[发明专利]一种预合金化金锡预成型焊片的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种预合金化金锡预成型焊片的制备方法。

背景技术

由于金80％锡20％共晶合金的熔点（280℃）适中，强度高，导热和导电性能好，浸润性优良，低粘性，易焊接，抗腐蚀，抗蠕变，无须无需助焊剂等优点，因此，在微电子器件和光电子器件的陶瓷封装封盖，芯片粘接，金属封装的陶瓷绝缘子焊接，大功率半导体激光器的芯片焊接中有着广泛的应用。

金锡焊料的不足之处在于：熔炼预合金化时容易被氧化、性能较脆，延伸率很小，用常规制造方法很难制出符合微电子器件使用要求的薄带材及其深加工产品，所以严重的制约了金锡焊料在我国的发展。针对金锡焊料熔炼时容易被氧化的技术问题，专利号为 201110198333.6的中国发明专利就公开了“一种金锡钎料熔炼保护方法”。

可用于微电子封装的钎焊料有很多形式，最主要的有丝、片、焊膏和预成型片等形式。基于金锡合金很脆的特性，丝或片的这些形式很难按照规格加工成型。在这些所有的形式里，钎焊膏是用于电子封装最理想的形式。然而，钎焊膏的成分之一是助焊剂，这在许多应用领域是被禁止的。即使在可以使用助焊剂的情况下，在钎焊过程完成以后也要对组装的元器件进行其残留物的清理。因此，为了获得诸如器件生产及封装等应用的稳定性，正确的选择应该是冲压成型的预成型片。预成型片能够确保钎焊料的精确用量和准确位置，以达到在最低成本情况下获得最佳的质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种预合金化金锡预成型焊片的制备方法，该方法能有效解决金锡合金熔炼时容易氧化、脆性合金难以压延和冲裁成型的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种预合金化金锡预成型焊片的制备方法,包括如下步骤：

（1）将电阻炉、坩埚、铸模和石英棒设置于真空手套箱内，其中电阻炉的炉温控制柜放置于所述真空手套箱的外面，所述电阻炉、坩埚、铸模、石英棒和真空手套箱构成了一个保护预合金化体系；

（2）将预先配好的金锡料（金与锡的重量比为80:20）放入已配置好的保护预合金化体系中；

（3）启动真空泵抽真空，直至压力为-0.1MPa或者-0.1MPa以下，然后将真空泵停机；

（4）充入N₂ + H₂的混合气（H₂在混合气中的体积百分比例为5%—10%）至大气压;

（5）启动电阻炉，并通过所述炉温控制柜设定预合金化温度（预合金化温度为350℃—500℃）；

（6）先后往坩埚中加入锡料与金料，并适时通过石英棒进行搅拌；

（7）待预合金化好后将熔液浇铸到锭模中形成铸锭；

（8）将上述步骤（7）所获得的铸锭加热并保温，连续压延至厚度为0.015mm至0.4mm的薄带材；

（9）将上述步骤（8）所获得的薄带材进行退火处理；

（10）将上述退火后的薄带材冲裁成型焊片。

优选的技术方案是，所述铸锭的厚度为5mm。

进一步优选的技术方案是，所述步骤（8）中将所获得的铸锭加热至180-220℃并保温进行连续压延。所述步骤（9）退火的温度为260℃。所述步骤（9）的退火处理是在隔氧还原性气氛中进行。所述隔氧还原性气氛是N2+H2的混合气体。所述混合气体中N2和H2的体积百分比是25：75。所述步骤（9）的退火时间为3个小时。

更进一步优选的技术方案是，所述薄带材的厚度是0.15mm。所述焊片是方形，方框，圆片，圆环形，长条形或异形焊片。

本发明由于采用在真空熔炼保护系统中注入N₂ + H₂的混合保护气进行预合金化，金锡合金熔炼时不容易氧化；由于采用将预合金化的金锡料进行热轧和退火冲裁，使得加工出来的金锡焊片成分精准、形状完整精确、焊接使用性能优异。同时，具有工艺工序精简，生产成本更加合理，生产效率更高的优点。

具体实施方式

本发明一种制备金锡合金预成型焊片的制造方法，其过程主要包括：原料配制、预合金化、热轧、退火及冲裁成型等五个步骤。

其中，原料配制和预合金化包括如下步骤：

（1）将电阻炉、坩埚、铸模和石英棒设置于真空手套箱内，其中电阻炉的炉温控制柜放置于所述真空手套箱的外面，所述电阻炉、坩埚、铸模、石英棒和真空手套箱构成了一个保护预合金化体系；

（2）将预先配好的金锡料（金与锡的重量比为80:20）放入已配置好的保护预合金化体系中；