CN102633517A - 用于陶瓷或玻璃的纳米陶瓷复合钎焊料 - Google Patents

Abstract

本发明属于焊接技术领域，具体涉及用于玻璃、陶瓷、金属之间的复合钎焊料。该钎焊料由粉料经机械装置压制成丝状或带状，或在粉料中加入粘结剂均匀混合成膏状构成，其粉料中有金、锡粉末和纳米陶瓷粉末，其纳米陶瓷粉末的质量含量占钎焊料总质量的1-10%，金与锡粉末的含量占钎焊料总质量的90-99%；纳米陶瓷粉末是氧化铟、氧化锡，氧化铜和氧化铝中的任一中或几种的混合物；在金属金与锡的混合粉末中，其粒径为1nm-5μm，金粉与锡粉的质量比为（3-4.5）：1；陶瓷粉末的粒径为1nm-500nm。本复合钎焊料利用陶瓷粉体作为添加剂，减少了中间硬脆相的产生，增强焊缝的抗热疲劳性，提高了钎焊的气密性能和焊接接头的强度。

Description

用于陶瓷或玻璃的纳米陶瓷复合钎焊料

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种用于玻璃与玻璃、陶瓷与陶瓷之间，玻璃或陶瓷与金属之间的复合钎焊料。

背景技术

现有技术中，对于玻璃与玻璃、陶瓷与陶瓷之间，玻璃或陶瓷与金属之间的连接通常是使用低温的钎焊焊接方法，所使用的钎焊焊料为金（Au）锡（Sn）合金焊料，因为金锡焊料具有强度高，抗氧化性能好，抗热疲劳和蠕变性优良，熔点低，流动性能好等特点。但是由于Au是IB族的元素，Sn是IVA族元素， Au和Sn的扩散机制是间隙机制，扩散速度很快，金锡二元合金相图很复杂，存在许多中间相，并且这些中间相都是硬脆相，因此往往会影响到钎焊接头的质量，例如，强度较差，气密性能达不到要求等，特别是在光电子封装的使用中尚不能满足使用要求。

    随着光电子器件的快速发展，对高质量的低温焊接材料的需求也越来越大，如何提高现有的金锡焊料的焊接性能至今仍是一个技术难题。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种用于玻璃与玻璃、陶瓷与陶瓷之间，或玻璃、陶瓷与金属之间的纳米陶瓷复合钎料，能减少硬脆相的产生，增强焊缝的抗热疲劳性，从而得到具有高气密性能、高强度的焊接接头。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

本发明的用于陶瓷或玻璃的纳米陶瓷复合钎焊料，由复合钎焊粉料经机械装置压制成丝状或带状构成，或在复合钎焊粉料中加入粘结剂均匀混合成膏状构成，其复合钎焊粉料中包括有金属金（Au）和金属锡（Sn）的混合粉末，其特征在于，该复合钎焊粉料中还包括有纳米陶瓷粉末，其纳米陶瓷粉末的质量含量占钎焊料总质量的1-10%，金属金与金属锡混合粉末的含量占钎焊料总质量的90-99%；所述的纳米陶瓷粉末是氧化铟、氧化锡，氧化铜和氧化铝中的任一中或几种的混合物；所述的金属金与金属锡的混合粉末中，金粉与锡粉的质量比为（3-4.5）：1；所述金属金、金属锡粉末的颗粒直径均在1nm-5μm范围内；陶瓷粉末的颗粒直径在1nm-500nm范围内。

本发明的用于陶瓷或玻璃的纳米陶瓷复合钎焊料，所述在复合钎焊粉料中加入粘结剂均匀混合成膏状，其粘结剂是乙基纤维素的松油醇溶液，或三乙醇胺、PVB系列和正癸醇等，粘结剂的加入质量占复合钎焊粉料质量的10- 25%。

本发明的用于陶瓷或玻璃的纳米陶瓷复合钎焊料的制备方法，包括首先制备复合钎焊粉料，然后利用粉末冶金机械装置将粉料压制成丝状或带状得到成品，或者在复合钎焊粉料中加入粘结剂均匀混合成膏状后使用，其中粘结剂的加入质量占复合钎焊粉料质量的10-25 %，所述的粘结剂是乙基纤维素的松油醇溶液，或三乙醇胺、PVB系列和正癸醇等。

本发明的用于陶瓷或玻璃的低温钎焊的纳米陶瓷复合钎焊料，利用陶瓷粉体作为添加剂，通过纳米陶瓷颗粒在钎焊焊接过程中的作用，减少了中间硬脆相的产生，促使钎焊过程中晶体相和结构发生变化，使钎焊层更加均匀，结构更合理，从而增强焊缝的抗热疲劳性，提高钎焊缝的气密性能、焊接接头的强度。

本发明的用于陶瓷或玻璃的低温钎焊的纳米陶瓷复合钎焊料，由于添加了具有和陶瓷热性能相似的纳米陶瓷颗粒，使得钎焊焊料具有更良好热膨胀系数匹配，预定位功能粘度较高，钎焊缝的厚度均匀性能控制得更好。本复合钎焊料的熔点温度在280℃以上、焊接温度为310℃。由于本复合钎焊料用于钎焊时的温度低，因此可以在保护气氛下进行，例如氮气，氩气等惰性气体下,甚至可以使用手套箱和加热平台，降低了对钎焊设备的要求，使钎焊过程更容易实现和更容易操作，从而降低气氛焊接的成本，提高了工作效率。

本发明的用于陶瓷或玻璃的低温钎焊的纳米陶瓷复合钎焊料，能够方便地应用在半导体、光电子封装上，尤其是，在光通讯窗口、红外窗口等各种窗口封装中的应用能够满足使用要求。

具体实施方式

下面通过实施例做进一步描述。

实施例1  制备膏状的纳米陶瓷复合钎焊料

1．分别准备金属金粉、金属锡粉和氧化铝纳米陶瓷粉末，使三者的颗粒粒径均为100nm-200 nm（ 0.1μm -0.2μm）范围内；

2．取上述准备好的金粉7克，锡粉2克，氧化铝纳米陶瓷粉末0.2克混合后放入混料机中搅拌使其混合均匀，即得到粉状的纳米陶瓷复合钎焊料；

3．在上述粉状的纳米陶瓷复合钎焊料中加入1.5克乙基纤维素的松油醇溶液（粘结剂），再继续搅拌均匀，得到膏状的纳米陶瓷复合钎焊料成品。

以下对上述膏状的纳米陶瓷复合钎焊料产品作应用试验：

需钎焊焊接的两块材料是：陶瓷与金属可伐合金，钎焊温度为310℃，焊接过程在氮保护气氛中进行，得到均匀焊缝。经检测，该焊缝强度达到450MPa以上，抗热循环性能好。

实施例2  制备膏状的纳米陶瓷复合钎焊料

1．分别准备金属金粉、金属锡粉和氧化铟陶瓷粉末，使氧化铟陶瓷粉末的颗粒粒径为200nm-250 nm（ 0.2μm -0.25μm）范围内，金属金粉、金属锡粉的颗粒粒径在800-1000 nm范围内；

2．取上述准备好的金粉8克，锡粉2克，氧化铟纳米陶瓷粉末0.35克混合后放入混料机中搅拌使其混合均匀，即得到粉状的纳米陶瓷复合钎焊料；

3．在上述粉状的纳米陶瓷复合钎焊料中加入 2 克三乙醇胺（粘结剂），再继续搅拌均匀，得到膏状的纳米陶瓷复合钎焊料成品。

实施例3  制备带状的纳米陶瓷复合钎焊料

1．分别准备金属金粉、金属锡粉和氧化锡陶瓷粉末，使三者的颗粒粒径均为400nm-500 nm（ 0.4μm -0.5μm）范围内；

2．取上述准备好的金粉8克，锡粉2克，氧化锡纳米陶瓷粉末0.1克混合后放入混料机中搅拌使其混合均匀，即得到粉状的纳米陶瓷复合钎焊料；

3．将上述粉料置于粉末冶金机械装置中压制成3mm×0.2mm （截面长×宽）的带状产品。

以下对上述带状的纳米陶瓷复合钎焊料产品作应用试验：

需钎焊焊接的两块材料是：陶瓷与玻璃 ，钎焊温度为310℃，得到均匀焊缝，经检测，该焊缝强度达到460MPa，抗热循环性能好。

实施例4  制备带状的纳米陶瓷复合钎焊料

1．分别准备金属金粉、金属锡粉和氧化铜陶瓷粉末，使陶瓷粉末的颗粒粒径均为400nm-500 nm（ 0.4μm -0.5μm）范围内；金属粉的颗粒直径为3000-3500nm（ 3.0μm -3.5μm）范围内。

2．取上述准备好的金粉8克，锡粉2克，氧化铜纳米陶瓷粉末0.4克混合后放入混料机中搅拌使其混合均匀，即得到粉状的纳米陶瓷复合钎焊料；

3．将上述粉料置于粉末冶金机械装置中压制成1mm×0.15mm（截面）带状，得到带状产品。

实施例5  制备纳米陶瓷复合钎焊料的粉料

1．分别准备金属金粉、金属锡粉和氧化铜陶瓷粉末，使陶瓷的颗粒粒径均为400nm-500 nm（ 0.4μm -0.5μm）范围内；金属粉的颗粒直径为4500-5000nm（ 4.5μm -5.0μm）范围内。

2．取上述准备好的金粉8克、锡粉2克、氧化铜纳米陶瓷粉末0.35克、氧化铝纳米陶瓷粉末0.35克混合后放入混料机中搅拌使其混合均匀，即得到粉状的纳米陶瓷复合钎焊料。

3．根据使用需求，再将粉料制备成带状或膏状。

Claims (2)

1.一种用于陶瓷或玻璃的纳米陶瓷复合钎焊料，由复合钎焊粉料经机械装置压制成丝状或带状构成，或在复合钎焊粉料中加入粘结剂均匀混合成膏状构成，其复合钎焊粉料中包括有金属金和金属锡的混合粉末，其特征在于，该复合钎焊粉料中还包括有纳米陶瓷粉末，其纳米陶瓷粉末的质量含量占钎焊料总质量的1-10%，金属金与金属锡混合粉末的含量占钎焊料总质量的90-99%；所述的纳米陶瓷粉末是氧化铟、氧化锡，氧化铜和氧化铝中的任一中或几种的混合物；所述的金属金与金属锡的混合粉末中，金粉与锡粉的质量比为（3-4.5）：1；所述金属金、金属锡粉末的颗粒直径均在1nm-5μm范围内；陶瓷粉末的颗粒直径在1nm-500nm范围内。

2.如权利1所述的用于陶瓷或玻璃的纳米陶瓷复合钎焊料，其特征在于，所述在复合钎焊粉料中加入粘结剂均匀混合成膏状，其粘结剂是乙基纤维素的松油醇溶液，或三乙醇胺、PVB系列和正癸醇等，粘结剂的加入质量占复合钎焊粉料质量的10- 25%。