本发明涉及微电子焊接技术领域，尤其涉及合金焊料的熔炼方法，特别是指一种金锗合金焊料的熔炼方法。
背景技术：
金锗合金焊料是一种焊接性能优良、高可靠性、无污染新型无铅焊料，对封装器件的镀金层无溶蚀作用，可实现电子信息精密制造领域高效、精准、高可靠性封装。随着微电子产业的快速发展和光电子产业的迅速崛起，对金锗共晶合金预成型焊片的需求急剧增加。国内微电子和光电子高精密制造领域用金锗预成型焊片几乎全部依赖进口，严重制约了我国电子信息制造产业向高、精、尖发展。
目前，国内主要采用直接按照比例混合金锗并直接加热熔炼的方法，但该技术存在难以确保锗不被氧化，锗氧化后便难以精确控制金锗成分，并且按照共晶成分配比的金锗合金容易形成固溶体，合金是粘稠泥状并且没法搅拌，造成成份偏析，而且制造成本高、工序繁杂、成品率低；或者采用普通真空熔炼的方法，由于熔炼过程中不断地抽真空，使锗的金属蒸气不断被抽出，最终导致金锗合金的比例失调，造成合金成分偏析而不能形成共晶合金成分，这也成为制约金锗合金制备的一个技术难题。
腾先弟公开的专利cn1587426a《金-锗、金-锗-锑合金材料的制备方法》提到采用金粉覆盖锗块进行熔炼，但高纯金粉很难制成，并且生产成本高。而且金粉覆盖锗块也没有完全将锗块和空气中的氧气隔离，容易造成锗的氧化，较难形成批量化生产工艺。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是，提供一种金锗合金焊料的熔炼方法，该熔炼方法可以有效解决了现有金锗合金熔炼方法中普遍存在的锗氧化问题，并且实现金锗成分精准不发生偏析。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种金锗合金焊料的熔炼方法，包括如下步骤：
一、备料及分料
将纯金粒和纯锗粒按照质量百分比88:12的比例备好，并将纯锗粒按质量平均分为5份；
二、熔炼金料
将上述步骤一中备好的全部纯金粒放入保护预合金化体系的第一石墨坩埚内，上述的保护预合金化体系包括：设置于真空手套箱内的第一高频熔炼炉和第二高频熔炼炉、第一石墨坩埚、第二石墨坩埚、第三石墨坩埚、第四石墨坩埚、第五石墨坩埚、第六石墨坩埚，铸模和石英棒；
其中，第一高频熔炼炉和第二高频熔炼炉的炉温控制柜分别放置于所述真空手套箱的外面；第一高频熔炼炉控制加热第一石墨坩埚、第三石墨坩埚和第五石墨坩埚，第二高频熔炼炉控制加热第二石墨坩埚、第四石墨坩埚和第六石墨坩埚；
将真空手套箱抽真空，直至压力为-0.1mpa及以下，然后充入氮气至大气压；启动第一高频熔炼炉，打开第一高频熔炼炉的开关，开始加热第一石墨坩埚，使第一石墨坩埚中的金熔化成金熔液，并静置备用。
三、金熔液与第一份锗料混合熔炼
取第二石墨坩埚，其内放入步骤一中分好的第一份纯锗粒，将步骤二中的纯金熔液倒入放有第一份锗的第二石墨坩埚内，确保纯金熔液完全覆盖第二石墨坩埚底部的纯锗粒，防止纯锗粒氧化；打开第二高频熔炼炉的温度开关，开始对第二石墨坩埚加热，使纯锗粒快速熔化后，用石英棒搅拌2分钟，静置1分钟。
四、第一份金锗熔液与第二份锗料混合熔炼
取第三石墨坩埚，并置于第一高频感应炉上，将步骤一中分好的第二份纯锗粒放入第三石墨坩埚内，将步骤三中获得的金锗熔液倒入放有上述第二份纯锗粒的第三石墨坩埚内，确保步骤三中获得的金锗熔液完全覆盖第三石墨坩埚底部的纯锗粒，防止纯锗粒氧化，同时，打开第一高频熔炼炉的温度开关开始对第三石墨坩埚进行加热；纯锗粒快速熔化后，用石英棒搅拌2分钟，静置1分钟。
五、第二份金锗熔液与第三份锗料混合熔炼
取第四石墨坩埚，并将其置于第二高频感应炉上，将步骤一中分好的第三份纯锗粒放入第四石墨坩埚内，将步骤四中获得的金锗熔液倒入放有上述第三份纯锗粒的第四石墨坩埚内，确保步骤四中获得的金锗熔液完全覆盖第四石墨坩埚底部的纯锗粒，防止纯锗粒氧化，同时，打开第二高频熔炼炉的温度开关开始对第四石墨坩埚进行加热，纯锗粒快速熔化后，用石英棒搅拌2分钟，静置1分钟。
六、除渣
将硼砂加入到步骤五中获得的熔液中搅拌1分钟。
七、第三份金锗熔液与第四份锗料混合熔炼
取第五石墨坩埚，并将其置于第一高频感应炉上，将步骤一中分好的第四份纯锗粒放入第五石墨坩埚内，将步骤六中获得的金锗熔液倒入放有上述第四份纯锗粒的第五石墨坩埚内，确保步骤六中获得的金锗熔液完全覆盖第五石墨坩埚底部的纯锗粒，防止纯锗粒氧化，同时，打开第一高频熔炼炉的温度开关开始对第五石墨坩埚进行加热，纯锗粒快速熔化后，用石英棒搅拌2分钟，静置1分钟。
八、第四份金锗熔液与第五份锗料混合熔炼
取第六石墨坩埚，并将其置于第二高频感应炉上，将步骤一中分好的第五份纯锗粒放入第六石墨坩埚内，将步骤七中获得的金锗熔液倒入放有上述第五份纯锗粒的第六石墨坩埚内，确保步骤七中获得的金锗熔液完全覆盖第六石墨坩埚底部的纯锗粒，防止纯锗粒氧化，同时，打开第二高频熔炼炉的温度开关开始对第六石墨坩埚进行加热，纯锗粒快速熔化后，用石英棒搅拌2分钟，静置1分钟。
九、铸模
将步骤八中获得的金锗熔液浇铸到冷铸模具中，关闭熔炼炉及氮气。
优选的，所述步骤三中对金熔液与第一份锗料混合熔炼的温度介于1000摄氏度至1150摄氏度；
所述步骤四中对第一份金锗熔液与第二份锗料混合熔炼的温度介于900摄氏度至1050摄氏度；
所述步骤五中对第二份金锗熔液与第三份锗料混合熔炼的温度介于800摄氏度至950摄氏度；
所述步骤七中对第三份金锗熔液与第四份锗料混合熔炼的温度介于650摄氏度至800摄氏度；
所述步骤八中对第四份金锗熔液与第五份锗料混合熔炼的温度介于650摄氏度至800摄氏度。
进一步优选的，所述步骤六中硼砂的添加量为所述步骤五中获得的合金熔液的质量百分比的1.5%。
进一步优选的，所述步骤九还包括，待所述铸件冷却后，除去浮于铸件表面的硼砂。
本发明的金锗合金焊料的熔炼方法，由于采用将纯锗粒分批加入到金锗熔液中的熔炼方法，并根据金锗合金成分的变化逐步降低熔炼温度，在高温段加入硼砂除去金锗合金熔液中氧化物及夹杂，从而使得纯锗粒时刻处于金锗熔液的保护下，减少了纯锗粒的氧化及挥发，有效解决了现有金锗合金熔炼方法中普遍存在的锗氧化问题。此外，由于整个熔炼过程中始终保持金锗合金的熔液状态，从而可以搅拌均匀金锗熔液，实现金锗成分精准不发生偏析。
具体实施方式
本发明的金锗合金焊料的熔炼方法，采用将纯锗粒分批加入到特定温度的金锗熔液中，逐步提高锗熔进金中的质量百分比，直至达到合金成分准确可控的金锗合金，实现制备从纯金熔点至共晶金锗合金熔点之间的任意给定熔点的金锗合金的制备。
由于随着金锗合金中锗成分的增加，金锗合金的熔点会急速下降，所以要分级多次添加锗粒，以便锗粒完全被金锗液覆盖并快速熔融，防止锗的氧化。从纯金的熔点温度1064摄氏度到金锗au88ge12共晶合金的熔点温度356摄氏度的温度，其间的温度落差是708摄氏度。本发明在金锗共晶合金熔点温度和纯金熔点温度之间设定几个特定的温度点，估算出不同成分的金锗合金，使合金的熔点温度低于设定的熔液温度的50至200摄氏度。在此基础上，分级多次向合金熔液中添加锗金属颗粒，降低合金熔点，同时维持金锗合金熔液的温度高于熔点的50至200摄氏度。提高金锗合金中锗的含量，直至获得需要的合金成分。由于纯锗颗粒时刻处于金锗熔液的保护下，减少了纯锗粒的氧化及挥发，有效解决了现有金锗合金熔炼方法中普遍存在的锗氧化问题，实现了金锗合金成分的精准控制。
本发明设定合金的熔点温度低于设定的熔液温度的50摄氏度至200摄氏度，若温度差太高，锗熔入合金时氧化严重；若温度差太低则不利于锗块快速熔进合金。分级过多，熔炼工艺复杂；分级过少，温差太大，氧化控制达不到要求。
下底面对本发明的优选实施方式进行详细说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
以制备1kg金锗共晶合金为例说明本发明的具体实施过程。
一、备料及分料
将880g纯金粒、120g纯锗粒的原料备好，并将纯锗粒平均分为5份，即，每份24g。
二、熔炼金料
取石墨坩埚a，将上述步骤一中备好的全部纯金粒放入保护预合金化体系的石墨坩埚a内，上述的保护预合金化体系包括：设置于真空手套箱内的高频熔炼炉1和高频熔炼炉2、石墨坩埚a、石墨坩埚b、石墨坩埚c、石墨坩埚d、石墨坩埚e、石墨坩埚f，铸模和石英棒，其中高频熔炼炉1和高频熔炼炉2的炉温控制柜放置于所述真空手套箱的外面；高频熔炼炉1和高频熔炼炉2分别单独控制加热石墨坩埚a、c、e和石墨坩埚b、d、f。
将真空手套箱抽真空，直至压力为-0.1mpa及以下，然后充入氮气至大气压；启动高频熔炼炉1，打开高频熔炼炉1的开关及将高频熔炼炉1温度调至1200摄氏度，开始加热石墨坩埚a，使石墨坩埚a中的金熔化成金熔液，并静置备用。
三、金熔液与第一份锗料混合熔炼
取石墨坩埚b，其内放入步骤一中分好的第一份纯锗粒，将步骤二中的纯金熔液倒入放有第一份锗的石墨坩埚b内，确保纯金熔液完全覆盖坩埚b底部的纯锗粒，防止纯锗粒氧化。设定高频熔炼炉2的加热温度为1050摄氏度，打开高频熔炼炉2的温度开关开始对石墨坩埚b加热，使纯锗粒快速熔化后，用石英棒搅拌2分钟，静置1分钟。
四、第一份金锗熔液与第二份锗料混合熔炼
取石墨坩埚c，并置于高频感应炉1中。将步骤一中分好的第二份纯锗粒放入石墨坩埚c内，将步骤三中获得的金锗熔液倒入放有上述第二份纯锗粒的石墨坩埚c内，确保步骤三中获得的金锗熔液完全覆盖坩埚c底部的纯锗粒，防止纯锗粒氧化，同时，打开高频熔炼炉a的温度开关开始对石墨坩埚c进行加热。高频熔炼炉1的加热温度设置为950摄氏度；纯锗粒快速熔化后，用石英棒搅拌2分钟，静置1分钟。
五、第二份金锗熔液与第三份锗料混合熔炼
取石墨坩埚d，并将其置于高频感应炉2中。将步骤一中分好的第三份纯锗粒放入石墨坩埚d内，将步骤四中获得的金锗熔液倒入放有上述第三份纯锗粒的石墨坩埚d内，确保步骤四中获得的金锗熔液完全覆盖坩埚d底部的纯锗粒，防止纯锗粒氧化，同时，打开高频熔炼炉2的温度开关开始对石墨坩埚d进行加热。高频熔炼炉2的加热温度设置为850摄氏度；纯锗粒快速熔化后，用石英棒搅拌2分钟，静置1分钟。
六、除渣
将硼砂加入到步骤五中获得的熔液中，由于硼砂比金锗合金熔液轻，因此硼砂会上浮并覆盖在金锗合金表面形成一层保护膜。硼砂的添加量为步骤五中获得的合金熔液的质量百分比的1.5%。经1分钟搅拌，即可有效除去金锗合金熔液中的轻微氧化物及夹渣。
七、第三份金锗熔液与第四份锗料混合熔炼
取石墨坩埚e，并将其置于高频感应炉1中。将步骤一中分好的第四份纯锗粒放入石墨坩埚e内，将步骤六中获得的金锗熔液倒入放有上述第四份纯锗粒的石墨坩埚e内，确保步骤六中获得的金锗熔液完全覆盖坩埚a底部的纯锗粒，防止纯锗粒氧化，同时，打开高频熔炼炉1的温度开关开始对石墨坩埚e进行加热。高频熔炼炉1的加热温度设置为700摄氏度；纯锗粒快速熔化后，用石英棒搅拌2分钟，静置1分钟。
八、第四份金锗熔液与第五份锗料混合熔炼
取石墨坩埚f，并将其置于高频感应炉2中。将步骤一中分好的第五份纯锗粒放入石墨坩埚f内，将步骤七中获得的金锗熔液倒入放有上述第五份纯锗粒的石墨坩埚f内，确保步骤七中获得的金锗熔液完全覆盖坩埚f底部的纯锗粒，防止纯锗粒氧化，同时，打开高频熔炼炉2的温度开关开始对石墨坩埚f进行加热。高频熔炼炉2的加热温度设置为460摄氏度；纯锗粒快速熔化后，用石英棒搅拌2分钟，静置1分钟。
九、铸模
将步骤八中获得的金锗熔液浇铸到冷铸模具中，关闭熔炼炉及氮气；上述步骤六中添加的硼砂会最后上浮并覆盖在铸模的上表面成炉渣，铸锭冷却后，炉渣很容易和铸件分离，不影响铸件组分。
实施例2
以制备1kg金锗共晶合金为例说明本发明的具体实施过程。
一、备料及分料
将880g纯金粒、120g纯锗粒的原料备好，并将纯锗粒平均分为5份，即，每份24g。
二、熔炼金料
取石墨坩埚a，将上述步骤一中备好的全部纯金粒放入保护预合金化体系的石墨坩埚a内，上述的保护预合金化体系包括：设置于真空手套箱内的高频熔炼炉1和高频熔炼炉2、石墨坩埚a、石墨坩埚b、石墨坩埚c、石墨坩埚d、石墨坩埚e、石墨坩埚f，铸模和石英棒，其中高频熔炼炉1和高频熔炼炉2的炉温控制柜放置于所述真空手套箱的外面；高频熔炼炉1和高频熔炼炉2分别单独控制加热石墨坩埚a、c、e和石墨坩埚b、d、f。
将真空手套箱抽真空，直至压力为-0.1mpa及以下，然后充入氮气至大气压；启动高频熔炼炉1，打开高频熔炼炉1的开关及将高频熔炼炉1温度调至1200摄氏度，开始加热石墨坩埚a，使石墨坩埚a中的金熔化成金熔液，并静置备用。
三、金熔液与第一份锗料混合熔炼
取石墨坩埚b，其内放入步骤一中分好的第一份纯锗粒，将步骤二中的纯金熔液倒入放有第一份锗的石墨坩埚b内，确保纯金熔液完全覆盖坩埚b底部的纯锗粒，防止纯锗粒氧化。设定高频熔炼炉2的加热温度为1150摄氏度，打开高频熔炼炉2的温度开关开始对石墨坩埚b加热，使纯锗粒快速熔化后，用石英棒搅拌2分钟，静置1分钟。
四、第一份金锗熔液与第二份锗料混合熔炼
取石墨坩埚c，并置于高频感应炉1中。将步骤一中分好的第二份纯锗粒放入石墨坩埚c内，将步骤三中获得的金锗熔液倒入放有上述第二份纯锗粒的石墨坩埚c内，确保步骤三中获得的金锗熔液完全覆盖坩埚c底部的纯锗粒，防止纯锗粒氧化，同时，打开高频熔炼炉1的温度开关开始对石墨坩埚c进行加热。高频熔炼炉1的加热温度设置为1050摄氏度；纯锗粒快速熔化后，用石英棒搅拌2分钟，静置1分钟。
五、第二份金锗熔液与第三份锗料混合熔炼
取石墨坩埚d，并将其置于高频感应炉2中。将步骤一中分好的第三份纯锗粒放入石墨坩埚d内，将步骤四中获得的金锗熔液倒入放有上述第三份纯锗粒的石墨坩埚d内，确保步骤四中获得的金锗熔液完全覆盖坩埚d底部的纯锗粒，防止纯锗粒氧化，同时，打开高频熔炼炉2的温度开关开始对石墨坩埚d进行加热。高频熔炼炉2的加热温度设置为950摄氏度；纯锗粒快速熔化后，用石英棒搅拌2分钟，静置1分钟。
六、除渣
将硼砂加入到步骤五中获得的熔液中，由于硼砂比金锗合金熔液轻，因此硼砂会上浮并覆盖在金锗合金表面形成一层保护膜。硼砂的添加量为步骤五中获得的合金熔液的质量百分比的1.5%。经1分钟搅拌，即可有效除去金锗合金熔液中的轻微氧化物及夹渣。
七、第三份金锗熔液与第四份锗料混合熔炼
取石墨坩埚e，并将其置于高频感应炉1中。将步骤一中分好的第四份纯锗粒放入石墨坩埚e内，将步骤六中获得的金锗熔液倒入放有上述第四份纯锗粒的石墨坩埚e内，确保步骤六中获得的金锗熔液完全覆盖坩埚a底部的纯锗粒，防止纯锗粒氧化，同时，打开高频熔炼炉1的温度开关开始对石墨坩埚e进行加热。高频熔炼炉1的加热温度设置为800摄氏度；纯锗粒快速熔化后，用石英棒搅拌2分钟，静置1分钟。
八、第四份金锗熔液与第五份锗料混合熔炼
取石墨坩埚f，并将其置于高频感应炉2中。将步骤一中分好的第五份纯锗粒放入石墨坩埚f内，将步骤七中获得的金锗熔液倒入放有上述第五份纯锗粒的石墨坩埚f内，确保步骤七中获得的金锗熔液完全覆盖坩埚f底部的纯锗粒，防止纯锗粒氧化，同时，打开高频熔炼炉2的温度开关开始对石墨坩埚f进行加热。高频熔炼炉2的加热温度设置为550摄氏度；纯锗粒快速熔化后，用石英棒搅拌2分钟，静置1分钟。
九、铸模
将步骤八中获得的金锗熔液浇铸到冷铸模具中，关闭熔炼炉及氮气；上述步骤六中添加的硼砂会最后上浮并覆盖在铸模的上表面成炉渣，铸锭冷却后，炉渣很容易和铸件分离，不影响铸件组分。
实施例3
以制备1kg金锗共晶合金为例说明本发明的具体实施过程。
一、备料及分料
将880g纯金粒、120g纯锗粒的原料备好，并将纯锗粒平均分为5份，即，每份24g。
二、熔炼金料
取石墨坩埚a，将上述步骤一中备好的全部纯金粒放入保护预合金化体系的石墨坩埚a内，上述的保护预合金化体系包括：设置于真空手套箱内的高频熔炼炉1和高频熔炼炉2、石墨坩埚a、石墨坩埚b、石墨坩埚c、石墨坩埚d、石墨坩埚e、石墨坩埚f，铸模和石英棒，其中高频熔炼炉1和高频熔炼炉2的炉温控制柜放置于所述真空手套箱的外面；高频熔炼炉1和高频熔炼炉2分别单独控制加热石墨坩埚a、c、e和石墨坩埚b、d、f。
将真空手套箱抽真空，直至压力为-0.1mpa及以下，然后充入氮气至大气压；启动高频熔炼炉1，打开高频熔炼炉1的开关及将高频熔炼炉1温度调至1200摄氏度，开始加热石墨坩埚a，使石墨坩埚a中的金熔化成金熔液，并静置备用。
三、金熔液与第一份锗料混合熔炼
取石墨坩埚b，其内放入步骤一中分好的第一份纯锗粒，将步骤二中的纯金熔液倒入放有第一份锗的石墨坩埚b内，确保纯金熔液完全覆盖坩埚b底部的纯锗粒，防止纯锗粒氧化。设定高频熔炼炉b的加热温度为1000摄氏度，打开高频熔炼炉2的温度开关开始对石墨坩埚b加热，使纯锗粒快速熔化后，用石英棒搅拌2分钟，静置1分钟。
四、第一份金锗熔液与第二份锗料混合熔炼
取石墨坩埚c，并置于高频感应炉1中。将步骤一中分好的第二份纯锗粒放入石墨坩埚c内，将步骤三中获得的金锗熔液倒入放有上述第二份纯锗粒的石墨坩埚c内，确保步骤三中获得的金锗熔液完全覆盖坩埚c底部的纯锗粒，防止纯锗粒氧化，同时，打开高频熔炼炉1的温度开关开始对石墨坩埚c进行加热。高频熔炼炉1的加热温度设置为900摄氏度；纯锗粒快速熔化后，用石英棒搅拌2分钟，静置1分钟。
五、除渣
将硼砂加入到步骤五中获得的熔液中，由于硼砂比金锗合金熔液轻，因此硼砂会上浮并覆盖在金锗合金表面形成一层保护膜。硼砂的添加量为步骤五中获得的合金熔液的质量百分比的1.5%。经1分钟搅拌，即可有效除去金锗合金熔液中的轻微氧化物及夹渣。
六、第二份金锗熔液与第三份锗料混合熔炼
取石墨坩埚d，并将其置于高频感应炉2中。将步骤一中分好的第三份纯锗粒放入石墨坩埚d内，将步骤四中获得的金锗熔液倒入放有上述第三份纯锗粒的石墨坩埚d内，确保步骤四中获得的金锗熔液完全覆盖坩埚d底部的纯锗粒，防止纯锗粒氧化，同时，打开高频熔炼炉2的温度开关开始对石墨坩埚d进行加热。高频熔炼炉2的加热温度设置为800摄氏度；纯锗粒快速熔化后，用石英棒搅拌2分钟，静置1分钟。
七、第三份金锗熔液与第四份锗料混合熔炼
取石墨坩埚e，并将其置于高频感应炉1中。将步骤一中分好的第四份纯锗粒放入石墨坩埚e内，将步骤六中获得的金锗熔液倒入放有上述第四份纯锗粒的石墨坩埚e内，确保步骤六中获得的金锗熔液完全覆盖坩埚a底部的纯锗粒，防止纯锗粒氧化，同时，打开高频熔炼炉1的温度开关开始对石墨坩埚e进行加热。高频熔炼炉1的加热温度设置为650摄氏度；纯锗粒快速熔化后，用石英棒搅拌2分钟，静置1分钟。
八、第四份金锗熔液与第五份锗料混合熔炼
取石墨坩埚f，并将其置于高频感应炉2中。将步骤一中分好的第五份纯锗粒放入石墨坩埚f内，将步骤七中获得的金锗熔液倒入放有上述第五份纯锗粒的石墨坩埚f内，确保步骤七中获得的金锗熔液完全覆盖坩埚f底部的纯锗粒，防止纯锗粒氧化，同时，打开高频熔炼炉2的温度开关开始对石墨坩埚f进行加热。高频熔炼炉2的加热温度设置为400摄氏度；纯锗粒快速熔化后，用石英棒搅拌2分钟，静置1分钟。
九、铸模
将步骤八中获得的金锗熔液浇铸到冷铸模具中，关闭熔炼炉及氮气；上述步骤六中添加的硼砂会最后上浮并覆盖在铸模的上表面成炉渣，铸锭冷却后，炉渣很容易和铸件分离，不影响铸件组分。
最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，而不是对本发明技术方案的限定，任何对本发明技术特征所做的等同替换或相应改进，仍在本发明的保护范围之内。