[发明专利]一种一步真空吸铸制备超细组织金锡共晶合金焊片的方法

说明书

本发明涉及一种一步真空吸铸制备超细组织金锡共晶合金焊片的方法；属于金属材料制备技术领域。所述制备方法包括下述步骤：配制金80％，锡20％的金锡合金原料；在非自耗电弧熔炼炉抽真空后，进行熔炼，得到铸锭；然后铸锭移至吸铸工位，在超声条件下，控制电弧枪电流为300‑1000A，加温10‑120s得到熔体后，对熔体加压同时对开启吸铸阀，在5‑20s完成吸附，得到超细组织金锡共晶合金焊片。本发明相比于传统叠层法及铸造拉拔轧制法，本发明无需进行多道次热加工，成分更为均匀，力学性能高于传统金锡合金，焊接温度及性能更为稳定。同时本发明中合金化与成片工几乎是艺同时进行的，加工工序少，适用于批量生产。

技术领域

本发明涉及难变形合金箔材熔铸制备工艺，尤其涉及一种一步真空吸铸制备超细组织金锡共晶合金焊片的方法；属于金属材料制备技术领域。

背景技术

熔点280℃的Au80Sn20共晶焊料具有高强度、高热导率、免助焊剂等优异性能，是替代传统锡铅焊料的理想材料，尤其在高可靠多级封装、光电封装等领域受到了广泛的关注。但在室温下Au80Sn20合金粗大的初生相以及ζ’相Au₅Sn和δ相AuSn两相的本质脆性，导致Au80Sn20焊料很难用常规的加工手段制备成型。常用的金锡焊料预成型片的制备工艺主要为叠层法、铸造轧制法两类，该两类方法均需要在大气环境下进行，难以避免锡元素的氧化造成的成分偏析。日本专利JP58100993A将金锡相间叠层，并保证金锡比例为共晶成分，不断重复高压冷压合和真空去应力退火，转变为金锡扩散相，获得由金层，锡层和扩散层组成的金锡共晶叠层焊片。专利CN102912175A提出了一种铸造热轧的方法来制备金锡合金钎料箔材，它是通过成份微调配制金锡合金，合金中锡含量为20.0-21.0％，合金熔炼浇注后经过均匀化处理及热轧，最终得到了金锡合金钎料箔材。上述方法制备的金锡共晶焊片组织中通常含有粗大的初生相，严重影响了焊料的力学性能和流动性，焊点可靠性因此大大降低；同时，上述方法均需要在空气环境下进行热加工，局部锡的氧化会造成材料成分偏析，改变了金锡焊片的熔点，同时降低了其焊接性能。采用上述方法制备金锡焊片，后续加工工序较多，焊片质量无法精确控制，限制了其在微电子及光电子行业中的发展及应用。

真空吸铸技术常用来制备柱状铸件以及铝合金、镁合金的薄壁铸件；到面前位置还未见采用该技术来制备Au80Sn20共晶合金焊片的报道。

同时，本课题组在专利201410085656.8中对组织均匀金锡共晶合金箔片的制备方法进行了探索；尽管该专利所设计的技术完全能满足市场对金锡共晶合金箔片性能的需求，但随着人们对材料性能的要求越来越高，课题组在原来研究的基础上，做了进一步的挖掘和研究进而得出本发明。

发明内容

经研究发现，Au80Sn20合金作为一种共晶焊接材料，与铝合金镁合金相比，固液相线温差短，其凝固熔程要更短；同时超薄片吸铸过程中铸件的冷却速率要远远大于相比铸件吸铸，凝固速率更快。现有的吸铸模具一般都是用来完成直径不等的柱状样品的吸铸，而采用现有吸铸技术进行金锡共晶合金超薄片的吸铸时，因为凝固速率过快，金锡共晶合金会快速凝固富集堵在吸铸模具口上，无法完成吸铸，即整个片都吸不下去。

本发明针对现有技术存在的不足之处，基于上述研究，提出了一种一步真空吸铸制备超细组织金锡共晶合金焊片的方法；成功的克服现有金锡共晶预成型片制备技术的缺陷，并减少塑性加工步骤，实现全真空一步吸铸成型。

同时采用本发明的技术能制备出组织超细超均匀，成分准确，焊接性能良好，厚度为0.2mm-1mm可控的金锡共晶焊片。

本发明一种一步真空吸铸制备超细组织金锡共晶合金焊片的方法；包括下述步骤：

第一步：精确配制金锡合金原料

精确称取金锡合金原料，合金原料中，锡质量百分数为20％，金质量百分数为80％；

第二步：金锡共晶合金吸铸锭熔炼