[发明专利]Au-Ga钎料

说明书

一种Au‑Ga钎料，其化学成分按质量百分数是：29％～31％Ga，0.001％～0.05％的Ni，0.001％～0.05％的Al，余量为Au。使用市售的金锭、金属镓、镍板、铝板，按设计成分配比，将金与镓置于石墨坩埚中，在中频炉中进行熔炼，加热至约1200℃，待金与镓完全熔化成均匀液体后，用纯金箔包覆粉末状镍粉、铝粉加入，并搅拌均匀。冶炼时加入经优化筛选确定的覆盖剂。经过浇铸、轧制、裁剪，即得到需要尺寸的焊片。本发明产品可用于大功率、高集成度的电子器件封装，尤其是芯片的连接与封装。

技术领域

本发明涉及电子封装行业的贵金属钎料领域，具体涉及一种Au-Ga钎料。

背景技术

目前，在大功率、高集成度的电子器件封装，尤其是芯片的连接与封装行业，大量采用贵金属钎料。近几年，在IGBT产品的制造需求带动下，贵金属钎料的应用越来越广泛。目前，用于电子封装领域的贵金属钎料主要有Au-Sn、Au-Si、Au-Ge等，其具有良好的润湿性和流动性、良好的导热导电性以及耐热耐蚀性，高的稳定性，低的蒸汽压，容易与半导体Si或GaAs芯片形成共晶键合，但是，其熔点均低于365℃，无法满足大功率、高集成度的电子器件封装的需要。US201414460904公开了一种Au-Ga-In 钎焊材料，其固相线温度最高只有390℃，仍然偏低。因此，急需开发出固相线温度在450℃以上的金基钎料，以满足高铁用IGBT器件制造的需要，本项发明“Au-Ga钎料”，即是在这种技术背景下完成的。

发明内容

本项发明的目的是提供一种具有优良的润湿铺展性能、优良的导电性和导热性，可用于大功率、高集成度的电子器件封装（如IGBT器件），尤其是芯片的连接与封装的固相线温度在450℃以上的金基钎料。为此，本项发明的一种Au-Ga钎料，其化学成分按质量百分数是：29％～31％的Ga，0.001％～0.05％的Ni，0.001％～0.05％的Al，余量为Au，其固相线温度为454℃，液相线温度为461℃，满足了上述要求。

使用市售的金锭、金属镓、镍板、铝板，按设计成分配比，将金与镓置于石墨坩埚中，在中频炉中进行熔炼，加热至约1200℃，待金与镓完全熔化成均匀液体后，用纯金箔包覆粉末状镍粉、铝粉加入，并搅拌均匀。冶炼时加入经优化筛选确定的覆盖剂。经过浇铸、轧制、裁剪，即得到需要尺寸的焊片。本发明产品可用于大功率、高集成度的电子器件封装，尤其是芯片的连接与封装。

本发明的Au-Ga钎料，在冶炼时，由于纯镓的熔点为29.8℃，液态镓不易准确称量。因此，必须先将金属Ga放入冰箱冷藏保存，然后，在“固态”下准确称量Ga的配比，保证Au-Ga钎料的成分范围准确。

为保证发明的Au-Ga钎料具有优良的润湿和铺展性能，同时其固相线温度能够达到454℃，经过反复试验发现，添加0.001％～0.05％的Ni，0.001％～0.05％的Al，能够提高Au-Ga钎料的熔化温度范围，但是，Ni、Al的添加量不宜大于0.05%。通过对钎料成分优化，在优化后的成分范围，新发明的Au-Ga钎料各项性能指标均达到要求。

具体实施方案

本项发明主要解决的关键性问题以及创造性在于：

1）通过添加微量Al，解决了Au-Ga钎料冶炼与钎焊时的“脱氧”问题，大大降低了Au-Ga钎料自身以及钎焊焊点中的氧含量，使得钎料中的Au、Ga元素不被氧化在钎焊时具有优良的润湿铺展性能，从而提高了钎焊焊点质量。需要特别指出的是，由于Au、Ga元素自身不易氧化，但是在应用于“高端”电子器件的制造时，即使极微量的氧含量（如氧含量≥30ppm）也会影响钎焊焊点质量。所以，必须通过添加微量的Al,以保证Au-Ga钎料及其焊点中的氧含量降低至20ppm以下。但是，Al元素的添加量不能太多，高于0.05％后，会影响Au-Ga钎料的润湿铺展性能，使得钎焊接头抗剪强度反而下降。但是如果Al的加入量小于0.001％，“脱氧”效果达不到预期，使得钎焊接头抗剪强度也会降低。