CN102114584A - 一种集成电路封装用AuSn20合金钎料的制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
一种集成电路封装用AuSn20合金钎料的制备方法：按配比备金和锡；将它们放熔铸炉中；封炉，抽真空；升温，待全熔化后，控制熔体的温度在500～600℃间，精练，使其合金化并脱气，浇注在石墨模中；将得到的AuSn20合金棒放入石英管中，加热；封炉，抽真空至4～6Pa；升温并控温升；待合金棒熔化，控制熔体的温度在500～600℃间，并精炼2～3分钟；使用真空急冷甩带机甩带，甩带时熔体的温度控制在500～600℃之间，由石英管上口通入高压氮气，氮气压力10～15大气压，使该合金熔体从石英管底孔喷到真空急冷甩带机高速旋转的金属轮上，得到带材。还可再轧制加工，制成箔带材或冲压加工，制备对应规格的片或环状的深加工制品。用该方法可制得集成电路性能优越的产品。
Description
技术领域
本发明涉及一种贵金属合金钎料的制备技术，尤其是一种集成电路封装用AuSn20合金钎料的制备方法和用途。
背景技术
AuSn20作为一种低温钎料，被用来封装半导体晶体管可伐镀金壳。该合金钎料具有低的熔点(278℃)和蒸气压，良好的浸润性和流动性，而且还具有优良的耐腐蚀性及高的导热性。用此合金钎料焊接的接点，强度不受热冲击的影响。
由二元合金相图可以看出，AuSn20合金在278℃形成共晶，在固态由六方晶格的ξ相和金属间化合物AuSn所组成。铸造状态及退火状态的AuSn20合金都很脆，很难加工。
现有AuSn20钎料是采用Au片Sn片热复合，再轧制成型。钎料是非合金状态，熔点不稳定，熔化时间长并且需要使用助焊剂，焊接后的电子器件需要清洗。而合金钎料熔点为278℃，熔化时间短，不需要使用助焊剂，不需要清洗，器件的性能和寿命均有所提高。
现AuSn20合金钎料由铸锭到带材的加工难度极大。用复合法生产的钎料易加工，可以直接轧制到所需的厚度。而合金钎料由于晶体内部由ξ相和金属间化合物构成，材料的延展性差、易碎，只能允许少量加工。因此采用急冷甩带技术，得到接近所需厚度的箔带，再经少量轧制整形，加工到所需的厚度。
发明内容
本发明的目的是提供一种集成电路封装用AuSn20合金钎料的制备方法和用途，其制得的集成电路用合金钎料可靠性高，并由此方法制得的AuSn20合金钎料可以进一步加工为合格性能的箔带材和多种规格的深加工制品。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
一种集成电路封装用AuSn20合金钎料的制备方法，其方法步骤如下：
1)按Sn：20％±1％，Au：余量的配比范围计算、称重，准备高纯金和高纯锡材料；
2)将金和锡放入真空熔铸炉的氧化铝坩埚中；
3)封炉，抽真空至4～6Pa；
4)升温，控制升温速度25～35℃/分钟；
5)待金和锡全部熔化后，控制熔体的温度在500～600℃之间，精练4～6分钟，使其充分合金化，并充分脱气；
6)浇注，浇注温度在500～600℃之间，浇注在石墨模中，冷却后得到AuSn20合金棒；
7)将得到的AuSn20合金棒放入真空急冷甩带机的带底孔石英管中，采用高频感应圈加热；
8)封炉，抽真空至4～6Pa；
9)升温，控制升温速度50～60℃/分钟；
10)待AuSn20合金棒熔化后，控制熔体的温度在500～600℃之间，并精炼2～3分钟，使金属在熔化状态下各组分充分混合并合金化。
11)使用真空急冷甩带机甩带，让熔融的合金液体接触高速旋转的铜辊，合金液体急速冷却凝固在甩带机中的铜辊表面，形成很薄的带材；甩带时熔体的温度控制在500～600℃之间，由石英管上口通入高压氮气，氮气压力10～15大气压，使AuSn20合金熔体从石英管底孔喷出；采用急冷甩带技术加工成AuSn20合金带材钎料。
还可将得到的AuSn20合金带材钎料轧制加工，制成符合设定厚度要求的箔带材。进一步可将轧制的AuSn20合金合格的合金箔带材按照设定的尺寸规格进行冲压加工，制备对应规格的片或环状的深加工制品。
还应进一步对得到的AuSn20合金箔带材或深加工制品用酸性清洗液或碱性清洗液通过浸泡法或搅拌法进行清洗。
一种集成电路封装用AuSn20合金钎料的用途，它是用AuSn20合金通过急冷甩带再经压力加工制成高可靠集成电路用合金钎料带。
一种集成电路封装用AuSn20合金钎料的用途，它是用AuSn20合金通过急冷甩带再经压力加工制成高可靠集成电路用合金钎料预成型制品。
对AuSn20合金材料宜采用真空熔铸方法获得合金。这样可去除合金中的气体和低熔点易挥发元素，这对高可靠电子器件封装十分重要。
本发明的AuSn20合金带材采用冲压技术制备出制品。
本发明的AuSn20合金箔带材和深加工制品，要经过酸洗和碱洗等表面处理工序去除氧化皮。
本发明是利用真空熔铸技术先获得AuSn20合金铸锭，在通过急冷甩带及轧制技术，冲压和表面处理技术，解决了AuSn20合金铸锭合金脆性大，难加工，不易制成带材和制品的问题，满足了集成电路封装焊接的要求。
本发明解决了AuSn20合金钎料箔带材及其深加工制品难于加工的问题，研制出合金成分均匀、焊接性能优良、尺寸符合要求的用于半导体集成电路封装的优质AuSn20合金钎料，实现产品的国产化，替代进口，将为我国军民两用高可靠集成电路提供优质的AuSn20合金钎料箔带材及其多种规格的深加工制品，促进我国微电子产业的发展。
本发明制备AuSn20合金钎料的方法可保证制备的AuSn20合金箔带材及制品的质量达到国家标准，即达到成分均匀、结构致密，焊接性能优良，满足半导体集成电路封装的使用要求。
本发明的优点是：
1、本发明的方法能够制造出成分均匀、焊接性能优良且尺寸符合要求的用于半导体集成电路封装的优质AuSn20合金钎料的箔带材及其多种深加工制品。
2、本发明采用了急冷甩带技术，不仅大大降低了由铸锭到带材的加工难度，且可保证生产出的带材产品更均匀、平整，表面更光滑。
3、本发明AuSn20合金钎料具备优越的性能，可以应用于高可靠集成电路封装焊接。
4、实现该产品的国产化，替代进口，完成了具有自主知识产权的技术储备。
具体实施方式
利用本发明的方法可以通过急冷甩带再经压力加工将AuSn20合金钎料制成高可靠集成电路用合金钎料带或制成高可靠集成电路用合金钎料预成型制品。
本发明采用的急冷甩带技术必须借助于真空急冷甩带机设备，该真空急冷甩带机是一种外购设备，主要用于生产非晶态合金带。该设备虽为非标准产品，但国内有生产厂家，型号为各厂家自定。高速旋转的金属轮(铜辊)是该设备的主功能装置，在甩带机中起到冷却作用。本发明借助该设备采用急冷甩带技术，直接让熔融的合金液体接触高速旋转的金属轮表面，在急速冷却凝固和离心力的双重作用下，可以使熔融状态下的合金直接被甩成薄带材，从而使一些加工困难的合金避开了固体变形阶段，更易加工至所需尺寸。通过急冷甩带技术的应用，获得厚度为0.05-0.08mm，且形状完整的合金薄带材，为后续轧制整型和冲压加工各种规格的制品打下好的基础。
甩带时熔体的温度控制在500～600℃之间，由石英管上口通入高压氮气，氮气压力10～15大气压，使AuSn20合金熔体从石英管底孔喷出；采用急冷甩带技术加工成AuSn20合金带材钎料。
实施例1：生产箔带材
1)按Sn：20％±1％，Au：余量的配比范围计算、称重准备高纯(纯度为5N)金和高纯(纯度为5N，5N即99.999％)锡材料；
2)将金和锡放入真空熔铸炉的氧化铝坩埚中；
3)封炉，抽真空至4Pa；
4)升温，控制升温速度30℃/分钟；
5)待金和锡全部熔化后，控制熔体的温度在500～600℃，精练5分钟，使其充分合金化，并充分脱气；
6)浇注，浇注温度在500～600℃之间，浇注在石墨模中，冷却后得到AuSn20合金棒。
7)采用急冷甩带技术加工成带材：使用真空急冷甩带机，将AuSn20合金棒放入带底孔的石英管中，采用高频感应圈加热；
8)封炉，抽真空至4Pa；
9)升温，控制升温速度50℃/分钟；
10)待AuSn20合金棒熔化后，控制熔体的温度在500～600℃之间，并精炼2分钟；
11)甩带，甩带时熔体的温度在500～600℃之间，利用石英管上口通入的高压氮气使合金熔体从石英管底孔喷出。氮气压力10个大气压。所用石英管底孔直径Φ1mm。铜辊的线速度为35m/s，石英管底孔距铜辊表面距离2mm。
12)利用上述制备方法得到化学成分符合标准的AuSn20合金薄带材，厚度为0.05-0.08mm。
13)将合金带材经过轧制整形，加工成厚度均匀的箔带材。加工后厚度为0.05±0.005mm。
14)将加工好的AuSn20合金箔带材用酸性清洗液、碱性清洗液通过浸泡法、搅拌法进行清洗，去除加工过程中造成的污染，使材料表面清洁、光亮。
实施例2：圆片合金制品
步骤1)至步骤12)同实施例1，先得到厚度为0.05-0.08mm的AuSn20合金薄带材；然后将其轧制整形，加工后厚度为0.05±0.005mm，在进行冲压加工，制备成Φ2.5mm×厚度0.1mm的圆片制品。将加工好的AuSn20合金圆片制品用酸性清洗液、碱性清洗液通过浸泡法、搅拌法进行清洗，去除加工过程中造成的污染，使制品表面清洁、光亮。
实施例3：圆片合金制品
步骤1)至步骤12)同实施例1，先得到厚度为0.05-0.08mm的AuSn20合金薄带材；然后将其轧制整形，加工后厚度为0.05±0.005mm，在进行冲压加工，制备成外径Φ1.0mm-内径Φ0.6mm(或其他规格)圆环状制品。将加工好的AuSn20合金圆环状制品用酸性清洗液、碱性清洗液通过浸泡法、搅拌法进行清洗，去除加工过程中造成的污染，使制品表面清洁、光亮。
采用急冷甩带技术将AuSn20合金钎料加工成带材是本发明的一个创造点，在具体实施中，采用的石英管底孔直径Φ0.8～1.5mm，控制真空急冷甩带机的铜辊的线速度30～40m/s；石英管底孔距铜辊表面距离1～4mm。
上述各实施例中，各种不同型号甩带机所设参数可能不同。
上述各实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含应视为例示性，而非用以限制本发明的申请专利范围。
Claims (8)
1.一种集成电路封装用AuSn20合金钎料的制备方法，所述的AuSn20合金钎料的成分组成及质量百分比为：Sn：20％±1％，Au：余量；其特征在于制备方法步骤如下：
1)按Sn：20％±1％，Au：余量的配比范围计算、称重，准备高纯金和高纯锡材料；
2)将金和锡放入真空熔铸炉的氧化铝坩埚中；
3)封炉，抽真空至4～6Pa；
4)升温，控制升温速度25～35℃/分钟；
5)待金和锡全部熔化后，控制熔体的温度在500～600℃之间，精练4～6分钟，使其充分合金化，并充分脱气；
6)浇注，浇注温度在500～600℃之间，浇注在石墨模中，得到AuSn20合金棒；
7)将得到的AuSn20合金棒放入带底孔的石英管中，采用高频感应圈加热；
8)封炉，抽真空至4～6Pa；
9)升温，控制升温速度50～60℃/分钟；
10)待AuSn20合金棒熔化后，控制熔体的温度在500～600℃之间，并精炼2～3分钟；
11)使用真空急冷甩带机甩带，让熔融的合金液体接触高速旋转的铜辊，合金液体急速冷却凝固在甩带机中的铜辊表面，形成很薄的带材；甩带时熔体的温度控制在500～600℃之间，由石英管上口通入高压氮气，氮气压力10～15大气压，使AuSn20合金熔体从石英管底孔喷出；采用急冷甩带技术加工成AuSn20合金带材钎料。
2.根据权利要求1所述的集成电路封装用AuSn20合金钎料的制备方法，其特征在于：将得到的AuSn20合金带材钎料轧制加工，制成符合设定厚度要求的箔带材。
3.根据权利要求2所述的集成电路封装用AuSn20合金钎料的制备方法，其特征在于：将轧制的AuSn20合金合格的合金箔带材按照设定的尺寸规格进行冲压加工，制备对应规格的片或环状的深加工制品。
4.根据权利要求2或3所述的集成电路封装用AuSn20合金钎料的制备方法，其特征在于：进一步表面处理，将加工好的AuSn20合金箔带材或深加工制品用酸性清洗液或碱性清洗液通过浸泡法或搅拌法进行清洗。
5.根据权利要求1所述的集成电路封装用AuSn20合金钎料的制备方法，其特征在于：所述石英管底孔直径Φ0.8～1.5mm，控制真空急冷甩带机的铜辊的线速度为30～40m/s；石英管底孔距铜辊表面距离1～4mm。
6.根据权利要求1所述的集成电路封装用AuSn20合金钎料的制备方法，其特征在于：所述高纯金的纯度为5N；所述高纯锡的纯度为5N。
7.一种集成电路封装用AuSn20合金钎料的用途，其特征在于：它是用AuSn20合金通过急冷甩带再经压力加工制成高可靠集成电路用合金钎料带。
8.一种集成电路封装用AuSn20合金钎料的用途，其特征在于：它是用AuSn20合金通过急冷甩带再经压力加工制成高可靠集成电路用合金钎料预成型制品。
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