CN102912175B - 一种金锡合金钎料箔材的制备方法 - Google Patents

一种金锡合金钎料箔材的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种金锡合金钎料箔材的制备方法涉及难加工金基合金材料的制造工艺，特别涉及金锡共晶合金钎料箔材的制备方法，本发明公开了一种金锡合金钎料箔材的制备方法，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％，采用石墨坩埚熔炼和石墨铸模浇注，得到组织细小的铸锭组织，并采用均匀化热处理和在220～265oC热轧，道次变形量小于30％，加热时间大于5分钟，轧制最终厚度为0.02～0.1mm。本发明方法制备的金锡合金钎料箔材钎焊温度响应快，钎焊性能良好。本方法简单，易于实施，生产效率高，适用于工业批量生产。

Description

一种金锡合金钎料箔材的制备方法
技术领域
本发明涉及难加工金基合金材料的制造工艺，特别涉及金锡共晶合金钎料箔材的制备方法。
背景技术
金锡共晶合金即AuSn20合金，锡含量20wt％，金含量80wt％，共晶温度为280oC。金锡共晶合金钎料具有电导性好、钎焊强度和热疲劳强度高等优异性能，广泛应用于高可靠微电子器件封装，使用规格为0.02~0.10mm的箔材或预成型焊环。AuSn20合金由两硬脆的金属间化合物组成，合金加工成型困难。目前的加工方式有复合法、复合扩散法、超声铸造热轧制法等，如专利申请号为JP58100993A、US7048813、CN1066411A和200810233418.1等发明专利申请所公开的技术方案。复合法是采用金、锡箔材叠层冷轧制备出层状结构的复合材料，所制备的材料不是合金态材料。复合扩散法是在制备出叠层焊片后再进行金锡层的扩散，使之形成金锡共晶合金焊片，合金材料虽说是合金态的，但组织粗大。复合法和复合扩散法制备的金锡钎料钎焊温度响应较慢，钎焊性能较差。超声铸造热轧制法是采用超声铸造出金锡合金铸锭后再进行热轧制得到金锡合金箔材，所制备的钎料虽说钎焊性能较好，但道次变形量需控制＜0.5%进行轧制，生产效率较低。
发明内容
本发明的目的旨在于克服现有技术的缺陷，提供一种金锡合金钎料箔材的显微组织晶粒细小，且无初生枝晶相的存在，其钎焊温度响应快，钎焊性能良好的金锡合金钎料箔材的制备方法。
本发明所述的金锡合金钎料箔材的制备方法，对于硬脆性的金锡合金，得到均匀致密且无初生枝晶相的铸态组织是解决其加工困难的关键，在此基础上再对合金进行均匀化热处理得到优异的加工态组织。
本发明的金锡合金箔材制备方法，包括配制成份微调的金锡合金、采用石墨坩埚熔炼和石墨铸模浇注、铸锭均匀化退火和热轧加工技术，金锡合金中锡含量：大于20%，小于21%，余量为金，按下列步骤完成：
a. 配制成份微调的金锡合金原料，合金中锡含量大于20%，小于21%，，余量为金，将配制的原料置入石墨坩埚中熔炼，将熔化的合金液在300～390oC的过热温度下浇入石墨铸模内，冷却后取出，得到金锡合金铸锭；
b. 将金锡合金铸锭在220～260oC温度下进行均匀化处理，处理时间10～80分钟；
c. 将经工序1.2处理的合金铸锭在220～260oC下热轧加工，道次变形量低于30%，道次间中间退火时间大于5分钟，经15～30道次的多道次热轧后，得到合金钎料箔材，轧制最终厚度为0.02mm～0.1mm。
所述的金锡合金钎料铸锭的均匀化处理温度在220～260oC，处理时间10～80分钟。
所述的热轧道次变形量为5～25%。
本发明通过成份微调，将原来的金锡合金中锡含量为20.0%，调整为大于20.0%，小于21.0％，采用石墨坩埚熔炼和石墨铸模浇注制备铸锭，将熔化的金属液在300~390℃的过热度条件下浇注入石墨铸模内，冷却后得到的铸锭，铸锭在220℃~260℃温度下进行均匀化热处理，热处理时间10 ~80分钟，并在220~260℃下热轧。道次变形量最大控制在30%以内，道次变形量通常可达5～25％，道次间中间退火时间大于5分钟，轧制最终厚度为0.02mm~0.10mm。得到了一种消除了初生枝晶的晶粒尺寸极为细小的层片共晶的铸态组织，然后对合金进行均匀化热处理，并结合热加工技术，可以采用较大的道次变形量，方便快速地制备出厚度为0.02mm～0.1m的金锡合金钎焊箔材。本发明制备的金锡合金钎料箔材的显微组织晶粒细小，且无初生枝晶相的存在，其钎焊温度响应快，钎焊性能良好。本发明方法简单，易于实施，成品率高，生产效率高，适用于工业批量生产。
附图说明
图1是本方法的第二个实例得到的铸锭经均匀化热处理后的显微组织。
图2是本方法的第二个实例得到的金锡合金钎料箔材的显微组织。
具体实施方式
    下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不限于实施例。
实施例1：
配制成分微调的金锡合金原料，锡含量20.2wt％，金含量79.8wt％，采用石墨坩埚熔炼然后在300℃浇注入石墨铸模内，取出铸锭在220℃温度下进行均匀化热处理，热处理时间30~80分钟。铸锭再在220℃下热轧，道次变形量控制＜30%，中间退火时间＞5分钟，轧制最终厚度为0.1mm。
实施例2：
配制成分微调的金锡合金，其中锡含量20.5wt％，金含量79.5wt％，采用石墨坩埚熔炼然后在340℃浇注入冷石墨铸模内，取出铸锭在240℃温度下进行均匀化热处理，热处理时间30~60分钟，铸锭均匀化热处理后的显微组织如图1所示，为均匀细小的两相共晶组织。铸锭再在240℃下热轧，道次变形量控制＜30%，中间退火时间＞5分钟，轧制最终厚度为0.05mm。图2所示为金锡合金钎料箔材的显微组织。
实施例3：
配制成分微调的金锡合金，其中锡含量20.7wt％，金含量79.3wt％，采用石墨坩埚熔炼然后在360℃浇注入冷石墨铸模内，取出铸锭在260℃温度下进行均匀化热处理，热处理时间10~60分钟。铸锭再在240℃下热轧，道次变形量控制＜30%，中间退火时间＞5分钟，轧制最终厚度为0.02mm。
实施例4：
配制成分微调的金锡合金，锡含量20.9wt％，金含量79.1wt％，采用石墨坩埚熔炼然后在390℃浇注入冷石墨铸模内，取出铸锭在260℃温度下进行均匀化热处理，热处理时间10~60分钟。铸锭再在260℃下热轧。道次变形量控制＜30%，中间退火时间＞5分钟，轧制最终厚度为0.02mm。

Claims (2)

1.一种金锡合金钎料箔材的制备方法，包括配制成份微调的金锡合金、采用石墨坩埚熔炼和石墨铸模浇注、铸锭均匀化退火和热轧加工，其特征在于，金锡合金中锡含量为大于20%，小于21%，余量为金，其制备步骤为：
a. 配制成份微调的金锡合金原料，合金中锡含量为大于20%，小于21%，余量为金，将配制的原料置入石墨坩埚中熔炼，将熔化的合金液在300～390oC的过热温度下浇入石墨铸模内，冷却后取出，得到金锡合金铸锭；
b. 将金锡合金铸锭在220～260oC温度下进行均匀化处理，处理时间10～80分钟；
c. 将经步骤b处理的合金铸锭在220～260oC下热轧加工，道次变形量低于30%，道次间中间退火时间大于5分钟，经15～30道次的多道次热轧，得到合金钎料箔材，轧制最终厚度为0.02mm～0.1mm。
2.根据权利要求1所述的金锡合金钎料箔材的制备方法，其特征在于，所述的热轧道次变形量为5～25%。
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