[发明专利]一种金基软焊料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊料技术领域，特别涉及一种金基软焊料及其制备方法。

背景技术

在电真空行业，广泛采用的焊料有铜基焊料和银基焊料。金基焊料由于其价格较高，使用成本昂贵，应用受到了很大的限制。但在实际工作中，有时金基焊料仍是一种必要的选择。真空电子器件要求焊料中不能含有蒸气压高的元素。如果焊料的蒸气压过高，则在器件的制造和使用过程中，会由于温度升高而蒸发。蒸发物沉积到陶瓷上，使陶瓷的绝缘性变差，沉积到阴极上，会使阴极重毒，在一些特殊的部位，如电子枪、钛泵及能量输出窗，可用金基焊料替代银基焊料。如果单纯考虑焊料成本的因素，撇弃金基焊料，采用焊料成本相对较低的银基焊料，常常会因为焊料蒸散，造成部件的绝缘性变差，乃至失效，从而返修。

金基焊料主要用于半导体器件的组装，已有悠久的使用历史，如绝缘基片与硅芯片、硅芯片与引线的钎焊及外壳封装等。为了提高焊点的机械和电连接的可靠性，硅片表面通常镀金或渗金，而使用金基软焊料可以大大减少镀金层向焊料中的溶解。金基焊料的优点是蒸汽压低，耐腐蚀性好，流动性和润湿性优异。

向金基焊料加入Sn元素，可显著降低焊料的熔点，提高润湿性、力学性能和化学稳定性。加入少量Si和Ge等元素，可提高金基焊料的导电性。但Si和Ge元素易氧化，含有这两种元素的焊料通常需要在氮气等惰性气体保护条件下进行钎焊。由于金基焊料硬而脆，通常仅用于小尺寸芯片的钎焊。

因此，由于目前的金基软焊料存在焊时易于氧化，锡渣产量较高的不足。改善合金的显微组织，提高焊料的焊接性能，增强抗氧化性，减少焊接生产的锡渣产率，对提高电子产品可靠性与安全性，降低生产成本，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明提供一种金基软焊料，解决现有的金基软焊料存在焊时易于氧化，锡渣产量较高的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种金基软焊料，按质量百分比计由以下原料制成：Au8～12％、Si 1～3％、Ge 10～15％、Ni 0.1～0.8％、Sb：0.3～0.8％、P0.001～0.003％、S0.001～0.003％、Fe 0.01～0.05％、Al 0.01～0.05％、余量为Sn和不可避免的杂质。

其中，优选地，一种金基软焊料，按重量百分比计由以下原料制成：Au9～11％、Si 1～3％、Ge 12～14％、Ni 0.3～0.6％、Sb：0.4～0.6％、P0.002％、S 0.002％、Fe 0.02～0.04％、Al 0.02～0.04％、余量为Sn和不可避免的杂质。

本发明并提供了一种金基软焊料的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取P和一半质量的Sn置于真空熔炼炉中，盖好炉盖，启动真空泵使炉腔内形成负压，真空度为-0.2MPa再接通加热电源，给炉内物料加热，到500-580℃，保持3小时后停止加热，待炉内物料降温到400℃-450℃时，打开炉盖，对物料进行搅拌，搅拌速度60转/分钟，搅拌0.5小时，待温度降到380-400℃时，浇铸成条状的Sn-P中间合金；

(2)按重量比例称取S和一半质量的Sn，然后将两者放入石墨坩埚，在其上覆盖保护熔盐，将坩埚置于熔炼炉中，在500-800℃的温度下保温30-90分钟，搅拌均匀后浇铸，得Sn-S中间合金；

(3)将已制备的Sn-P中间合金、Sn-S中间合金、Au、Si、Ge、Ni、Sb、和S石墨坩埚中，在其上覆盖保护熔盐，将坩埚置于熔炼炉中，在450-500℃温度下保温30-60分钟，搅拌均匀后浇铸成锭，即得所需的金基软焊料。

其中，优选地，所述的保护熔盐取KCl与LiCl的混合物。

其中，优选地，所述KCl与所述LiCl的质量比为(2.0-2.5)：1。

本发明的有益效果：

(1)本发明金基软焊料制备方法中有关SnP中间合金的制取采用真空熔炼的方法，能保证中间合金含磷的重量百分比准确，为后续最终无铅焊料的制备提供方便快捷准确的计量操作。

(2)本发明向金基焊料加入Sn元素，可显著降低焊料的熔点，提高润湿性、力学性能和化学稳定性。加入少量Si和Ge等元素，可提高金基焊料的导电性。