[发明专利]一种Al-Cu-Si-Bi-La箔状钎料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Al-Cu-Si-Bi-La箔状钎料及其制备方法，属新材料技术领域。

背景技术

高体积分数（55%~75%）SiC颗粒增强铝基复合材料（SiCp/Al MMCs）具有高比强度、高比模量、高比刚度、高导热和低密度的优点，而且可通过调节SiC体积分数和粘结剂添加量等来调整热膨胀系数，用于电子封装构件可以实现与GaAs芯片和氧化铝基板的热匹配，因而在微波集成电路、功率模块和微处理器盖板和散热板等领域得到广泛应用。目前，部分电子封装配件仍使用Kovar合金作为载体，因而必须解决SiCp/Al复合材料和Kovar合金间可靠连接的难题。由于复合材料中SiC陶瓷相与基体金属间物化性能差异较大，导致其焊接性较差，并且与Kovar合金焊接（异种材料焊接），则进一步增加了焊接方法和填充材料选择的难度。大量研究表明通过填加中间层辅助真空硬钎焊的方法可实现SiCp/Al复合材料的有效连接，其连接界面中铝合金/金属钎料为强连接界面，可保证接头的高强度结合。Al-Cu-Si系钎料具有熔点低、流动性好等优点而广泛作为中间层用于钎焊铝合金，若中间层中加入稀土La，则可细化初晶Si相，其变质作用可提高液态钎料的润湿性和铺展性；Bi活性元素可活化SiC颗粒表面，从而降低表面能；液态钎料中元素Al和Cu通过扩散途径可与Kovar合金中Ni元素发生化学反应，实现冶金结合，因而Al-Si-Cu系钎料也适用于连接Kovar合金。此外，急冷甩带法制备的箔状钎料，其组织细小、均匀，能够提高钎料的润湿性，促进钎焊接头实现高质量连接。所以本发明旨在研发一种用于Kovar合金与SiCp/Al复合材料真空钎焊的Al-Cu-Si-Bi-La箔状钎料及其制备方法，从而有效解决SiCp/Al复合材料润湿性差以及与Kovar合金连接难的问题，以期望焊接构件的接头综合性能达到电子封装产品的使用要求。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种Al-Cu-Si-Bi-La箔状钎料，由以下原料构成，其中Cu：18.0%~22.0%，Si：4.5%~5.5%，Bi：0.5%~1.5%，La：0.01%~0.5%，余量为Al。

进一步的，所述的Si元素为Al-Si合金，所述的La 元素为Al-La合金形式。

一种Al-Cu-Si-Bi-La箔状钎料制备方法，包括如下步骤：

第一步，原料装填，将配比好的纯Al、Cu和Al-Si合金置于高真空感应熔炼炉的石墨坩埚中，并把单质Bi置于圆柱形不锈钢模具槽中，把Al-La合金放入石墨坩埚上方特有的二次加料装置中；然后将抽石墨坩埚高真空至1×10^-3Pa~3×10^-3Pa，并关闭扩散泵高阀后充入纯度≥99.999%的氩气至石墨坩埚内气压为0MPa即可；

第二步，加热熔炼，打开感应加热电源，预热石墨坩埚，并至石墨坩埚温度为550~600℃，保温2~3min然后快速加热至1100~1200℃，令坩埚内的金属原料熔化完全，并保温5~6min，随之调节感应电流至150~160A，保温1~2min后打开二次加料装置中的加料阀，使Al-La合金自然落入金属液中，待Al-La合金熔化并保温10~15min，然后把合金溶液迅速倒入Φ10—Φ40mm的不锈钢模具中，从而冲熔低熔点的单质Bi，待合金液凝固后随炉冷却制备合金毛坯；

第三步，调制毛坯，将第二步制备的合金毛坯标层的氧化层清理掉，然后将合金毛坯添加到高真空感应熔炼炉的石墨坩埚中，然后将抽石墨坩埚高真空至1×10^-3Pa~3×10^-3Pa，并关闭扩散泵高阀后充入纯度≥99.999%的氩气至石墨坩埚内气压为0MPa，然后对石墨坩埚预热，并至石墨坩埚温度为550~600℃，保温2~3min然后快速加热至700℃~850℃，令坩埚内的金属原料熔化完全，并保温18~22min，使Al-Cu-Si-Bi-La合金熔液在电磁搅拌作用下混合均匀，然后停止加热，待合金液呈现暗红色时，摇动石墨坩埚使合金液冲破表面氧化膜外壳而顺利倒入Φ10—Φ40mm的不锈钢模具中，并随炉冷却制备得到调制毛坯；

第四步，精炼毛坯，将第三步得到的调制毛坯再次重复一次第三步的熔炼作业，并最终得到精炼毛坯；