[其他]半导体致冷器焊料

说明书

本发明涉及一种新型焊料，特别是用于半导体致冷器的焊料。

现有同类焊料中，以Usup3，566，512（1971）和Francep2，047，727（1971）两种焊料为优，但这两种焊料尚存在如下问题：焊接时需要在氢气或惰性气氛中进行，其次，France专利焊料还需预润处理。工艺成本高，操作复杂，生产中很不方便且成本较高。由于这类焊料的焊接对象一个是金属材料，一个是半导体材料。对这两类性质差异很大的材料，要做到同时可焊，且由于电堆是在一定的温差下工作的，存在热膨胀问题，因而对焊料的要求很高。

本发明的目的是：1.用一种焊料就能实现导流材料（金属）和半导体材料的同时可焊，为市场提供一种能适于自动焊接的新型焊料。2.提高焊料的使用温度。3.从焊料成分与半导体材料的相容性原则出发，探讨最佳方法。

用于半导体致冷器的焊料，对于两种焊接对象，要求既要焊接牢靠，又要不引起半导体材料的明显掺杂。而且焊接点的抗张强度，耐温性能要求都较高。完成本发明的方案是：以Bi-Sb作为基质合金，在此基础上加入下列元素：

①加入Sn-Li合金;②加入Sn-P合金

③加入一定量的Ni;④加入一定量的Co。

此外所选用的材料均不会引起把半导体有害掺杂。加入上述元素的用意还在于：它们对铜、铁、镍、金、银、铂以及半导体温差电材料都具有很好的浸润性。而且适当地调整配方，可以方便的改变焊料的熔点。从而适应焊接的要求，以下列出本系列焊料的八种配方，命名为BLH系列焊料。

①（10＃）熔点245℃

Bi0.833Sb0.093Sn-Li（含Li2%）0.074

②（27#）熔点250℃

Bi0.833Sb0.093Sn-Li（含Li2%）0.037Sn-P（含P1%）0.037

③（48#）熔点243℃

Bi0.800Sb0.100Sn-P（含P1%）0.100

④（209＃）熔点305℃

Bi0.8807Sb0.1101Ni0.0092

⑤（712#）熔点304℃

Bi0.8649Sb0.1081Co0.0270

⑥（56＃）熔点272℃

Bi0.8000Sb0.0889Ni0.0444Sn-P（含P1%）0.0667

⑦（208#）熔点287℃

Bi0.8000Sb0.1048Ni0.0476Zn0.0476

⑧（714#）熔点267℃

Bi0.7600Sb0.0900Ni0.0400Sn-P（含P1%）0.0600Co0.0500

该系列焊料的熔制方法：Sn-Li合金，Sn-P合金以及焊料的熔制，都是在纯氩气氛中进行的。由于Li、P都是很活泼的元素，用量又很少，因此事先将这两种元素分别作成Sn的合金，然后再参加熔炼。这类焊料的焊接对象之一是Bi-Sb-Se-Te系列的温差电材料。Bi在焊料中的作用，主要增加对元件的浸润性能。Sb的加入主要是调整焊料的熔点，提高对水的耐蚀性。加入Sn-Li，Sn-P合金，Co或Ni的目的，是为了解决与铜焊接的问题。

通过下表的对比可以看出BLH系列焊料的优点或者积极效果。

BLH系列焊料由于其优异的可焊性能，为焊接工艺自动化提供了必要条件。这类焊料使用温度可达300℃以上，因此半导体器件既可以在致冷范围使用，又可以在较高的温度下使用。由于抗张强度高，化学稳定性又好，因而焊接点牢靠，使用方便，且焊接在空气中进行，因而工艺成本低。