專利名稱：一種預(yù)合金化金錫預(yù)成型焊片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種預(yù)合金化金錫預(yù)成型焊片的制備方法。
背景技術(shù)：
由于金80%錫20%共晶合金的熔點(diǎn)(280°C )適中，強(qiáng)度高，導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能好，浸潤(rùn)性優(yōu)良，低粘性，易焊接，抗腐蝕，抗蠕變，無(wú)須無(wú)需助焊劑等優(yōu)點(diǎn)，因此，在微電子器件和光電子器件的陶瓷封裝封蓋，芯片粘接，金屬封裝的陶瓷絕緣子焊接，大功率半導(dǎo)體激光器的芯片焊接中有著廣泛的應(yīng)用。金錫焊料的不足之處在于:熔煉預(yù)合金化時(shí)容易被氧化、性能較脆，延伸率很小，用常規(guī)制造方法很難制出符合微電子器件使用要求的薄帶材及其深加工產(chǎn)品，所以嚴(yán)重的制約了金錫焊料在我國(guó)的發(fā)展。針對(duì)金錫焊料熔煉時(shí)容易被氧化的技術(shù)問(wèn)題，專利號(hào)為201110198333.6的中國(guó)發(fā)明專利就公開了 “一種金錫釬料熔煉保護(hù)方法”?？捎糜谖㈦娮臃庋b的釬焊料有很多形式，最主要的有絲、片、焊膏和預(yù)成型片等形式?；诮疱a合金很脆的特性，絲或片的這些形式很難按照規(guī)格加工成型。在這些所有的形式里，釬焊膏是用于電子封裝最理想的形式。然而，釬焊膏的成分之一是助焊劑，這在許多應(yīng)用領(lǐng)域是被禁止的。即使在可以使用助焊劑的情況下，在釬焊過(guò)程完成以后也要對(duì)組裝的元器件進(jìn)行其殘留物的清理。因此，為了獲得諸如器件生產(chǎn)及封裝等應(yīng)用的穩(wěn)定性，正確的選擇應(yīng)該是沖壓成型的預(yù)成型片。預(yù)成型片能夠確保釬焊料的精確用量和準(zhǔn)確位置，以達(dá)到在最低成本情況下獲得最佳的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種預(yù)合金化金錫預(yù)成型焊片的制備方法，該方法能有效解決金錫合金熔煉時(shí)容易氧化、脆性合金難以壓延和沖裁成型的問(wèn)題。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種預(yù)合金化金錫預(yù)成型焊片的制備方法，包括如下步驟:
(1)將電阻爐、坩堝、鑄模和石英棒設(shè)置于真空手套箱內(nèi)，其中電阻爐的爐溫控制柜放置于所述真空手套箱的外面，所述電阻爐、坩堝、鑄模、石英棒和真空手套箱構(gòu)成了一個(gè)保護(hù)預(yù)合金化體系；
(2)將預(yù)先配好的金錫料(金與錫的重量比為80:20)放入已配置好的保護(hù)預(yù)合金化體系中;
(3)啟動(dòng)真空泵抽真空，直至壓力為-0.1MPa或者-0.1MPa以下，然后將真空泵停機(jī)；
(4)充入N2+ H2的混合氣(H2在混合氣中的體積百分比例為5% —10%)至大氣壓；
(5)啟動(dòng)電阻爐，并通過(guò)所述爐溫控制柜設(shè)定預(yù)合金化溫度(預(yù)合金化溫度為350°C—500 0C)；
(6)先后往坩堝中加入錫料與金料，并適時(shí)通過(guò)石英棒進(jìn)行攪拌；
(7)待預(yù)合金化好后將熔液澆鑄到錠模中形成鑄錠； (8)將上述步驟(7)所獲得的鑄錠加熱并保溫，連續(xù)壓延至厚度為0.015mm至0.4mm的薄帶材;
(9)將上述步驟(8)所獲得的薄帶材進(jìn)行退火處理；
(10)將上述退火后的薄帶材沖裁成型焊片。優(yōu)選的技術(shù)方案是，所述鑄錠的厚度為5mm。進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案是，所述步驟(8)中將所獲得的鑄錠加熱至180-220°C并保溫進(jìn)行連續(xù)壓延。所述步驟(9)退火的溫度為260°C。所述步驟(9)的退火處理是在隔氧還原性氣氛中進(jìn)行。所述隔氧還原性氣氛是N2+H2的混合氣體。所述混合氣體中N2和H2的體積百分比是25:75。所述步驟(9)的退火時(shí)間為3個(gè)小時(shí)。更進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案是，所述薄帶材的厚度是0.15mm。所述焊片是方形，方框，圓片，圓環(huán)形，長(zhǎng)條形或異形焊片。本發(fā)明由于采用在真空熔煉保護(hù)系統(tǒng)中注入隊(duì)+ H2的混合保護(hù)氣進(jìn)行預(yù)合金化，金錫合金熔煉時(shí)不容易氧化；由于采用將預(yù)合金化的金錫料進(jìn)行熱軋和退火沖裁，使得加工出來(lái)的金錫焊片成分精準(zhǔn)、形狀完整精確、焊接使用性能優(yōu)異。同時(shí)，具有工藝工序精簡(jiǎn)，生產(chǎn)成本更加合理，生產(chǎn)效率更高的優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明一種制備金錫合金預(yù)成型焊片的制造方法，其過(guò)程主要包括:原料配制、預(yù)合金化、熱軋、退火及沖裁成型等五個(gè)步驟。其中，原料配制和預(yù)合金化包括如下步驟:
(1)將電阻爐、坩堝、鑄模和石英棒設(shè)置于真空手套箱內(nèi)，其中電阻爐的爐溫控制柜放置于所述真空手套箱的外面，所述電阻爐、坩堝、鑄模、石英棒和真空手套箱構(gòu)成了一個(gè)保護(hù)預(yù)合金化體系；
(2)將預(yù)先配好的金錫料(金與錫的重量比為80:20)放入已配置好的保護(hù)預(yù)合金化體系中;
(3)啟動(dòng)真空泵抽真空，直至壓力為-0.1MPa或者-0.1MPa以下，然后將真空泵停機(jī)；
(4)充入N2+ H2的混合氣(H2在混合氣中的體積百分比例為5% —10%)至大氣壓；
(5)啟動(dòng)電阻爐，并通過(guò)所述爐溫控制柜設(shè)定預(yù)合金化溫度(預(yù)合金化溫度為350°C—500 0C)；
(6)先后往坩堝中加入錫料與金料，并適時(shí)通過(guò)石英棒進(jìn)行攪拌；
(7)待預(yù)合金化好后將熔液澆鑄到錠模中。下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述說(shuō)明。實(shí)施例1
(1)原料配制
將IOOg純度為99.99%的金、25g純度為99.99%的錫的原料配好；
(2)預(yù)合金化
將上述步驟(I)所得原料放入氣氛保護(hù)真空手套箱中的坩堝內(nèi)，在N2+H2保護(hù)氣氛(H2在混合氣中的體積百分比為10%，氣壓為一個(gè)大氣壓)下加熱到350°C熔化成均勻的液態(tài)金錫合金進(jìn)行預(yù)合金化，并澆鑄到錠模內(nèi)形成尺寸為(長(zhǎng)X寬X厚)115χ15χ5_的板型合金鑄錠；整個(gè)過(guò)程應(yīng)在氣氛保護(hù)的真空手套箱中完成，確保合金鑄錠沒(méi)有氧化。(3)熱軋
將上述步驟(2)中制得的板型預(yù)合金化金錫合金鑄錠加熱到220°C，，采用精密熱軋機(jī)壓延金錫合金鑄錠，將鑄錠保溫在220°C，連續(xù)壓至厚度為0.015mm的薄帶材。(4)退火
將上述步驟(3)中熱軋所得的薄帶材，加熱并保溫在260°C進(jìn)行退火處理3個(gè)小時(shí)；上述退火過(guò)程須在持續(xù)的隔氧還原性氣氛保護(hù)下進(jìn)行，上述的隔氧還原性氣氛是將壓力
0.02Mpa的液態(tài)氨氣在880°C的溫度下分解成的N2 + H2混合氣體，該混合氣體的體積百分比為:N2占比25%、H2占比75%。(5)沖裁
經(jīng)過(guò)上述步驟(4)降低金錫薄帶材的硬度和增加韌性后，通過(guò)光學(xué)精密模具沖裁，得到尺寸為0.25*0.25*0.015mm的方形焊片。實(shí)施例2
(1)原料配制
將200g純度為99.99%的金、50g純度為99.99%的錫的原料配好；
(2)預(yù)合金化
將步驟(I)所得原料放入氣氛保護(hù)真空手套箱中的坩堝內(nèi)，在在N2+H2保護(hù)氣氛(H2在混合氣中的體積百分比為5%，氣壓為一個(gè)大氣壓)下加熱到420°C熔化成均勻的液態(tài)金錫合金進(jìn)行預(yù)合金化，并澆鑄到錠模內(nèi)形成尺寸為(長(zhǎng)X寬X厚)140x25x5mm的板型合金鑄錠；整個(gè)過(guò)程應(yīng)在氣氛保護(hù)的真空手套箱中完成，確保合金鑄錠沒(méi)有氧化。(3)熱軋
將步驟(2)中制得板型預(yù)合金化金錫合金鑄錠，加熱到200°C，采用精密熱軋機(jī)壓延金錫合金鑄錠，將鑄錠保溫在200°C，連續(xù)壓至厚度為0.15mm的薄帶材。(4)退火
將上述步驟(3)中熱軋所得的薄帶材，加熱并保溫在260°C進(jìn)行退火處理3個(gè)小時(shí)；上述退火過(guò)程須在持續(xù)的隔氧還原性氣氛保護(hù)下進(jìn)行，上述的隔氧還原性氣氛是將壓力
0.02Mpa的液態(tài)氨氣在880°C的溫度下分解成的N2 + H2混合氣體，該混合氣體的體積百分比為:N2占比25%、H2占比75%。(5)沖裁
經(jīng)過(guò)上述步驟(4)降低金錫薄帶材的硬度和增加韌性后，通過(guò)光學(xué)精密模具沖裁，得到尺寸為Φ2.9*Φ2.22*0.15mm的圓環(huán)形焊片。實(shí)施例3
(1)原料配制
將300g純度為99.99%的金、75g純度為99.99%的錫的原料配好；
(2)預(yù)合金化
將步驟(I)所得原料放入氣氛保護(hù)真空手套箱中的坩堝內(nèi)，在N2+H2保護(hù)氣氛(H2在混合氣中的體積百分比為7%，氣壓為一個(gè)大氣壓)下加熱到500°C熔化成均勻的液態(tài)金錫合金進(jìn)行預(yù)合金化，并澆鑄到錠模內(nèi)形成尺寸為(長(zhǎng)X寬X厚)175x30x5mm的板型合金鑄錠；整個(gè)過(guò)程應(yīng)在氣氛保護(hù)的真空手套箱中完成，確保合金鑄錠沒(méi)有氧化。
(3)熱軋
將步驟(2)中制得板型預(yù)合金化金錫合金鑄錠，加熱到180°C，采用精密熱軋機(jī)壓延金錫合金鑄錠，將鑄錠保溫在180°C，連續(xù)壓至厚度為0.4mm的薄帶材。(4)退火
將上述步驟(3)中熱軋所得的薄帶材，加熱并保溫在260°C進(jìn)行退火處理3個(gè)小時(shí)；上述退火過(guò)程須在持續(xù)的隔氧還原性氣氛保護(hù)下進(jìn)行；上述的隔氧還原性氣氛是將壓力
0.02Mpa的液態(tài)氨氣在880°C的溫度下分解成的N2 + H2混合氣體，該混合氣體的體積百分比為:N2占比25%、H2占比75%。(5)沖裁
經(jīng)過(guò)上述步驟(4)降低金錫薄帶材的硬度和增加韌性后，通過(guò)光學(xué)精密模具沖裁，得到尺寸為Φ0.76*Φ0.38*0.25mm的圓環(huán)焊片。除上述實(shí)施例外，本發(fā)明步驟(5)沖裁的后的焊片，還可以是方框，圓片，長(zhǎng)條形或異形焊片。最后需要說(shuō)明的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，而不是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限定，任何對(duì)本發(fā)明技術(shù)特征所做的等同替換或相應(yīng)改進(jìn)，仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)合金化金錫預(yù)成型焊片的制備方法，包括如下步驟: (1)將電阻爐、坩堝、鑄模和石英棒設(shè)置于真空手套箱內(nèi)，其中電阻爐的爐溫控制柜放置于所述真空手套箱的外面，所述電阻爐、坩堝、鑄模、石英棒和真空手套箱構(gòu)成了一個(gè)保護(hù)預(yù)合金化體系； (2)將預(yù)先配好的金錫料(金與錫的重量比為80:20)放入已配置好的保護(hù)預(yù)合金化體系中; (3)啟動(dòng)真空泵抽真空，直至壓力為-0.1MPa或者-0.1MPa以下，然后將真空泵停機(jī)； (4)充入N2+ H2的混合氣(H2在混合氣中的體積百分比例為5% —10%)至大氣壓； (5)啟動(dòng)電阻爐，并通過(guò)所述爐溫控制柜設(shè)定預(yù)合金化溫度(預(yù)合金化溫度為350°C—500 0C)； (6)先后往坩堝中加入錫料與金料，并適時(shí)通過(guò)石英棒進(jìn)行攪拌； (7)待預(yù)合金化好后將熔液澆鑄到錠模中形成鑄錠； 其特征在于，還包括如下步驟: (8)將上述步驟(7)所獲得的鑄錠加熱并保溫，連續(xù)壓延至厚度為0.015mm至0.4mm的薄帶材; (9)將上述步驟(8)所獲得的薄帶材進(jìn)行退火處理； (10)將上述退火后的薄帶材沖裁成型焊片。
2.如權(quán)利要求1所述的一種預(yù)合金化金錫預(yù)成型焊片的制備方法，其特征在于:所述鑄錠的厚度為5mm。
3.如權(quán)利要求1所述的一種預(yù)合金化金錫預(yù)成型焊片的制備方法，其特征在于:所述步驟(8)中將所獲得的鑄錠加熱至180-220°C并保溫進(jìn)行連續(xù)壓延。
4.如權(quán)利要求1所述的一種預(yù)合金化金錫預(yù)成型焊片的制備方法，其特征在于:所述步驟(9)退火的溫度為260°C。
5.如權(quán)利要求4所述的一種預(yù)合金化金錫預(yù)成型焊片的制備方法，其特征在于:所述步驟(9)的退火處理是在隔氧還原性氣氛中進(jìn)行。
6.如權(quán)利要求5所述的一種預(yù)合金化金錫預(yù)成型焊片的制備方法，其特征在于:所述隔氧還原性氣氛是N2+H2的混合氣體。
7.如權(quán)利要求6所述的一種預(yù)合金化金錫預(yù)成型焊片的制備方法，其特征在于:所述混合氣體中N2和H2的體積百分比是25:75o
8.如權(quán)利要求4至7所述的一種預(yù)合金化金錫預(yù)成型焊片的制備方法，其特征在于:所述步驟(9)的退火時(shí)間為3個(gè)小時(shí)。
9.如權(quán)利要求1所述的一種預(yù)合金化金錫預(yù)成型焊片的制備方法，其特征在于:所述薄帶材的厚度是0.15mm。
10.如權(quán)利要求1所述的一種預(yù)合金化金錫預(yù)成型焊片的制備方法，其特征在于:所述焊片是方形，方框，圓片，圓環(huán)形，長(zhǎng)條形或異形焊片。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種預(yù)合金化金錫預(yù)成型焊片的制備方法，其過(guò)程主要包括原料配制、預(yù)合金化、熱軋、退火及沖裁成型等五個(gè)步驟。本發(fā)明由于采用在真空熔煉保護(hù)系統(tǒng)中注入N2+H2的混合保護(hù)氣進(jìn)行預(yù)合金化，金錫合金熔煉時(shí)不容易氧化；由于采用將預(yù)合金化的金錫料進(jìn)行熱軋和退火沖裁，使得加工出來(lái)的金錫焊片成分精準(zhǔn)、形狀完整精確、焊接使用性能優(yōu)異。同時(shí)，具有工藝工序精簡(jiǎn)，生產(chǎn)成本更加合理，生產(chǎn)效率更高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23P15/00GK103100825SQ20131000439
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月7日
發(fā)明者陳衛(wèi)民 申請(qǐng)人:廣州先藝電子科技有限公司