[发明专利]一种金锡箔带材钎料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金锡箔带材钎料的制备方法，属于金锡钎料制备技术领域。

技术背景

AuSn20合金具有高强度、低弹性模量、高热导、良好的抗疲劳蠕变和抗腐蚀性能以及良好的焊接性能等优点，被广泛应用于电子封装的芯片贴装、大功率半导体激光芯片等高可靠性气密封装领域。Au-Sn二元相图显示，常态下Au-Sn共晶合金组织是由Au5Sn和AuSn两种脆性相组成的共晶，所以常规熔铸法制备的Au-Sn共晶合金很脆，难以加工成为箔带产品。随着现代电子产品“薄、小、轻”型的发展，封装用的钎料也要求越来越薄，现有技术制备的AuSn20箔带材钎料成品率低，制造成本高，不能适应多规格、大批量工业生产的需要。中国专利CN1026394C和美国专利US3181935公开了采用叠层冷轧方法制备AuSn20钎料，它们是采用多层复合技术，金带和锡带按照Au/Sn/Au…/Sn/Au的结构方式彼此相间层叠在一起，总层数为5～30层，预压成复合坯带，再冷轧成厚度为0.05～0.5mm的箔带材。该工艺的不足是：在冷轧过程中由于金层和锡层变形抗力不同，锡层的变形量较大，轧到一定厚度后锡层比金层变得更长，导致钎料中锡的相对含量就发生了变化，该工艺的可重复性较差，难以满足共晶成分的要求，导致钎料的熔点偏高；此外，锡层在冷轧时容易发生氧化，导致钎料的氧含量偏高。

国内外许多学者还采用电镀沉积、电子蒸镀等方法制备纯度较高的金层和锡层，通过控制层的厚度来达到金和锡质量分数分别为80%和20%，在钎焊过程中，金和锡发生反应形成共晶钎料连接母材和元器件。该工艺制备的钎料虽然纯度高，但是工艺较复杂，制备成本高，而且镀层厚度难以控制，所以无法在生产中推广。

甩带快速凝固技术是目前生产箔带材产品较为成熟的一种技术，它具有流程短、单位投资低、能耗低、劳动生产率高等特点。中南大学王志法等采用双辊甩带快速凝固技术制备了Au-Ag-Ge金基中温箔带材钎料，取得了良好的效果。在专利号为CN102114584A的专利中介绍了一种集成电路用AuSn20合金钎料的制备方法和用途，该方法是利用甩带快速凝固技术制备出了AuSn20合金钎料，该方法存在以下不足：第一：整个制备工艺都是在真空条件进行的，对真空度有严格的要求，这就必然导致对设备的要求高，第二：该发明采用Au锭和Sn锭为原料先制备出AuSn20合金棒，然后再将合金棒溶化，通过甩带快速凝固技术制备出AuSn20合金钎料，这个过程需先制备成合金棒，然后再将合金棒熔化才能用于甩带，这不利于节约能源。到目前为止，采用双辊甩带快速凝固技术制备Au-Sn共晶钎料的研究尚未见报道。

综上所述，AuSn20箔带材钎料现有制备技术严重制约其在工业封装领域的广发应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种金锡箔带材钎料的制备方法。

本发明一种金锡箔带材钎料的制备方法，是采用双辊甩带快速凝固技术制备AuSn20钎料的方法，所述双辊甩带快速凝固技术是指：在保护气氛下，将AuSn20合金液喷射到双辊辊缝间并随辊面甩动，金属液穿过双辊辊缝后凝固形成金锡合金薄带（8）；喷液时，控制AuSn20合金液的喷射速度与辊面转动的线速度之比为0.6～0.8，辊面转动的线速度为2.1-12.6m/s，喷液所用喷嘴（5）的孔径为0.1-0.5mm，双辊间的辊缝为0.05mm-0.12mm；所述AuSn20合金液是由质量比为Au:Sn=4:1的Au锭和Sn锭采用感应加热熔合得到，感应加热频率为30-40kHz。

本发明一种金锡箔带材钎料的制备方法，所述双辊甩带快速凝固技术是指：按质量比Au:Sn=4:1配取的Au锭和Sn锭，置于上端开口、下端有一喷嘴（5）的石英管（3）中，将石英管（3）竖直的放入感应线圈（4）中并固定于甩带设备的固定架上，石英管（3）的上端开口用带进气阀（1）的密封装置（2）密封；打开进气阀（1），使石英管（3）内充满保护气体，然后开启感应加热炉，调节感应加热频率为30-40kHz，加热Au锭和Sn锭至完全熔合，得到成分均匀的AuSn20合金液；开启双辊甩带设备，调节双辊转速至2.1-12.6m/s后，调节石英管（3）内保护气体的压力使AuSn20合金液通过喷嘴（5）以1.26m/s-10.08m/s的速度喷射到双辊辊缝间并随辊面运动，喷液时，控制AuSn20合金液的喷射速度与辊面转动的线速度之比为0.6～0.8，AuSn20合金在辊面快速冷却的同时受到双辊的压制变形，得到金锡合金薄带（8）；所述喷嘴的孔径为0.1-0.5mm。