【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及合金钎料，更具体地，涉及一种低熔点in-bi-sn-ag合金钎料及其制备方法、应用。
技术介绍
1、由于铅锡焊料优异的焊接性能和服役性能，因此铅锡焊料在电子工业中发挥着重要的作用并且被广泛应用于电子封装领域。然而，由于铅对人类健康和生存环境有巨大危害，所以禁用铅已经成为全人类的共识，并且国际上已经出台了相关措施以禁止铅的使用。为了替代铅锡焊料，研究者开发出了无铅焊料。随着电子产品向着高集成度、高性能、多功能化发展，在使用目前的无铅焊料进行电子产品的封装时容易出现翘曲，产生枕窝、桥连及不润湿的缺陷。研究发现，降低焊接温度能很好地解决上述问题，因此，采用低温焊料进行低温焊接成为了解决此问题的方向，因此，成功设计并研发用于柔性基板互连的低温无铅合金钎料，将具有非常广阔的应用前景。
2、目前sn-bi基合金(共晶成分sn-58bi)应用较为广泛，但sn-bi基合金的焊料熔点对于柔性基板互连来说依然过高，钎焊工艺温度高达170℃～200℃，且sn-bi基合金的脆性较大，韧性较低，不适用于目前的柔性基板互连。为解决二元合金熔点高、成本高及力学性能不足等问题，sn-bi-in三元合金成为极具竞争力的柔性基板互连钎料备选，大连理工大学m.l.huang等研究22.15sn-18.75bi-59.1inat％近三元共晶合金钎料的界面微观组织及力学性能，研究了体钎料的拉伸性能，伸长率及cu基板上润湿性能。e.e.m.noor等研究了19.6sn-31.6bi-48.8inwt％三元共晶(熔点61.33℃)的润湿性能和微观组
3、目前，对于sn-bi-in-x的专利，主要有：专利cn113084391a公开的一种低熔点绿色柔性3d合金，采用合金化的方式制备了一种sn-in-zn-bi四元合金钎料，其成分为88sn-(10-x)in-2zn-xbi，其中1≤x≤5，但其熔点在162.5℃～179℃之间，对于现有柔性基板互联及梯度焊接来说，温度过高；专利cn103231180a公开的铝合金低温钎焊钎料的制备方法，其成分质量百分比为：锡25％-29％、镓12％-17％、铟22％-26％、余量为铋，合金体系中存在低熔点的液态金属镓，不能够满足商业化环境测试要求；专利cn108941968a公开的焊料合金和焊料，该焊料合金中各成分质量百分比为：铟18％～28％、铋44.5％～54.5％、锆0.01％～1.45％、余量为锡，焊点中生成的大量imc相及连续富bi相，塑性不足以满足柔性基板互联需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种具有低熔点、cu和ni基板润湿性良好、焊接强度高、成本适中、无铅更加环保等优点的低熔点in-bi-sn-ag合金钎料及其制备方法、应用。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、一种低熔点in-bi-sn-ag合金钎料，所述in-bi-sn-ag合金钎料包括以下质量百分比的组分：15％～25％的sn、10％～30％的in、1％～12％的ag和40％～60％的bi；所述in和所述ag的原子百分比之和与所述bi和所述sn的原子百分比为35.7：39.3：25。
4、本专利技术还公开了一种如上述的低熔点in-bi-sn-ag合金钎料的制备方法，包括以下步骤：
5、将sn、in、bi和ag装入石英管进行真空封管；
6、封管完毕后将所述石英管装入电阻炉中进行熔炼；
7、待所述sn、所述in、所述bi和所述ag原料完全熔化后进行保温，取出所述石英管冷却至室温，得到所述in-bi-sn-ag合金钎料。
8、本专利技术还公开了一种如上述的低熔点in-bi-sn-ag合金钎料或上述的制备方法制备得到的低熔点in-bi-sn-ag合金钎料在电子封装领域中的应用。
9、实施本专利技术实施例，将具有如下有益效果：
10、本专利技术实施例针对sn-bi合金钎料的特点，基于“(团簇)连接原子”理论模型，并结合相图、混合焓及强交互作用原则，在sn-bi基础钎料基础上联合ag元素和in元素的复合添加，并严格控制各合金元素成分配比，其中，本专利技术实施例控制所添加的in元素与sn-bi基础钎料在特定配比范围内，in元素的添加使共晶合金在回流后生成cu6(sn,in)5金属间化合物相，提高合金润湿性能和界面结合力，且可以降低合金钎料的熔点并有效控制焊料的成本；ag元素的添加，可进一步优化in-bi-sn基钎料成分，in、bi混合焓(-1kj/mol)高于in、ag混合焓(-2kj/mol)，在凝固过程中，倾向于生成混合焓更低的相，通过降低低熔点相inbi的含量，提高γ-sn相、bi-rich相的占比，减少了回流后低温相inbi的产生，同时引入在钎焊形成的焊点中生成熔点较高、且力学性能较好的ag2in，其强度为91.2mpa，能够实现在不影响熔程的前提下，提高合金强度，抑制界面imc的生长，提高钎焊接头可靠性，同时提高服役温度范围，保证润湿能力，同时起到细化晶粒的作用，起到抑制晶粒长大的作用，使各相分布更加均匀。
11、综上，本专利技术实施例的in-bi-sn-ag合金钎料在sn-bi系钎料基础上进行成分调整，添加ag元素和in元素进行复配，且降低in元素的添加量，给ag元素的添加带来空间，通过in元素、bi元素、sn元素、ag元素的协同作用使合金的综合性能尤其是可靠性得到显著提升，液相线温度控制在80℃～105℃之间，可以采用110℃～130℃的低温钎焊工艺温度进行钎焊，这规避了传统回流工艺中由于高温导致的翘曲问题，具有低熔点、cu和ni基板润湿性良好、焊接强度高、成本适中、无铅更加环保等优点，尤其适用于柔性基板互连，也可应用于3d ic多层封装。
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1.一种低熔点In-Bi-Sn-Ag合金钎料，其特征在于，所述In-Bi-Sn-Ag合金钎料包括以下质量百分比的组分：
2.根据权利要求1所述的低熔点In-Bi-Sn-Ag合金钎料，其特征在于，所述Ag的质量百分比为1％～11％。
3.根据权利要求1所述的低熔点In-Bi-Sn-Ag合金钎料，其特征在于，所述In-Bi-Sn-Ag合金钎料的液相线温度在80℃～105℃；
4.根据权利要求1所述的低熔点In-Bi-Sn-Ag合金钎料，其特征在于，所述Bi的原料形态为纯度99.99％的Bi块；
5.一种如权利要求1-4中任意一项所述的低熔点In-Bi-Sn-Ag合金钎料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的低熔点In-Bi-Sn-Ag合金钎料的制备方法，其特征在于，所述熔炼的温度为700℃～1000℃；
7.根据权利要求6所述的低熔点In-Bi-Sn-Ag合金钎料的制备方法，其特征在于，所述保温的温度为700℃～1000℃；
8.根据权利要求7所述的低熔点In-Bi-Sn-A
9.根据权利要求5所述的低熔点In-Bi-Sn-Ag合金钎料的制备方法，其特征在于，所述Sn、所述In、所述Bi和所述Ag的纯度均为99.99％。
10.一种如权利要求1-4中任意一项所述的低熔点In-Bi-Sn-Ag合金钎料或如权利要求5-9中任意一项所述的制备方法制备得到的低熔点In-Bi-Sn-Ag合金钎料在电子封装领域中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种低熔点in-bi-sn-ag合金钎料，其特征在于，所述in-bi-sn-ag合金钎料包括以下质量百分比的组分：
2.根据权利要求1所述的低熔点in-bi-sn-ag合金钎料，其特征在于，所述ag的质量百分比为1％～11％。
3.根据权利要求1所述的低熔点in-bi-sn-ag合金钎料，其特征在于，所述in-bi-sn-ag合金钎料的液相线温度在80℃～105℃；
4.根据权利要求1所述的低熔点in-bi-sn-ag合金钎料，其特征在于，所述bi的原料形态为纯度99.99％的bi块；
5.一种如权利要求1-4中任意一项所述的低熔点in-bi-sn-ag合金钎料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的低熔点in-bi-sn-ag...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄明亮，任婧，黄斐斐，顾怡冰，兰佳霓，杨皓淇，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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