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。