炉中并在氮气或氮气与氢气的混合气体的保护下进行。
7.根据权利要求6所述的一种金锡合金焊料制备方法，其特征为烧结的温度为320 380 度。
8.根据权利要求7所述的一种金锡合金焊料制备方法，其特征为烧结时间为5分钟。
全文摘要
本发明为一种金锡合金焊料制备方法，该方法通过采用Au靶和Sn靶分层磁控溅射技术，在CuW次热沉上沉积各种金属膜，并通过高温合金烧结形成金锡合金焊料；与传统技术相比该方法其优势就在于较快的沉积速率，在沉积过程中还可以通过旋转基板来保证沉积层厚度的一致性，避免了传统电子束蒸发或分层电镀带来的利用率太低而电镀反应不好控制，厚度和成分都很难精确控制的缺点。
文档编号C23C14/35GK103170765SQ20131006852
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月5日 优先权日2013年3月5日
发明者王昭 申请人:中国工程物理研究院应用电子学研究所