一种Sn-Zn-Al-Pt-Cu系无铅钎料及其制备方法技术

一种Sn

【技术实现步骤摘要】
一种Sn
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Zn
‑
Al
‑
Pt
‑
Cu系无铅钎料及其制备方法


[0001]本专利技术属于电子封装软钎焊
，涉及一种Sn
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Zn
‑
Al
‑
Pt
‑
Cu系无铅钎料及其制备方法。

技术介绍

[0002]传统Sn
‑
Pb钎料由于其成本低廉、熔点较低、润湿性较好等优点被广泛应用于电子封装软钎焊领域。然而随着人们环保意识的增强以及对Pb元素认识的不断深化，世界各国及相关组织纷纷立法限制铅及其合金在电子封装中的应用。在“无铅化”已经成为电子产品发展的必然趋势下，国内外学者致力于新型无铅封装钎料的研究，相继开发出多种Sn基无铅钎料，其中，Sn
‑
Zn钎料由于其力学性能较为优越、与Sn
‑
Pb钎料相近的熔点和更高的焊点可靠性一度被认为最有可能代替传统的Sn
‑
Pb焊料。但是由于Zn元素在钎焊过程中极易氧化，形成的氧化膜阻碍了钎料的润湿铺展，限制了Sn
‑
Zn钎料的广泛应用。
[0003]为此，相关研究人员向Sn
‑
Zn钎料中加入Al元素，形成Sn
‑
Zn
‑
Al系钎料以改善其抗氧化性能，这是由于Al的化学活性高于Zn元素，在钎焊过程中会优先在钎料表面富集并与氧气发生反应形成致密的Al2O3氧化膜，阻止钎料的进一步氧化。但由于Al2O3氧化膜为山脊状，添加Al元素的含量较小时会使得山脊间的空洞面积较大，氧气通过空洞会使钎料内部的元素发生氧化。而过量的添加Al元素又会使得氧化膜增厚，阻碍钎料的铺展，恶化钎料的润湿性。因此，Sn
‑
Zn
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Al系钎料的抗氧化性与润湿性之间存在矛盾的关系，限制了其进一步发展。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种Sn
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Zn
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Al
‑
Pt
‑
Cu系无铅钎料，实现Sn
‑
Zn
‑
Al系无铅钎料的抗氧化性和润湿性共同提高，并抑制钎焊接头界面化合物在时效阶段的过度生长。
[0005]本专利技术的另一个目的是提供一种Sn
‑
Zn
‑
Al
‑
Pt
‑
Cu系无铅钎料的制备方法。
[0006]本专利技术所采用的第一个技术方案是，一种Sn
‑
Zn
‑
Al
‑
Pt
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Cu系无铅钎料，其中Zn的质量百分比为9％，Al的质量百分比为0.4％～0.5％，Cu的质量百分比为0.1％，Pt的质量百分比为0.5％～0.8％，其余为Sn，以上组元质量百分比和为100％。
[0007]本专利技术所采用的第二个技术方案是，上述Sn
‑
Zn
‑
Al
‑
Pt
‑
Cu系无铅钎料的制备方法，具体包括以下步骤：
[0008]步骤1，对各组分进行清洗和烘干。
[0009]步骤2，按照重量比4:1称量原料Sn和Zn置于真空感应熔炼炉中熔炼，得到Sn
‑
Zn中间合金。
[0010]步骤3，按照重量比1:1称量原料Sn和Cu置于真空感应熔炼炉中熔炼，得到Sn
‑
Cu中间合金。
[0011]步骤4，按照重量比9:1称量原料Sn和Al置于真空感应熔炼炉中熔炼，得到Sn
‑
Al中间合金。
[0012]步骤5，将上述步骤中制备的Sn
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Zn中间合金、Sn
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Cu中间合金、Sn
‑
Al中间合金和Pt、Sn按照Zn的质量百分比为9％，Al的质量百分比为0.4％～0.5％，Cu的质量百分比为0.1％，Pt的质量百分比为0.5％～0.8％，其余为Sn混合，置于真空感应熔炼炉中熔炼，得到Sn
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Zn
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Al
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Pt
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Cu系无铅钎料。
[0013]本专利技术第二个技术方案的特征还在于：
[0014]其中步骤1所述的各组分分别为纯Sn、纯Zn、纯Cu、纯Al、纯Pt。
[0015]其中步骤1所述的清洗和烘干为：放入酒精中超声波清洗15～20min后，放入40～50℃的恒温箱中干燥20～30min。
[0016]其中步骤2中的熔炼过程为：将真空感应熔炼炉抽真空后通入氩气并使气压保持在10
‑4Pa，熔炼温度为450℃～500℃，熔炼时间为30min～40min，合金反复熔炼3次，最后一次重熔后浇注进金属型模具中，在氩气气氛中冷却凝固。
[0017]其中步骤3中的熔炼过程为：将真空感应熔炼炉抽真空后通入氩气并使气压保持在10
‑4Pa，熔炼温度为1100℃～1150℃，熔炼时间为30min～40min，合金反复熔炼3次，最后一次重熔后浇注进金属型模具中，在氩气气氛中冷却凝固。
[0018]其中步骤4中的熔炼过程为：将真空感应熔炼炉抽真空后通入氩气并使气压保持在10
‑4Pa，熔炼温度为700℃～750℃，熔炼时间为30min～40min，合金反复熔炼3次，最后一次重熔后浇注进金属型模具中，在氩气气氛中冷却凝固。
[0019]其中步骤5中的熔炼过程为：将真空感应熔炼炉抽真空后通入氩气并使气压保持在10
‑4Pa，熔炼温度为500℃～550℃，熔炼时间为30min～40min，合金反复熔炼3次，最后一次重熔后浇注进金属型模具中，在氩气气氛中冷却凝固。
[0020]本专利技术具有的优点是：
[0021]本专利技术在Sn
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Zn
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Al系钎料中加入了0.5％～0.8％Pt。Pt元素可以与Al元素发生相互作用，促进Al元素的上坡扩散，使之更快地在熔融钎料的表面富集形成氧化膜，从而有效阻止钎料的氧化，使得钎料的抗氧化性进一步提高。尤其是Pt元素可以使Al2O3氧化膜更为致密，使Al2O3山脊间的空洞面积减小。与此同时，氧化膜的厚度得到了减小，降低了氧化膜对钎料铺展的阻碍作用，从而钎料的润湿性有所改善，因此Sn
‑
Zn
‑
Al钎料的抗氧化性和润湿性同时得到了增强。Pt元素在钎焊阶段还会形成界面金属间化合物(Cu,Pt)5Zn8，减缓Cu原子在界面金属间化合物层中的扩散速率，从而抑制了界面金属间化合物的过度生长。
[0022]本专利技术在Sn
‑
Zn
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Al系钎料中加入了0.1％Cu。由于Pt元素不能与Sn、Zn、Al形成化合物，单独地将Pt加入钎料形成第二相无法与Al元素相互作用。因此本专利技术将加入适量的Cu，Cu元素与Sn、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Sn
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Zn
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Al
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Pt
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Cu系无铅钎料，其特征在于，所述无铅钎料中Zn的质量百分比为9％，Al的质量百分比为0.4％～0.5％，Cu的质量百分比为0.1％，Pt的质量百分比为0.5％～0.8％，其余为Sn，以上组元质量百分比和为100％。2.权利要求1所述的Sn
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Zn
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Al
‑
Pt
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Cu系无铅钎料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，对各组分进行清洗和烘干；步骤2，按照重量比4:1称量原料Sn和Zn置于真空感应熔炼炉中熔炼，得到Sn
‑
Zn中间合金；步骤3，按照重量比1:1称量原料Sn和Cu置于真空感应熔炼炉中熔炼，得到Sn
‑
Cu中间合金；步骤4，按照重量比9:1称量原料Sn和Al置于真空感应熔炼炉中熔炼，得到Sn
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Al中间合金；步骤5，将上述步骤中制备的Sn
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Zn中间合金、Sn
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Cu中间合金、Sn
‑
Al中间合金和Pt、Sn按照Zn的质量百分比为9％，Al的质量百分比为0.4％～0.5％，Cu的质量百分比为0.1％，Pt的质量百分比为0.5％～0.8％，其余为Sn混合，置于真空感应熔炼炉中熔炼，得到Sn
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Zn
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Al
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Pt
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Cu系无铅钎料。3.根据权利要求2所述的Sn
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Zn
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Al
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Pt
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Cu系无铅钎料的制备方法，其特征在于，步骤1所述的各组分分别为纯Sn、纯Zn、纯Cu、纯Al、纯Pt。4.根据权利要求2所述的Sn
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Zn
‑
Al
‑
Pt
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Cu系...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨健，张知航，张子傲，黄继华，陈树海，叶政，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：