无压力银烧结的组装方法技术

技术编号:17964821 阅读:55 留言:0更新日期:2018-05-16 07:41
本发明专利技术提供了一种通过无压力金属烧结将第一元件(10)与第二元件(20)组装的方法,所述方法包括以下步骤:a)准备步骤(40),期间烧结材料(51)被置于元件(10,20)的粘结界面(30,31);b)预烧结步骤(41),期间组合件(52)在高于200℃且严格低于或等于激活颗粒边界处扩散的温度的第一温度加热保持大于5分钟的第一持续时间;c)致密化步骤(42),期间组合件(52)在高于或等于激活颗粒边界处扩散温度的第二温度加热保持第二持续时间。

The assembly method of non pressure silver sintering

The present invention provides a method for assembling a first element (10) and a second element (20) through a pressure free metal sintering, including the following steps: a a) preparation step (40), during which the sintering material (51) is placed in a bonding interface (30, 31) of the element (10, 20); a b) presintering step (41), and the period assembler (52) is higher than 200 and strict. The first temperature of the first temperature of a lattice below or equal to the temperature of the diffusion at the boundary of the activated particle is maintained for a first duration of greater than 5 minutes; c) densification step (42), during which the combination (52) maintains a second duration at a temperature above or equal to or equal to the second temperature of the diffusion temperature at the activated particle boundary.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无压力银烧结的组装方法
本专利技术涉及组装部件,更具体涉及组装电子组件的领域。
技术介绍
已知通过焊接,具体是采用铅,在硅基材上组装电子组件,例如多层陶瓷。该组装技术采用的温度低于需要组装的元件的熔融温度。该温度能够降低热对需要组装的元件的影响,例如氧化或损坏它们的机械性质。这种焊接方法使得它们可以适应自动生产方法。当电子组合件经受较大幅度的温度变化时(至少150℃的变化幅度,例如-65℃/+250℃),该组合件由于采用的材料之间的热膨胀的差异而经受大的机械应力变化。当该现象循环发生时,则组合件暴露于疲劳磨损。在电子领域常用的焊料中,采用铅合金的焊料最能耐受大幅度的温度循环。然而,铅对于人类和环境而言毒性高,目前其应用被禁。作为含铅焊料的替代物,已知采用能够耐受大幅度的温度循环的采用压力烧结的金属连接件的组装组件。在该组装方法中,将金属粉末置于需要组装的元件之间,由此形成的单元置于压力下,然后加热至240℃级序的适宜温度。烧结的组合件使得组装元件之间形成粘结,该粘结的熔点比常规用于焊接的合金的熔点要高得多。通常,粘结的熔点越高,其机械性质(尤其是疲劳耐受性)越好。然而,烧结组装期间,构成烧结的金属粘结的颗粒之间可形成开放空间。这些开放空间是材料中微米级尺寸间隙。如果通过烧结制备的粘结的孔隙率(开放空间的体积除以多孔介质的总体积的比率)太高,其耐受大幅度的温度循环的能力较低,有限次循环后导致疲劳。压力烧结期间,加热粉末时施加的压力使得烧结的金属粘结致密化,即降低粘结中间隙的数量和尺寸,因而提供令人满意的疲劳耐受性。致密化通常伴随着组件尺寸的减少。然而,将组件置于压力下的需要导致压力烧结方法不能应用于精细和易碎组件,例如由脆弱金属氧化物构成的电阻器或电热调节器。此外,压力烧结难以在工业上应用,因为很难对电子回路的所有组件同时施加相同的压力,尤其是当各组件并非完全相同的高度时。逐个组件进行压力烧结又费时又成本高。预想无需采用压力的用烧结的金属进行组装,尤其是通过使用烧结糊料进行组装。然而,没有压力的情况下,用组装方法获得的粘结密度低,多孔,疲劳耐受性差–尤其是当它们经受大幅度温度循环的时候。已观察到多孔微结构促进应力集中。不幸的是,在中等至高应力下介质中的裂纹更快传播。专利技术目的本专利技术的目的是提供一种组装电子组件的方法,改善组合件耐受大幅度的温度循环的能力。
技术实现思路
为此,本专利技术提供了一种通过无压力的金属烧结将第一元件组装到第二元件的组装方法,该方法包括以下步骤:a)准备步骤,期间将包含金属颗粒的烧结材料置于第一元件和第二元件的粘结界面,所述烧结材料包含至少80%最大尺寸为0.5-50μm的金属颗粒;b)预烧结步骤,期间由第一元件、第二元件和烧结材料构成的组合件在高于200℃且严格低于激活颗粒边界处扩散的温度的第一温度下加热保持大于5分钟的第一持续时间;c)致密化步骤,期间组合件在高于或等于激活颗粒边界处扩散的温度的第二温度下加热保持第二持续时间。由此获得的组合件具有致密的粘结而不需要对部件施加力,因而能够将精细和/或易碎部件组装到一起。这种方式获得的组合件提供了令人满意的对热机械应力的耐受。与压力烧结相比,这种方法使得工业实施更加容易且更快。用于激活颗粒边界处扩散的温度可以通过膨胀测量研究进行确定,例如专利技术详述部分所述。有益地,烧结材料包含至少80%最大尺寸落在0.7-5μm范围的金属颗粒。当烧结材料包含至少80%薄片型金属颗粒时,尤其易于获得密封且耐受热机械疲劳的组合件。优选地,烧结材料包含至少80%形状因子小于0.3的金属颗粒。有益地,金属颗粒是银、铜或金的颗粒。这使得利用各种金属的特异性特征(例如腐蚀性、传导性、成本等)成为可能。在一个具体的实施方式中,所述方法在致密化步骤之后进一步包括释放步骤,期间组合件在0.3Tf至0.5Tf的温度范围内烘烤保持第三持续时间,其中Tf是烧结材料的熔融温度,单位是开尔文度(Kelvin)。该步骤能够通过降低组合件的应力集中度来缓解内部应力,从而改善疲劳强度。本专利技术的其他特征和优点通过阅读以下具体的非限制性的本专利技术实施方式将显而易见。附图的简要说明参照所附附图进行说明,其中:图1显示了烧结材料的收缩率的变化与温度的函数。图2是显示本专利技术方法第一步骤的截面图。图3是显示本专利技术方法第二步骤的与图2相同的视图。图4是显示本专利技术方法各个步骤的流程图。图5是金属颗粒的图示。具体实施方式作为下面本专利技术方法的实施方式的描述的导言,先描述对于给定的烧结材料而言如何确定激活颗粒边界处扩散温度Tt,在该实施例中,烧结材料是包含金属颗粒的烧结糊料51。干燥以确保去除包含的任何溶剂之后,将烧结材料的样品引入膨胀计,在该实施方式中,是高度2毫米、直径6毫米的粒料的形式。从环境温度开始,样品沿着温度坡度加热,在该实施例中是每分钟30℃。加热样品期间,测量高度变化,在该实施例中是收缩率。术语“收缩率”表示粉末样品在加热期间的收缩。然后将收缩率(由测量的收缩率值的时间倒数获得)对温度作图,制作曲线。激活颗粒边界处扩散的温度Tt定义为对高度为2毫米的样品观察到至少20μm/分钟的收缩率时的最低温度。致密化步骤期间超过激活颗粒边界处扩散的温度Tt能够确保激活金属颗粒边界处自金属颗粒的金属扩散。这能够改善组合件的可靠性。对于银基烧结材料而言,温度Tt在340℃到360℃的范围内。应观察到温度Tt根据金属颗粒的尺寸和形状而变化。对于基于金或铜的烧结材料而言,温度Tt显著高于340℃。参照图2,描述了一种组装方法,将第一元件(在该实施例中是多层陶瓷电容器(MLCC),总体标记为10)组装到第二元件(在该实施例中是包含银的金属镀覆层21的刚性氧化铝板状基材20)。电容器10基本上是矩形形状,包括两个外周表面1和2,各自具有银的金属镀覆层3和4。连同基材20上对应于电容器10的表面1和2的突出部的区域22和23,电容器的表面1和2限定两个粘结界面30和31,用于粘结电容器10和基材20。在第一步准备步骤40中,将烧结糊料51的模块50.1和50.2分别置于电容器10和基材20之间的粘结界面30和31处。模块50.1和50.2至少覆盖界面30,31,厚度为1μm至1mm。由此获得的组合件52由包括电容器10、烧结糊料51的模块50.1和50.2以及基材20的叠层构成。在本申请的含义中,金属烧结糊料由金属粉末以及一种或多种液体或糊料溶剂构成。当包含的颗粒的最大尺寸不超过1微米时,将金属烧结糊料称为微米级。当包含的颗粒的最大尺寸不超过1纳米时,将金属烧结糊料称为纳米级。在本实施方式中,烧结糊料51包含微米级银颗粒。在本专利技术的后续步骤中,在烧结糊料51的模块50.1,50.2上不施加高于电容器10的重量的压力。在任何事件中,本专利技术无压力烧结的组装方法预示,由除了制造的组合件的组成部件之外的元件施加到烧结材料上的任何压力(例如按压)应小于每平方毫米0.5牛顿(N)。在第二步预烧结步骤41,组合件52在200-300℃的第一温度T1(即严格低于激活颗粒边界处扩散的温度Tt的温度且高于180℃)加热保持1小时的第一持续时间D1。在预烧结步骤41期间,温度T1可变化,只要其保持低于温度Tt。该步骤期间,表面自扩散比其本文档来自技高网
...
无压力银烧结的组装方法

【技术保护点】
一种通过无压力金属烧结将第一元件(10)与第二元件(20)组装的方法,所述方法包括以下步骤:a)准备步骤(40),期间将包含金属颗粒的烧结材料(51)置于第一元件(10)和第二元件(20)的粘结界面(30,31),所述烧结材料(51)主要包含最大尺寸为0.5‑50μm的金属颗粒;b)预烧结步骤(41),期间由第一元件(10)、第二元件(20)和烧结材料(51)构成的组合件(52)在严格低于激活颗粒边界处扩散的温度(Tt)的第一温度(T1)加热保持大于5分钟的第一持续时间(D1);c)致密化步骤(42),期间组合件(52)在高于或等于激活颗粒边界处扩散的温度(Tt)的第二温度(T2)加热保持第二持续时间(D2)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.15 FR 15586251.一种通过无压力金属烧结将第一元件(10)与第二元件(20)组装的方法,所述方法包括以下步骤:a)准备步骤(40),期间将包含金属颗粒的烧结材料(51)置于第一元件(10)和第二元件(20)的粘结界面(30,31),所述烧结材料(51)主要包含最大尺寸为0.5-50μm的金属颗粒;b)预烧结步骤(41),期间由第一元件(10)、第二元件(20)和烧结材料(51)构成的组合件(52)在严格低于激活颗粒边界处扩散的温度(Tt)的第一温度(T1)加热保持大于5分钟的第一持续时间(D1);c)致密化步骤(42),期间组合件(52)在高于或等于激活颗粒边界处扩散的温度(Tt)的第二温度(T2)加热保持第二持续时间(D2)。2.如权利要求1所述的方法,其中,所述烧结材料(51)主要包含最大尺寸为0.7-5μm的金属颗粒。3.如权利要求2所述的方法,其中,所述烧结材料(51)包含至少80%最大尺寸为0.7-5μm的金属颗粒。4.如任意前述权利要求所述的方法,,其中,所述烧结材料(51)包含至少80%薄片状金属颗粒。5.如任意前述权利要求所述的方法,,其中,所述烧结材料(51)包含至少约80%形状因子(f)小于0.3的金属颗粒。6.如任意前述权利要求所述的方法,其中,所述金属颗粒是银颗粒,所述第一温度(T1)为200-300℃。7.如任意前述权利要求所述的方法,其中...

【专利技术属性】
技术研发人员:T·杰弗洛伊JC·里乌E·贝利
申请(专利权)人:赛峰电子与防务公司
类型:发明
国别省市:法国,FR

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1