一種預合金化金錫預成型焊片的製備方法
2023-05-12 08:48:11 1
專利名稱：一種預合金化金錫預成型焊片的製備方法
技術領域：
本發明涉及焊接技術領域，尤其涉及一種預合金化金錫預成型焊片的製備方法。
背景技術：
由於金80%錫20%共晶合金的熔點(280°C )適中，強度高，導熱和導電性能好，浸潤性優良，低粘性，易焊接，抗腐蝕，抗蠕變，無須無需助焊劑等優點，因此，在微電子器件和光電子器件的陶瓷封裝封蓋，晶片粘接，金屬封裝的陶瓷絕緣子焊接，大功率半導體雷射器的晶片焊接中有著廣泛的應用。金錫焊料的不足之處在於:熔煉預合金化時容易被氧化、性能較脆，延伸率很小，用常規製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品，所以嚴重的制約了金錫焊料在我國的發展。針對金錫焊料熔煉時容易被氧化的技術問題，專利號為201110198333.6的中國發明專利就公開了 「一種金錫釺料熔煉保護方法」。可用於微電子封裝的釺焊料有很多形式，最主要的有絲、片、焊膏和預成型片等形式。基於金錫合金很脆的特性，絲或片的這些形式很難按照規格加工成型。在這些所有的形式裡，釺焊膏是用於電子封裝最理想的形式。然而，釺焊膏的成分之一是助焊劑，這在許多應用領域是被禁止的。即使在可以使用助焊劑的情況下，在釺焊過程完成以後也要對組裝的元器件進行其殘留物的清理。因此，為了獲得諸如器件生產及封裝等應用的穩定性，正確的選擇應該是衝壓成型的預成型片。預成型片能夠確保釺焊料的精確用量和準確位置，以達到在最低成本情況下獲得最佳的質量。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種預合金化金錫預成型焊片的製備方法，該方法能有效解決金錫合金熔煉時容易氧化、脆性合金難以壓延和衝裁成型的問題。為解決上述技術問題，本發明提供了一種預合金化金錫預成型焊片的製備方法，包括如下步驟:
(1)將電阻爐、坩堝、鑄模和石英棒設置於真空手套箱內，其中電阻爐的爐溫控制櫃放置於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成了一個保護預合金化體系；
(2)將預先配好的金錫料(金與錫的重量比為80:20)放入已配置好的保護預合金化體系中;
(3)啟動真空泵抽真空，直至壓力為-0.1MPa或者-0.1MPa以下，然後將真空泵停機；
(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)啟動電阻爐，並通過所述爐溫控制櫃設定預合金化溫度(預合金化溫度為350°C—500 0C)；
(6)先後往坩堝中加入錫料與金料，並適時通過石英棒進行攪拌；
(7)待預合金化好後將熔液澆鑄到錠模中形成鑄錠； (8)將上述步驟(7)所獲得的鑄錠加熱並保溫，連續壓延至厚度為0.015mm至0.4mm的薄帶材;
(9)將上述步驟(8)所獲得的薄帶材進行退火處理；
(10)將上述退火後的薄帶材衝裁成型焊片。優選的技術方案是，所述鑄錠的厚度為5mm。進一步優選的技術方案是，所述步驟(8)中將所獲得的鑄錠加熱至180-220°C並保溫進行連續壓延。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)的退火時間為3個小時。更進一步優選的技術方案是，所述薄帶材的厚度是0.15mm。所述焊片是方形，方框，圓片，圓環形，長條形或異形焊片。本發明由於採用在真空熔煉保護系統中注入隊+ H2的混合保護氣進行預合金化，金錫合金熔煉時不容易氧化；由於採用將預合金化的金錫料進行熱軋和退火衝裁，使得加工出來的金錫焊片成分精準、形狀完整精確、焊接使用性能優異。同時，具有工藝工序精簡，生產成本更加合理，生產效率更高的優點。
具體實施例方式本發明一種製備金錫合金預成型焊片的製造方法，其過程主要包括:原料配製、預合金化、熱軋、退火及衝裁成型等五個步驟。其中，原料配製和預合金化包括如下步驟:
(1)將電阻爐、坩堝、鑄模和石英棒設置於真空手套箱內，其中電阻爐的爐溫控制櫃放置於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成了一個保護預合金化體系；
(2)將預先配好的金錫料(金與錫的重量比為80:20)放入已配置好的保護預合金化體系中;
(3)啟動真空泵抽真空，直至壓力為-0.1MPa或者-0.1MPa以下，然後將真空泵停機；
(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)啟動電阻爐，並通過所述爐溫控制櫃設定預合金化溫度(預合金化溫度為350°C—500 0C)；
(6)先後往坩堝中加入錫料與金料，並適時通過石英棒進行攪拌；
(7)待預合金化好後將熔液澆鑄到錠模中。下面結合具體實施例，對本發明做進一步的闡述說明。實施例1
(1)原料配製
將IOOg純度為99.99%的金、25g純度為99.99%的錫的原料配好；
(2)預合金化
將上述步驟(I)所得原料放入氣氛保護真空手套箱中的坩堝內，在N2+H2保護氣氛(H2在混合氣中的體積百分比為10%，氣壓為一個大氣壓)下加熱到350°C熔化成均勻的液態金錫合金進行預合金化，並澆鑄到錠模內形成尺寸為(長X寬X厚)115χ15χ5_的板型合金鑄錠；整個過程應在氣氛保護的真空手套箱中完成，確保合金鑄錠沒有氧化。(3)熱軋
將上述步驟(2)中製得的板型預合金化金錫合金鑄錠加熱到220°C，，採用精密熱軋機壓延金錫合金鑄錠，將鑄錠保溫在220°C，連續壓至厚度為0.015mm的薄帶材。(4)退火
將上述步驟(3)中熱軋所得的薄帶材，加熱並保溫在260°C進行退火處理3個小時；上述退火過程須在持續的隔氧還原性氣氛保護下進行，上述的隔氧還原性氣氛是將壓力
0.02Mpa的液態氨氣在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佔比25%、H2佔比75%。(5)衝裁
經過上述步驟(4)降低金錫薄帶材的硬度和增加韌性後，通過光學精密模具衝裁，得到尺寸為0.25*0.25*0.015mm的方形焊片。實施例2
(1)原料配製
將200g純度為99.99%的金、50g純度為99.99%的錫的原料配好；
(2)預合金化
將步驟(I)所得原料放入氣氛保護真空手套箱中的坩堝內，在在N2+H2保護氣氛(H2在混合氣中的體積百分比為5%，氣壓為一個大氣壓)下加熱到420°C熔化成均勻的液態金錫合金進行預合金化，並澆鑄到錠模內形成尺寸為(長X寬X厚)140x25x5mm的板型合金鑄錠；整個過程應在氣氛保護的真空手套箱中完成，確保合金鑄錠沒有氧化。(3)熱軋
將步驟(2)中製得板型預合金化金錫合金鑄錠，加熱到200°C，採用精密熱軋機壓延金錫合金鑄錠，將鑄錠保溫在200°C，連續壓至厚度為0.15mm的薄帶材。(4)退火
將上述步驟(3)中熱軋所得的薄帶材，加熱並保溫在260°C進行退火處理3個小時；上述退火過程須在持續的隔氧還原性氣氛保護下進行，上述的隔氧還原性氣氛是將壓力
0.02Mpa的液態氨氣在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佔比25%、H2佔比75%。(5)衝裁
經過上述步驟(4)降低金錫薄帶材的硬度和增加韌性後，通過光學精密模具衝裁，得到尺寸為Φ2.9*Φ2.22*0.15mm的圓環形焊片。實施例3
(1)原料配製
將300g純度為99.99%的金、75g純度為99.99%的錫的原料配好；
(2)預合金化
將步驟(I)所得原料放入氣氛保護真空手套箱中的坩堝內，在N2+H2保護氣氛(H2在混合氣中的體積百分比為7%，氣壓為一個大氣壓)下加熱到500°C熔化成均勻的液態金錫合金進行預合金化，並澆鑄到錠模內形成尺寸為(長X寬X厚)175x30x5mm的板型合金鑄錠；整個過程應在氣氛保護的真空手套箱中完成，確保合金鑄錠沒有氧化。
(3)熱軋
將步驟(2)中製得板型預合金化金錫合金鑄錠，加熱到180°C，採用精密熱軋機壓延金錫合金鑄錠，將鑄錠保溫在180°C，連續壓至厚度為0.4mm的薄帶材。(4)退火
將上述步驟(3)中熱軋所得的薄帶材，加熱並保溫在260°C進行退火處理3個小時；上述退火過程須在持續的隔氧還原性氣氛保護下進行；上述的隔氧還原性氣氛是將壓力
0.02Mpa的液態氨氣在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佔比25%、H2佔比75%。(5)衝裁
經過上述步驟(4)降低金錫薄帶材的硬度和增加韌性後，通過光學精密模具衝裁，得到尺寸為Φ0.76*Φ0.38*0.25mm的圓環焊片。除上述實施例外，本發明步驟(5)衝裁的後的焊片，還可以是方框，圓片，長條形或異形焊片。最後需要說明的是，以上所述僅為本發明的較佳實施例，而不是對本發明技術方案的限定，任何對本發明技術特徵所做的等同替換或相應改進，仍在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種預合金化金錫預成型焊片的製備方法，包括如下步驟: (1)將電阻爐、坩堝、鑄模和石英棒設置於真空手套箱內，其中電阻爐的爐溫控制櫃放置於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成了一個保護預合金化體系； (2)將預先配好的金錫料(金與錫的重量比為80:20)放入已配置好的保護預合金化體系中; (3)啟動真空泵抽真空，直至壓力為-0.1MPa或者-0.1MPa以下，然後將真空泵停機； (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)啟動電阻爐，並通過所述爐溫控制櫃設定預合金化溫度(預合金化溫度為350°C—500 0C)； (6)先後往坩堝中加入錫料與金料，並適時通過石英棒進行攪拌； (7)待預合金化好後將熔液澆鑄到錠模中形成鑄錠； 其特徵在於，還包括如下步驟: (8)將上述步驟(7)所獲得的鑄錠加熱並保溫，連續壓延至厚度為0.015mm至0.4mm的薄帶材; (9)將上述步驟(8)所獲得的薄帶材進行退火處理； (10)將上述退火後的薄帶材衝裁成型焊片。
2.如權利要求1所述的一種預合金化金錫預成型焊片的製備方法，其特徵在於:所述鑄錠的厚度為5mm。
3.如權利要求1所述的一種預合金化金錫預成型焊片的製備方法，其特徵在於:所述步驟(8)中將所獲得的鑄錠加熱至180-220°C並保溫進行連續壓延。
4.如權利要求1所述的一種預合金化金錫預成型焊片的製備方法，其特徵在於:所述步驟(9)退火的溫度為260°C。
5.如權利要求4所述的一種預合金化金錫預成型焊片的製備方法，其特徵在於:所述步驟(9)的退火處理是在隔氧還原性氣氛中進行。
6.如權利要求5所述的一種預合金化金錫預成型焊片的製備方法，其特徵在於:所述隔氧還原性氣氛是N2+H2的混合氣體。
7.如權利要求6所述的一種預合金化金錫預成型焊片的製備方法，其特徵在於:所述混合氣體中N2和H2的體積百分比是25:75o
8.如權利要求4至7所述的一種預合金化金錫預成型焊片的製備方法，其特徵在於:所述步驟(9)的退火時間為3個小時。
9.如權利要求1所述的一種預合金化金錫預成型焊片的製備方法，其特徵在於:所述薄帶材的厚度是0.15mm。
10.如權利要求1所述的一種預合金化金錫預成型焊片的製備方法，其特徵在於:所述焊片是方形，方框，圓片，圓環形，長條形或異形焊片。
全文摘要
本發明提供了一種預合金化金錫預成型焊片的製備方法，其過程主要包括原料配製、預合金化、熱軋、退火及衝裁成型等五個步驟。本發明由於採用在真空熔煉保護系統中注入N2+H2的混合保護氣進行預合金化，金錫合金熔煉時不容易氧化；由於採用將預合金化的金錫料進行熱軋和退火衝裁，使得加工出來的金錫焊片成分精準、形狀完整精確、焊接使用性能優異。同時，具有工藝工序精簡，生產成本更加合理，生產效率更高的優點。
文檔編號B23P15/00GK103100825SQ20131000439
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月7日 優先權日2013年1月7日
發明者陳衛民 申請人:廣州先藝電子科技有限公司