Au-Ga钎料制造技术

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。本发明专利技术产品可用于大功率、高集成度的电子器件封装，尤其是芯片的连接与封装。

Au-Ga solder

The chemical composition of an Au Ga solder is 29%-31% Ga, 0.001%-0.05% Ni, 0.001%-0.05% Al, and the remainder is Au. Gold and gallium are melted in a graphite crucible in a medium frequency furnace using commercially available ingots, gallium metal, nickel plate and aluminium plate according to the proportion of the designed ingredients. After the gold and gallium are fully melted into a homogeneous liquid, the powdered nickel powder and aluminium powder are coated with pure gold foil and stirred evenly. The covering agent determined by optimization screening is added to the smelting process. After casting, rolling and cutting, the required size of the weld is obtained. The product of the invention can be used for the packaging of high power and high integration electronic devices, especially for the connection and packaging of chips.

【技术实现步骤摘要】
Au-Ga钎料
本专利技术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。
技术介绍
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，本项专利技术“Au-Ga钎料”，即是在这种技术背景下完成的。
技术实现思路
本项专利技术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，本项专利技术的一种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。本专利技术产品可用于大功率、高集成度的电子器件封装，尤其是芯片的连接与封装。本专利技术的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。为保证专利技术的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，新专利技术的Au-Ga钎料各项性能指标均达到要求。具体实施方案本项专利技术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。经理论计算和试验验证，Al的添加量（质量百分数）控制在0.001％～0.05％以内最佳。2)经过12组60个合金配方试验研究发现，在Au-Ga钎料中添加微量的高熔点元素，可以提高Au-Ga钎料的固相线、液相线温度，从而满足大功率、高集成度的电子器件封装用钎料的需要。经过成分优化和钎焊试验发现，能够在Au元素中“无限固溶”的Ni元素，可以显著提高Au-Ga钎料的固相线、液相线温度。试验发现，添加0.001％～0.05％的Ni元素，可以将其固相线温度从449℃提高至454℃，液相线温度从456℃提高至461℃。但是，Ni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Ni的加入量小于0.001％，对Au-Ga钎料的固、液相线温度的提高不显著。3）从对比例3和对比例4还可以看出，Ni与Al元素还具有“协同效应”。单独添加其中一种元素，Au-Ga钎料的固、液相线温度与钎焊接头抗剪强度均低于同时添加Ni与Al元素的实施例1至实施例5。根据本专利技术的“Au-Ga钎料”的质量配方比，叙述本专利技术的具体实施方式。实施例一一种Au-Ga钎料，其化学成分按质量百分数是：29％的Ga，0.05％的Ni，0.001％的Al，余量为Au。其固相线温度为454℃，液相线温度为461℃。在490℃至510℃范围，钎焊纯镍与无氧铜板（厚度均为2mm），钎焊接头抗剪强度为60MPa±2MPa。实施例二一种Au-Ga钎料，其化学成分按质量百分数是：31％的Ga，0.001％的Ni，0.05％的Al，余量为Au。其固相线温度为454℃，液相线温度为461℃。在490℃至510℃范围，钎焊纯镍与无氧铜板（厚度均为2mm），钎焊接头抗剪强度为60MPa±2MPa。实施例三一种Au-Ga钎料，其化学成分按质量百分数是：30％的Ga，0.01％的Ni，0.01％的Al，余量为Au。其固相线温度为454℃，液相线温度为461℃。在490℃至510℃范围，钎焊纯镍与无氧铜板（厚度均为2mm），钎焊接头抗剪强度为60MPa±2MPa。实施例四一种Au-Ga钎料，其化学成分按质量百分数是：29.5％的Ga，0.001％的Ni，0.01％的Al，余量为Au。其固相线温度为454℃，液相线温度为461℃。在490℃至510℃范围，钎焊纯镍与无氧铜板（厚度均为2mm），钎焊接头抗剪强度为60MPa±2MPa。实施例五一种Au-Ga钎料，其化学成分按质量百分数是：30.5％的Ga，0.01％的Ni，0.001％的Al，余量为Au。其固相线温度为454℃，液相线温度为461℃。在490℃至510℃范围，钎焊纯镍与无氧铜板（厚度均为2mm），钎焊接头抗剪强度为60MPa±2MPa。对比例1一种Au-Ga钎料，其化学成分按质量百分数是：30.5％的Ga，0.001％的Al，0.06％的Ni，余量为Au。其固相线温度为454℃，液相线温度为461℃。在490℃至510℃范围，钎焊纯镍与无氧铜板（厚度均为2mm），钎焊接头抗剪强度为48MPa±3MPa。对比例2一种Au-Ga钎料，其化学成分按质量百分数是：30％的Ga，0.001％的Al，0.0009％的Ni，余量为Au。其固相线温度为449℃，液相线温度为455℃。在490℃至510℃范围，钎焊纯镍与无氧铜板（厚度均为2mm），钎焊接头抗剪强度为52MPa±2MPa。对比例3一种Au-Ga钎料，其化学成分按质量百分数是：29.5％的Ga，0.01％的Al，余量为Au。其固相线温度为449℃，液相线温度为454℃。在490℃至510℃范围，钎焊纯镍与无氧铜板（厚度均为2mm），钎焊接头抗剪强度为47MPa±3MPa。对比例4一种Au-Ga钎料，其化学成分按质量百分数是：29.5％的Ga，0.01％的Ni，余本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种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。

【技术特征摘要】
1.一种Au-Ga钎料，其化学成分按质量百分数是：29％～31％的Ga，0...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晗，王刘珏，林尧伟，
申请(专利权)人：汕尾市索思电子封装材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44