一種中溫合金釺料薄帶及製備方法與流程
2023-04-26 17:52:06
本發明涉及電子器件封裝和合金複合材料釺焊的技術領域，具體涉及一種中溫合金釺料薄帶及製備方法。
背景技術：
許多航天用電子器件都採用密度較低的材料，比如表面鍍Ni的鋁基熱沉材料。這些電子器件都要求焊接封裝，為了保證電子器件有關材料的性能在進行焊接時不受影響，要求焊接溫度必須低於鋁基熱沉材料的熔點。然而這些電子器件的殼體與晶片的焊接多採用焊接溫度為400℃左右的Au-Si、Au-Ge等低熔點焊料，而對鋁基熱沉材料的封裝焊接又必須高於400℃低於660℃，根據梯度焊接原則，焊料的熔化溫度需要控制在400~600℃範圍內才能夠有效地進行焊接。
目前，國內外對於熔化溫度在400~600℃範圍內的中溫釺焊焊料，還比較少公開和介紹。
目前製備中溫合金焊料的常用方法有疊層複合法、電鍍沉積法和鑄造軋製法，由於中溫合金焊料組織中一般含有脆性相，這導致合金釺料在整體上具有較大的脆性，按照上述的常規方法在對這種中溫合金焊料加工時容易產生斷裂的問題。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本發明的目的在於，提供一種中溫合金釺料薄帶，其熔化範圍為400~600℃，具有良好的可焊性，能與大部分的焊接設備和焊接工藝兼容。另外，本發明還提供了這種中溫合金釺料薄帶的製備方法，這種製備方法加工出來的中溫合金釺料薄帶的厚度小於1mm，具有良好的焊接性能。
本發明是通過以下技術方案進行實現的：
一種中溫合金釺料薄帶，其組分按重量百分比計：Au 68~87%，Ag 8~21%，Si 2.2~4.5%，Cu 0.1~1.0%，Ni 0.1~0.9%，Sn 0.3~0.8%。
作為本發明的一種優化的方案，一種中溫合金釺料薄帶，其組分按重量百分比計：Au 76.53%、Ag 19.05%、Si 3.10%、Cu 0.50%、Ni 0.25%、Sn 0.57%。
作為本發明的一種優化的方案，所述的中溫合金釺料薄帶的熔點範圍為400~600℃。
作為本發明的一種優化的方案，所述的中溫合金釺料薄帶的厚度小於1mm。
本發明還公開了這種中溫合金釺料薄帶的製備方法，具體包括以下步驟：
（1）取上述的按重量百分比計的組分，合金組分的原料採用純度為99.99%的Au，純度為99.99%的Ag，單晶矽以及純鎳，在真空度為10-3 pa的中頻感應真空爐中熔煉，組分熔化後進行充分攪拌，澆注至銅模冷卻，得到鑄錠；中頻感應真空爐熔煉的載體為石墨坩堝。
（2）將鑄錠放入單輥快速凝固裝置中，在惰性氣體的保護下進行二次熔煉，經過快速凝固工藝製備得到中溫合金釺料薄帶。
步驟1所述的單輥快速凝固裝置包括氬氣瓶、壓力表、精密氣壓調節器、溫控箱、變頻器、電動機、銅輥、噴嘴、坩堝、加熱器、噴嘴開關、不鏽鋼軸。
作為本發明的中溫合金釺料薄帶的製備方法的進一步優化，所述的快速凝固工藝，其具體的工藝參數為：
過熱度 70k，
輥面線速度 18~20m/s，
噴射壓力 0.05Mpa，
噴射角度 90°，
噴嘴到輥面間距 6mm，
噴嘴尺寸 0.3mm×20mm；
所述的惰性氣體為氬氣。
研究人員在分析Au-Si和Ag-Si兩個二元系相圖，Au-Si和Ag-Si兩個二元系分別在363℃和840℃發生二元共晶反應L→α(Au)+β(Si)和L→α(Ag)+β(Si)，而Au-Ag二元系將形成無限互溶體L→α(AuAg)。接著，Au-Ag-Si三系將形成一條發生共晶反應的單變量線。也就是說，隨著合金成分的改變，其共晶反應溫度可從363~840℃之間進行連續的變化，建立起來Au-Ag-Si的中溫焊料系統。另外，研究人員在研究中發現，在這種中溫合金釺料薄帶中添加微量Ni可明顯提高焊接釺料的漫流性和焊接接頭的強度。
基於上述的技術方案，本發明具有的技術效果為：
（1）本發明提供的中溫合金釺料薄帶，其熔化範圍為400~600℃，具有優良的抗氧化性和可焊接、釺接性，可以進行梯度焊接，與現有的焊接設備和焊接工藝能夠很好地兼容，滿足中溫封裝焊接的應用要求。
（2）本發明提供的中溫合金釺料薄帶的製備方法，採用快凝固技術，可以製備出厚度小於1mm的釺料薄帶，薄帶微觀組織均勻連續且加工性能良好，而且薄帶還具有良好的流動性和潤溼性，焊接強度高。
附圖說明
圖1為本發明的製備方法的單輥快速凝固裝置的結構示意圖。
具體實施方式
為了便於本領域的技術人員理解，下面結合具體實施例對本發明作進一步說明，實施方式提及的內容並不限定本發明的範圍。
如圖1所示，本發明對製備方法中的單輥快速凝固裝置100進行說明，其包括以下組件：氬氣瓶1、壓力表2、精密氣壓調節器3、溫控箱4、變頻器5、電動機6、銅輥7、噴嘴8、坩堝9、加熱器10、噴嘴開關11和不鏽鋼軸12。
實施例1
將Au 76.53%、Ag 19.05%、Si 3.10%、Cu 0.50%、Ni 0.25%和Sn 0.57%置於真空度為10-3 pa的中頻感應真空爐中進行熔煉，中頻感應真空爐熔煉的載體為石墨坩堝，組分熔化後充分攪拌，並澆注至銅模進行冷卻，得到鑄錠；將鑄錠放入單輥快速凝固裝置中，在惰性氣體的保護下進行二次熔煉，經過快速凝固工藝製備得到中溫合金釺料薄帶。
本發明製備得到的中溫合金釺料薄帶，其厚度為0.79mm，熔化範圍為452~478℃，滿足中溫封裝焊接溫度範圍為400~600℃的要求，具有優良的抗氧化性和可焊接、釺接性，在鍍鎳層和純銅上有良好的漫流性和潤溼性，焊接接頭有足夠的強度。
實施例2
將Au 77.45%、Ag 18.26%、Si 3.13%、Cu 0.48%、Ni 0.23%和Sn 0.55%置於真空度為10-3 pa的中頻感應真空爐中進行熔煉，中頻感應真空爐熔煉的載體為石墨坩堝，組分熔化後充分攪拌，並澆注至銅模進行冷卻，得到鑄錠；將鑄錠放入單輥快速凝固裝置中，在惰性氣體的保護下進行二次熔煉，經過快速凝固工藝製備得到中溫合金釺料薄帶。
本發明製備得到的中溫合金釺料薄帶，其厚度為0.84mm，熔化範圍為455~476℃，滿足中溫封裝焊接溫度範圍為400~600℃的要求，具有優良的抗氧化性和可焊接、釺接性，在鍍鎳層和純銅上有良好的漫流性和潤溼性，焊接接頭有足夠的強度。
實施例3
將Au 78.21%、Ag 17.43%、Si 3.15 %、Cu 0.47 %、Ni 0.22%和Sn 0.52%置於真空度為10-3 pa的中頻感應真空爐中進行熔煉，中頻感應真空爐熔煉的載體為石墨坩堝，組分熔化後充分攪拌，並澆注至銅模進行冷卻，得到鑄錠；將鑄錠放入單輥快速凝固裝置中，在惰性氣體的保護下進行二次熔煉，經過快速凝固工藝製備得到中溫合金釺料薄帶。
本發明製備得到的中溫合金釺料薄帶，其厚度為0.89mm，熔化範圍為458~498℃，滿足中溫封裝焊接溫度範圍為400~600℃的要求，具有優良的抗氧化性和可焊接、釺接性，在鍍鎳層和純銅上有良好的漫流性和潤溼性，焊接接頭有足夠的強度。
實施例4
將Au 79.14%、Ag 16.53%、Si 3.18%、Cu 0.45%、Ni 0.20%和Sn 0.50%置於真空度為10-3 pa的中頻感應真空爐中進行熔煉，中頻感應真空爐熔煉的載體為石墨坩堝，組分熔化後充分攪拌，並澆注至銅模進行冷卻，得到鑄錠；將鑄錠放入單輥快速凝固裝置中，在惰性氣體的保護下進行二次熔煉，經過快速凝固工藝製備得到中溫合金釺料薄帶。
本發明製備得到的中溫合金釺料薄帶，其厚度為0.86mm，熔化範圍為453~488℃，滿足中溫封裝焊接溫度範圍為400~600℃的要求，具有優良的抗氧化性和可焊接、釺接性，在鍍鎳層和純銅上有良好的漫流性和潤溼性，焊接接頭有足夠的強度。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，不能被認為用於限定本發明的實施範圍。凡依本發明申請範圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬於本發明的保護範圍之內。