[实用新型]Sn基钎料合金可控凝固平台

说明书

技术领域

本实用新型为Sn基钎料合金可控凝固平台，属于材料性能基础研究领域，通过控制凝固相的冷却速率和晶粒的生长方向达到控制显微组织的目的，从而制备各向异性钎料合金。通过研究钎料合金在不同取向上的性能差异，可以为开发高性能、高可靠性无铅钎料奠定相关理论基础。

背景技术

伴随着欧洲议会和欧盟委员会正式批准WEEE(Waste Electrical and Electronic Equipment)和RHS(Restriction of Hazardous Materials)的官方指令生效，无铅钎料和无铅电子组装成为历史必然。在替代传统Sn-Pb钎料的进程中，无铅钎料的可靠性是备受关注的议题。

目前，Sn基无铅钎料在电子组装产业中应用广泛。然而，相比于传统Sn-Pb钎料，无铅钎料的可靠性需要进一步的提高。从材料改性的角度出发，可以通过改变钎料接头焊后显微组织的方式实现对其宏观性能的提升。为了避免非理想组织的形核和长大，钎料合金成份的调整和引入其它微量组元的方法最受人们的关注。目前，已经有很多研究机构和企业采用上述限制晶粒尺寸的方法，并在一定程度上抑制或缓解了钎料接头在服役过程中显微组织粗大的现象，且提高了钎料合金的相关力学和电学可靠性。然而，在钎料合金制备和接头钎焊的研究领域内，较少有通过控制钎料凝固的手段来达到上述目的。

定向凝固是指在液-固界面处建立起特定方向的温度梯度，从而使熔体沿着与热流相反的方向凝固，最终得到定向组织、甚至单晶。定向凝固技术被广泛用于制备具有特殊取向的组织和优异性能的材料，其可以明显地提高材料所需的性能。然而，目前定向凝固技术主要应用于高温合金，半导体材料，磁性材料和复合材料等领域，对于电子封装领域中起连接和结构支撑的钎料涉及甚少。电子封装连接中要求特定的方向上具有优异的导电，导热以及力学性能，对材料提出了各项异性的要求，以提高电子封装可靠性。

基于合金定向凝固技术，如将钎料合金沿某一方向凝固，即可获得具有显著各向异性的钎料合金，通过研究其在不同取向上的性能差异，可以为开发高性能、高可靠性无铅钎料奠定相关理论基础。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一套低温钎料可控凝固平台。该制备平台基于合金定向凝固技术，通过对冷却速率的控制，获取具有不同定向凝固显微组织的钎料，可为不同取向钎料合金的性能差异研究提供合适的样品，并为高性能、高可靠性无铅钎料的开发奠定相关理论基础。

为了达到上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。Sn基钎料合金可凝固平台，整个平台围绕定向凝固炉可分为两个模块，加热模块和冷却模块。定向凝固炉的加热模块由与控温仪连接的侧向保温装置和底部热补偿电炉两部分构成，冷却模块由升降云台和冷却水循环两部分构成。

加热模块：控温仪1的输入端接入热电偶2，该热电偶2从定向炉盖3的中心插入定向炉膛5，其目的是采集炉膛温度；控温仪1输出端连接环形加热器4，环形加热器4是电阻加热装置，包覆定向炉膛5的侧面，其目的是稳定定向炉侧面温度。热电偶2实时采集定向炉膛5内部温度，反馈给控温仪1，控温仪1控制环形加热器4，从而达到稳定侧壁温度的目的。定向炉盖3的作用有两个，一是隔断空气，防止炉内熔融金属氧化，二是保温，提高加热效率。定向炉膛5底部和铝制散热板8接触，中间有高温密封垫片7，定向炉膛5、高温密封片7、铝制散热板8三者通过边沿的定向炉卡具6结合。铝制散热板8的中部开孔，顶部设有凸台，凸台嵌入高温密封片7的中心孔内。铝制散热板8的主要作用是散热，中间开孔目的是当冷却模块上升，冷却水浸没铝制散热板8时，增大与铝制散热板8与冷却水的接触面积，加速散热，凸台设置是为了使整个熔融的金属处在侧向保温区内部；高温密封垫片7的作用是隔绝冷却水和组织定向炉膛7的膛壁和铝制散热板8之间的传热。整个定向炉用定向炉支撑卡具9夹持，固定在铁架台10上。铝制散热板8下方安装有热补偿电炉11，热补偿电炉11通过热补偿电炉支撑卡具13夹持并固定在移动支撑架12上，热补偿电炉11以及移动支撑架12和定向炉可分离，可移动。其目的是当金属熔融，且定向炉处于加热保温阶段时，为整个熔炉补偿由铝制散热板8向空气中损失的热量，且当定向炉冷却时又能够迅速随移动支撑架12撤离。