專利名稱：一種Zn基高溫?zé)o鉛軟釬料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子封裝與組裝等釬焊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種ai基高溫?zé)o鉛軟釬料及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前高溫釬料主要沿用傳統(tǒng)的鉛基釬料和金基釬料。鉛基釬料合金是鉛與錫、金、 銀、銻等金屬形成的共晶合金，其熔點在250-360°C。鉛基釬料比較軟，可吸收由于芯片與基板之間的熱膨脹不匹配而引起的應(yīng)變，但強(qiáng)度較低。若鉛基釬料釬焊接頭經(jīng)受多次熱循環(huán)， 就會在釬料晶界處產(chǎn)生應(yīng)變積累，產(chǎn)生微裂紋，最終引起疲勞破壞，所以鉛基釬料不能用在連接強(qiáng)度要求高的場合。金基釬料主要應(yīng)用在光電子封裝、高可靠性大功率電子器件氣密性封裝和芯片封裝中。金基釬料通常采用Au-20Sn、Au-30Si和Au_26Ge的共晶體系作釬料， 但由于Au-Sn會形成AuSn4金屬間化合物，該化合物很脆，嚴(yán)重影響了金基釬料服役的可靠性，同時金基釬料的成本也太高。歐洲專利EP1705258A2提出了一種含Ag為2% -18wt%, Bi 為 98-82wt%，并含有 0. 1-5. 0wt% 的微量元素 Au、Cu、yt、Sb、Zn、Sn、Ni 和 Ge 的 Bi-Ag-X 合金釬料來替代高鉛釬料，該Bi-Ag-X合金釬料熔點合適，固相線溫度大于沈2. 5°C，但該合金釬料存在脆性大、加工性差、與基體結(jié)合強(qiáng)度弱、固液相區(qū)間較寬以及在Cu和Ni基體上潤濕性差等一系列問題。中國專利CN1221216A提出了一種含Sb為5-15%的Sn-Sb 二元合金釬料用來涂覆引線框架，以保證能承受隨后較高溫度的密封工藝，但該Sn-Sb 二元合金釬料當(dāng)Sb含量較低例如小于10%時，Sn-Sb 二元合金釬料的熔點相對較低，對于需要承受高溫封裝工藝焊點的可靠性不利，且該合金釬料存在對Cu或M基體焊盤溶蝕快的問題。 美國專禾IJ 20040241039提出了一種釬料，含至少5%的Sn，0. 5-7%的Cu，0. 05-18%的Sb， 中國專利CNl卯4958A也提出了一種釬料，含8_20%的Sb，3-7%的Cu，其余為5%的Sn，雖然這兩項專利申請都提出用SnSbCu的三元合金作為高溫?zé)o鉛軟釬料，但該系列合金抗氧化能力較差，在高溫焊接過程中會產(chǎn)生大量的錫渣，且該合金依然存在對Cu或Ni基體焊盤溶蝕快的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種ai基高溫?zé)o鉛軟釬料。本發(fā)明的目的還在于提供一種Si基高溫?zé)o鉛軟釬料的制備方法。為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種Si基高溫?zé)o鉛軟釬料，由以下重量百分含量的成分組成2-30%的鋁，1-20%的錫，0. 1-8%的銅，0.01-3.0%的鈦， 0. 1-1.0%的錳和/或0.1-1.0%的鑭鈰稀土，余量的鋅。Zn基高溫?zé)o鉛軟釬料的制備方法為稱取原料鋁、錫、銅、鈦、錳和/或鑭鈰稀土、 鋅，先將原料錳和/或鑭鈰稀土、鈦和銅采用真空熔煉方法制成中間合金，將制得的中間合金與原料鋁、錫、鋅混合，在真空感應(yīng)爐中熔煉，真空感應(yīng)爐的真空度不大于10-lPa，熔煉時間為40-100分鐘，熔煉過程中每隔10-30分鐘攪拌一次，熔煉結(jié)束后冷卻，制得Si基
3高溫?zé)o鉛軟釬料，該Si基高溫?zé)o鉛軟釬料由以下重量百分含量的成分組成2-30%的鋁， 1-20 %的錫，0. 1-8%的銅，0. 01-3. 0%的鈦，0. 1-1. 0%的錳和/或0. 1-1. 0%的鑭鈰稀土，
余量的鋅。本發(fā)明提供的ai基高溫?zé)o鉛軟釬料中的錫可以降低釬料合金的熔點，有效改善釬料合金的潤濕性；含有的銅、鈦、錳和/或鑭鈰稀土可以細(xì)化釬料合金的組織結(jié)構(gòu)，提高釬料的力學(xué)性能，使釬料合金的力學(xué)強(qiáng)度明顯提高，改善了焊點的可靠性。本發(fā)明提供的ai 基高溫?zé)o鉛軟釬料的熔點在250°c -450°C之間，具有潤濕鋪展性好，抗拉強(qiáng)度高的優(yōu)點，力學(xué)性能優(yōu)于相應(yīng)的高鉛釬料，鋪展性能滿足釬焊使用要求，能夠替代目前廣泛應(yīng)用的高鉛釬料，滿足高溫電子封裝與組裝等釬焊需要。此外，本發(fā)明提供的Si基高溫?zé)o鉛軟釬料還具有無毒、無污染的優(yōu)點。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。實施例1本實施例提供的Si基高溫?zé)o鉛軟釬料由以下重量百分含量的成分組成2%的鋁，1 %的錫，6 %的銅，1 %的鈦，1. 0 %的錳、0. 1 %的鑭鈰稀土，余量的鋅。本實施例提供的Si基高溫?zé)o鉛軟釬料的制備方法為用電子天平稱量44. 45g鋅、 Ig鋁、0. 5g錫、3g銅、0. 5g錳，0. 5g鈦和0. 05g鑭鈰稀土，為了減少鑭鈰稀土燒損，先將其中的錳、鑭鈰稀土、鈦、銅混合，采用真空熔煉方法制成中間合金，將制得的中間合金再與鋁、 錫、鋅混合，一起放入工業(yè)用真空感應(yīng)爐中熔煉，真空感應(yīng)爐的真空度為5X10_2Pa，電流為 480A，電壓為20V，熔煉時間為40分鐘，熔煉過程中每隔30分鐘通過移動電極攪拌一次熔融的合金，熔煉結(jié)束后冷卻，取出，制得Si基高溫?zé)o鉛軟釬料。實施例2本實施例提供的Si基高溫?zé)o鉛軟釬料由以下重量百分含量的成分組成4%的鋁，20 %的錫，8 %的銅，0. 5 %的鈦，0. 3 %的鑭鈰稀土，余量的鋅。本實施例提供的Si基高溫?zé)o鉛軟釬料的制備方法為用電子天平稱量33. 6g鋅、 2g鋁、IOg錫、4g銅、0. 25g鈦和0. 15g鑭鈰稀土，為了減少鑭鈰稀土燒損，先將其中的鑭鈰稀土、鈦、銅混合，采用真空熔煉方法制成中間合金，將制得的中間合金再與鋁、錫、鋅混合， 一起放入工業(yè)用真空感應(yīng)爐中熔煉，真空感應(yīng)爐的真空度為lX10_2Pa，電流為480A，電壓為20V，熔煉時間為90分鐘，熔煉過程中每隔20分鐘通過移動電極攪拌一次熔融的合金，熔煉結(jié)束后冷卻，取出，制得Si基高溫?zé)o鉛軟釬料。實施例3本實施例提供的Si基高溫?zé)o鉛軟釬料由以下重量百分含量的成分組成15%的鋁，5 %的錫，6 %的銅，0. 01 %的鈦，0. 5 %的錳，余量的鋅。本實施例提供的Si基高溫?zé)o鉛軟釬料的制備方法為用電子天平稱量36. 745g 鋅、7. 5g鋁、2. 5g錫、3g銅、0. 25g錳，0. 005g鈦，將稱好的鋅、鋁、錫、銅、錳和鈦一起放入工業(yè)用真空感應(yīng)爐中熔煉，真空感應(yīng)爐的真空度為5X10_3Pa，電流為480A，電壓為20V，熔煉時間為90分鐘，熔煉過程中每隔10分鐘通過移動電極攪拌一次熔融的合金，熔煉結(jié)束后冷卻，取出，制得Si基高溫?zé)o鉛軟釬料。
實施例4本實施例提供的Si基高溫?zé)o鉛軟釬料由以下重量百分含量的成分組成30%的鋁，10 %的錫，0. 1 %的銅，3 %的鈦，0. 1 %的錳、1 %的鑭鈰稀土，余量的鋅。本實施例提供的Si基高溫?zé)o鉛軟釬料的制備方法為用電子天平稱量27. 9g鋅、 15g鋁、5g錫、0. 05g銅、0. 05g錳，1. 5g鈦和0. 5g鑭鈰稀土，為了減少鑭鈰稀土燒損，先將其中的錳、鑭鈰稀土、鈦、銅混合，采用真空熔煉方法制成中間合金，將制得的中間合金再與鋁、錫、鋅混合，一起放入工業(yè)用真空感應(yīng)爐中熔煉，真空感應(yīng)爐的真空度為8X10_3Pa，電流為480A，電壓為20V，熔煉時間為100分鐘，熔煉過程中每隔30分鐘通過移動電極攪拌一次熔融的合金，熔煉結(jié)束后冷卻，取出，制得Si基高溫?zé)o鉛軟釬料。對比例本對比例提供的Si基釬料由以下重量百分含量的成分組成4%的鋁，3%的銅， 余量的鋅。本對比例提供的Si基釬料的制備方法為用電子天平稱量46. 5g鋅、2g鋁及1. 5g 銅，混合均勻后放入工業(yè)用真空感應(yīng)爐中熔煉，真空感應(yīng)爐的真空度為5X 10_2Pa，電流為 480A，電壓為20V，熔煉時間為90分鐘，熔煉過程中每隔30分鐘通過移動電極攪拌一次熔融的合金，熔煉結(jié)束后冷卻，取出，制得Si基釬料。對實施例1-4以及對比例提供的各釬料進(jìn)行了有關(guān)性能測試，得到的各技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)見表1所示。表1各實施例及對比例提供的釬料的技術(shù)指標(biāo)
權(quán)利要求
1. 一種Si基高溫?zé)o鉛軟釬料，其特征在于，該Si基高溫?zé)o鉛軟釬料由以下重量百分含量的成分組成2-30%的鋁，1-20%的錫，0. 1-8%的銅，0. 01-3. 0%的鈦，0. 1-1. 0%的錳和 /或0. 1-1.0%的鑭鈰稀土，余量的鋅。
2. —種權(quán)利要求ι所述的Si基高溫?zé)o鉛軟釬料的制備方法，其特征在于，稱取原料鋁、 錫、銅、鈦、錳和/或鑭鈰稀土、鋅，先將原料錳和/或鑭鈰稀土、鈦和銅采用真空熔煉方法制成中間合金，將制得的中間合金與原料鋁、錫、鋅混合，在真空感應(yīng)爐中熔煉，真空感應(yīng)爐的真空度不大于KT1Pa,熔煉時間為40-100分鐘，熔煉過程中每隔10-30分鐘攪拌一次，熔煉結(jié)束后冷卻，制得Si基高溫?zé)o鉛軟釬料，該ai基高溫?zé)o鉛軟釬料由以下重量百分含量的成分組成:2-30%的鋁，1-20%的錫，0. 1-8%的銅，0.01-3. 0%的鈦，0. 1-1. 0%的錳和/或 0. 1-1. 0%的鑭鈰稀土，余量的鋅。
全文摘要
本發(fā)明屬于電子封裝與組裝等釬焊焊料技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種Zn基高溫?zé)o鉛軟釬料及其制備方法。該Zn基高溫?zé)o鉛軟釬料由以下重量百分含量的成分組成2-30％的鋁，1-20％的錫，0.1-8％的銅，0.01-3.0％的鈦，0.1-1.0％的錳和/或0.1-1.0％的鑭鈰稀土，余量的鋅。本發(fā)明提供的Zn基高溫?zé)o鉛軟釬料的熔點在250℃-450℃之間，具有潤濕鋪展性好，抗拉強(qiáng)度高的優(yōu)點，力學(xué)性能優(yōu)于相應(yīng)的高鉛釬料，鋪展性能滿足釬焊使用要求，能夠替代目前廣泛應(yīng)用的高鉛釬料，滿足高溫電子封裝與組裝等釬焊需要。
文檔編號C22C1/03GK102554491SQ20111041814
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者朱錦洪, 王喜然, 趙快樂, 閆焉服, 陳新芳, 陳艷芳 申請人:河南科技大學(xué)