[发明专利]一种适用于高硅铝合金钎焊连接的复合钎料及其应用

说明书

本发明公开了一种适用于高硅铝合金钎焊连接的复合钎料及其应用，用于钎焊连接高硅铝合金，所述复合钎料包括金属相与增强相，金属相和增强相的体积比为3‑19：1；所述金属相按重量份数计包括Sn 73‑84份、Ag 10‑17份和Cu 6‑11份；本发明解决了高硅铝合金之间钎焊连接时金属钎料与Si润湿性较差，以及钎料和高硅铝合金热膨胀系数不匹配引起的热应力疲劳问题，从而提高钎焊接头质量。

技术领域

本发明属于电子封装材料加工工程技术领域，具体涉及一种适用于高硅铝合金钎焊连接的复合钎料及其应用。

背景技术

高硅铝合金具有密度低、膨胀系数低、热导率高、比强度和刚度较高，与金、银、铜、镍的镀覆性能好，与基材可焊等优点，在航空航天飞行器电子系统、卫星基站、移动通讯系统和交通运输等领域也愈来愈多使用高硅铝合金结构件作为封装壳体。因此，随之而来的高硅铝合金连接技术便成为非常重要的问题。

钎焊作为高硅铝合金连接技术中效果较好的一种重要连接方式，是采用比母材熔化温度低的钎料，焊接温度介于母材固相线和钎料液相线之间的一种焊接技术。由于高硅铝合金中含有硬质硅相，用普通的软钎焊难以实现较好的连接，金属钎料与Si颗粒的润湿性较差，这使得焊接接头的连续性较差、气密性较低、强度较低，从而限制了高硅铝合金在电子封装领域的应用。而且硬质硅相的热膨胀系数较低，金属钎料热膨胀系数较高，金属钎料和高硅铝合金材料之间热膨胀系数差异较大，连接后的接头会存在较高的残余应力，降低接头强度；在封装外壳服役期间，多次的升温降温循环，还会引起热应力疲劳从而导致接头的失效。

现有解决处理热膨胀系数不匹配问题的方法，多为在原有钎料基础上，向焊缝中引入低线膨胀系数的颗粒、如Si、SiC颗粒，等从而减小焊缝与母材的线膨胀系数差值，缓解残余应力。但引入颗粒过多，必然使得钎料难以润湿母材。Ni基、Co基钎料对硅的润湿性好，但在焊缝与母材的界面反应太强烈，产生复杂的化合物层，降低接头强度。

因此，如何设计钎料成分使得钎料和高硅铝合金材料之间热膨胀系数的匹配，以及改善钎料与Si颗粒的润湿性能，从而提高钎焊接头质量，是目前该领域的研究目标之一。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种适用于高硅铝合金钎焊连接的复合钎料及其应用，解决了高硅铝合金之间钎焊连接时金属钎料与Si润湿性较差，以及钎料和高硅铝合金热膨胀系数不匹配引起的热应力疲劳问题。

为了达到上述的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种适用于高硅铝合金钎焊连接的复合钎料，用于钎焊连接高硅铝合金，所述复合钎料包括金属相与增强相，金属相和增强相的体积比为3-19：1；所述金属相按重量份数计包括Sn 73-84份、Ag 10-17份和Cu 6-11份。

本发明按复合钎料与粘结剂的体积比为1:1～1:2称取粘结剂，并将复合钎料与粘结剂混合均匀。所述粘接剂可以依据现有技术做适应性调整和选择。涂敷在电镀Ni及Cu层后的高硅铝合金表面进行钎焊。该钎料的成分百分比数值由线膨胀系数的Turner计算模型得到，该模型与实际线膨胀系数曲线拟合较好。

进一步的，所述增强相为SiC颗粒。

进一步的，当高硅铝合金中硅的体积分数占65％-75％时，所述复合钎料中金属相和增强相的体积比为2.7-3.2：1，所述金属相按重量份数计包括Sn 73-77份、Ag 15-17份和Cu 10-11份。

进一步的，当高硅铝合金中硅的体积分数占55％-65％时，所述复合钎料中金属相和增强相的体积比为3.5-4.5：1，所述金属相按重量份数计包括Sn 71-75份、Ag 14-16份和Cu 9-10份。

进一步的，当高硅铝合金中硅的体积分数占45％-55％时，所述复合钎料中金属相和增强相的体积比为5-7：1，所述金属相按重量份数计包括Sn 75-79份、Ag 13-15份和Cu8-9份。