1.本发明涉及一种高硬度的全金属间化合物焊点及其制备方法，属于电子封装领域。
背景技术：2.随着电子器件向小型化、耐高温、高服役可靠性、大功率密度的方向发展，新一代宽禁带半导体器件成为发展的趋势，这对与之相配的电子封装接头提出了更高的要求。瞬态液相连接技术将扩散焊接和钎焊工艺结合起来，即在一定温度和压力下，基板和熔融的焊料之间发生相互作用，元素在低熔点材料(如sn、in)和高熔点材料(如cu、ag)之间互扩散，等温凝固后消耗掉所有液态的中间层金属形成全部的金属间化合物。由于全金属间化合物的熔点较高，一次键合的金属间化合物在二次键合过程中不会熔化，保持了热稳定的结构，达到“低温制备，高温服役”的效果，符合当前电子器件发展的趋势。由于铜基体和锡基焊料的广泛应用，cu-sn体系瞬态液相连接材料的研究具有重要意义。
3.根据现有文献对cu-sn体系全金属间化合物焊点的研究，其组成相主要包括cu6sn5和cu3sn，yang pingfeng等人运用纳米压痕法测得cu6sn5和cu3sn的弹性模量分别为116.89
±
2.04gpa和133.39
±
4.44gpa，硬度分别为6.35
±
0.20gpa和6.32
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0.15gpa。通过向cu-sn体系中添加其他合金元素，可制备复合全金属间化合物焊点，从而改变焊点的性能。abu zayed mohammad saliqur rahman等人通过cu/ni/sn体系得到(cu,ni)6sn5，运用纳米压痕测得的弹性模量和硬度分别为110.80
±
5.05gpa和7.43
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0.57gpa，提高了焊点的硬度。j.s.lee等人认为co的加入可显著提高cu6sn5焊点的剪切强度，细化焊点组织，提高润湿性，降低电迁移阻力和过冷度。in的加入可以降低焊料熔点，wei huang等人利用第一性原理计算，证明cu6(sn,in)5的弹性模量大于cu6sn5，且其pugh比(体积模量/剪切模量)相对较大，韧性更好。因此，通过向cu-sn体系中加入co、in元素，运用瞬态液相连接法得到全金属间化合物焊点，焊点组成相包括(cu,co)6(sn,in)5和(cu,co)3(sn,in)，这对于改善全金属间化合物焊点的硬度等力学性能具有重要意义。
技术实现要素：4.本发明的目的是提供本发明涉及一种高硬度的全金属间化合物焊点及其制备方法。本发明通过优化合金焊料成分及焊接工艺，制备出一种高硬度的全金属间化合物焊点，为焊点的制备提供了新思路。制备的全金属间化合物焊点主要包括(cu,co)6(sn,in)5和(cu,co)3(sn,in)两种相，具有较高的硬度，其弹性模量分别为130.7gpa和141.7gpa，硬度分别为8.54gpa和7.39gpa。
5.本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
6.一种高硬度的全金属间化合物焊点，所需焊料成分为：cu、co、sn和in，其质量百分比分别为a％、b％、c％、d％，其中a≤2,b≤8,d≤50，c＝100-a-b-d。
7.一种高硬度的全金属间化合物焊点的制备方法，包括如下步骤：
8.步骤一、配料：按照上述成分方案采用工业纯金属元素(纯度大于99.9％)配比cu、co、sn、in成分。
9.步骤二、制备焊料：将步骤一中的cu、co、sn、in组分封入封闭的石英玻璃管中，将石英玻璃管放入800℃的热处理炉中保温24小时，中途摇晃6次左右，确保成分混合均匀，之后在空气中冷却至室温得到所需要的焊料。
10.步骤三、焊接：将两片铜板去除表面油污，保持洁净，其中一片置于电加热板上，取适量步骤二所得焊料放到铜板上，熔化后再将另一片铜板覆盖在焊料上方，形成“三明治”结构，在300℃的电加热板上焊接24小时，得到高硬度的全金属间化合物焊点。
11.有益效果
12.1、本发明所制备的全金属间化合物焊点，相较于cu-sn体系传统全cu6sn5+cu3sn金属间化合物焊点具有更高的硬度。
13.2、本发明提供的全金属间化合物焊点都是通过普通的金属材料制备，其制备方法简单、易于操作，对环境要求低，在应用中具有安全性和经济性等优点。
附图说明
14.图1为铜板和焊料在300℃下焊接24小时后的sem图像；
15.图2为沿全金属间化合物焊点横向的纳米压痕载荷——位移曲线。
具体实施方式
16.下面结合附图与实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
17.实施例1
18.所述高硬度全金属间化合物焊点所需焊料成分cu、co、sn、in的质量百分比分别为a％、b％、c％、d％，其中a＝1.0,b＝4.8,c＝47.9,d＝46.3。
19.制备上述全金属间化合物焊点的方法，包括如下步骤：
20.步骤一：选用纯度高于99.9％的纯金属材料cu、co、sn和in，备用。
21.步骤二：将步骤一的cu、co、sn、in金属按照高硬度全金属间化合物焊点所需焊料的质量百分比进行配比称料，将称量好的原料放入坩埚中，置于400℃的热处理炉中加热10分钟，取出后在空气中冷却至室温，得到铸锭。
22.步骤三：将步骤二所得铸锭封入封闭的石英玻璃管，将其置于800℃的热处理炉中，每间隔约4小时摇晃一次，使其混合均匀，保温24小时后取出，在空气中冷却至室温，得到焊料合金。
23.步骤四：开启电加热板，温度设置为300℃，将两片铜板去除表面油污，保持洁净，其中一片置于电加热板上，取适量步骤三所得焊料合金蘸取少量助焊剂后置于铜板上，保证焊料合金受热熔化后铺满铜板表面，且其厚度不超过50μm，再将另一块铜板覆盖在焊料上方，形成“三明治”结构，在300℃下放置24小时，随后冷却至室温，得到本发明所述的高硬度的全金属间化合物焊点。
24.对该全金属间化合物焊点进行sem、eds检测和纳米压痕力学性能分析，测得焊点成分包括(cu,co)6(sn,in)5和(cu,co)3(sn,in)两种相，中间部分为(cu,co)6(sn,in)5，上下两侧为(cu,co)3(sn,in)，其弹性模量分别为130.7gpa和141.7gpa，硬度分别为8.54gpa和
7.39gpa。
25.实施例2
26.所述高硬度全金属间化合物焊点所需焊料成分cu、co、sn、in的质量百分比分别为a％、b％、c％、d％，其中a＝1.0,b＝6.5,c＝47.0,d＝45.5。
27.制备上述全金属间化合物焊点的方法，包括如下步骤：
28.步骤一：选用纯度高于99.9％的纯金属材料cu、co、sn和in，备用。
29.步骤二：将步骤一的cu、co、sn、in金属按照高硬度全金属间化合物焊点所需焊料的质量百分比进行配比称料，将称量好的原料放入坩埚中，置于400℃的热处理炉中加热10分钟，取出后在空气中冷却至室温，得到铸锭。
30.步骤三：将步骤二所得铸锭封入封闭的石英玻璃管，将其置于800℃的热处理炉中，每间隔约4小时摇晃一次，使其混合均匀，保温24小时后取出，在空气中冷却至室温，得到焊料合金。
31.步骤四：开启电加热板，温度设置为300℃，将两片铜板去除表面油污，保持洁净，其中一片置于电加热板上，取适量步骤三所得焊料合金蘸取少量助焊剂后置于铜板上，保证焊料合金受热熔化后铺满铜板表面，且其厚度不超过50μm，再将另一块铜板覆盖在焊料上方，形成“三明治”结构，在300℃下放置24小时，随后冷却至室温，得到本发明所述的高硬度的全金属间化合物焊点。
32.对该全金属间化合物焊点进行sem、eds检测和纳米压痕力学性能分析，测得焊点成分包括(cu,co)6(sn,in)5和(cu,co)3(sn,in)两种相，中间部分为(cu,co)6(sn,in)5，上下两侧为(cu,co)3(sn,in)，其弹性模量分别为119.4gpa和147.3gpa，硬度分别为7.96gpa和7.44gpa。。
33.实施例3
34.所述高硬度全金属间化合物焊点所需焊料成分cu、co、sn、in的质量百分比分别为a％、b％、c％、d％，其中a＝2.0,b＝5.5,c＝47.0,d＝45.5。
35.制备上述全金属间化合物焊点的方法，包括如下步骤：
36.步骤一：选用纯度高于99.9％的纯金属材料cu、co、sn和in，备用。
37.步骤二：将步骤一的cu、co、sn、in金属按照高硬度全金属间化合物焊点所需焊料的质量百分比进行配比称料，将称量好的原料放入坩埚中，置于400℃的热处理炉中加热10分钟，取出后在空气中冷却至室温，得到铸锭。
38.步骤三：将步骤二所得铸锭封入封闭的石英玻璃管，将其置于800℃的热处理炉中，每间隔约4小时摇晃一次，使其混合均匀，保温24小时后取出，在空气中冷却至室温，得到焊料合金。
39.步骤四：开启电加热板，温度设置为300℃，将两片铜板去除表面油污，保持洁净，其中一片置于电加热板上，取适量步骤三所得焊料合金蘸取少量助焊剂后置于铜板上，保证焊料合金受热熔化后铺满铜板表面，且其厚度不超过50μm，再将另一块铜板覆盖在焊料上方，形成“三明治”结构，在300℃下放置24小时，随后冷却至室温，得到本发明所述的高硬度的全金属间化合物焊点。
40.对该全金属间化合物焊点进行sem、eds检测和纳米压痕力学性能分析，测得焊点成分包括(cu,co)6(sn,in)5和(cu,co)3(sn,in)两种相，中间部分为(cu,co)6(sn,in)5，上下
两侧为(cu,co)3(sn,in)，其弹性模量分别为125.5gpa和138.7gpa，硬度分别为8.26gpa和7.40gpa。
41.以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。