CN104625050A - 一种环保钎料箔片电磁压制制备方法 - Google Patents

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胡建华
周梦成
黄尚宇
雷雨
邹方利
何鹏
孟正华
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Abstract

本发明涉及一种环保钎料箔片电磁压制制备方法，具体为：按预定钎料合金中各元素的化学计量比称取金属粉末原料，将金属粉末原料称放入电磁压制装置的模具型腔中，所述模具型腔与所需压制成型的环保钎料箔片形状相匹配，利用电磁压制工艺进行放电压制成形，放电电压为700-1300V，放电电容为8200-14350μF，然后将所得压坯经脱模、烧结合金化后得到环保钎料箔片。本发明所述制备方法采用电磁压制成形技术，将钎料金属粉末放入电磁压制设备模具中进行压制，压制成形的钎料经烧结后即得到厚度极薄、性能良好的钎料箔片，可直接用于钎焊封装工序，工艺过程简单，成品率高，生产成本低，易于质量控制和实现工业化生产。

Description

一种环保钎料箔片电磁压制制备方法
技术领域
本发明涉及一种钎料的制备方法，具体涉及一种环保钎料箔片电磁压制制备方法。
背景技术
封装技术在微电子产业、IT、家电、航天和军工等行业中应用十分广泛，封装技术有一个共同特征：应用钎焊技术将引线或芯片利用钎料箔片焊接到基板上。钎焊质量直接影响到封装质量，而钎料箔片是影响钎焊质量的关键材料，因此钎料箔片的有效制备是必须解决的关键问题。
封装用钎料箔片主要有金基钎料箔片和银基钎料箔片。金基钎料钎焊温度高，价格昂贵，目前只用于有特殊要求的场合；银基钎料钎焊温度较低、性能优良，应用广泛。银基钎料主要分为含镉银基钎料和环保无镉银基钎料。但镉是有毒有害物质，长期大量使用会给人类健康和环境带来不可忽视的危害，因此含镉银基钎料被禁用；环保无镉银基钎料应用潜力巨大，但其在成形过程中脆性相多，塑性差，箔片制备困难，因此,如何行之有效地加工出环保且性能满足要求、形状多样的薄片钎料是封装领域急需解决的热点和难点问题之一。
目前制备环保无镉银基钎料箔片的常用方法有轧制、快速凝固等。传统的轧制技术思路是先将钎料熔炼合金化，然后再加工成形为箔片；即将钎料合金熔炼铸锭，均匀化退火后采用多次热挤压开坯得到厚板材，多次热轧后再经十余次冷轧、冷精轧(需多次中间退火)，得到钎料箔片。其技术特点是熔炼合金化后钎料脆性相急剧增加，造成钎料塑性下降而成形困难，成材率低，同时该方法工艺步骤多、周期长、质量难于控制、成本较高、效率低，生产过程中易产生高温氧化、增加合金脆性，影响其成形性能及焊接性能，产品形状单一，须后续加工成特定形状后才能用于钎焊封装，难于实现工业化生产。因此国内尚无成熟的工业化制备环保无镉银基钎料箔片的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种工艺简单，成品率高的环保钎料箔片电磁压制制备方法，该方法得到的环保钎料箔片致密性好，密度高。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
提供一种环保钎料箔片电磁压制制备方法，具体为：按预定钎料合金中各元素的化学计量比称取金属粉末原料，将金属粉末原料称放入电磁压制装置的模具型腔中，所述模具型腔与所需压制成型的环保钎料箔片形状相匹配，利用电磁压制工艺进行放电压制成形，放电电压为700-1300V，放电电容为8200-14350μF，然后将所得压坯经脱模、烧结合金化后得到环保钎料箔片。
按上述方案，所述放电次数为1-2次。
按上述方案，所述烧结工艺为：将压坯置于高温炉中，于氩气气氛下450～600℃进行烧结，随炉冷却即得环保钎料箔片。
按上述方案，所述烧结时间为30min-1h。
按上述方案，所述环保钎料箔片的厚度为0.1～1.5mm。
本发明中，所用电磁压制设备可采用为拥有自主知识产权的自制电磁压制设备，如黄尚宇等人在文献《PZT陶瓷粉末低电压电磁压制实验研究》中所披露的设备(塑料工程学报，2007,2(1)：42-47)。
本发明通过粉末冶金方法结合电磁压制技术制备环保钎料箔片的方法具有以下有益效果：
1、本发明所述制备方法采用电磁压制成形技术，将钎料金属粉末放入电磁压制设备模具中进行压制，然后经压制成形的钎料经烧结合金化后即得到致密均匀、性能良好的钎料箔片，可直接用于钎焊封装工序，工艺过程简单，成品率高，生产成本低，易于质量控制和实现工业化生产；2、与传统轧制法相比，其直接利用纯金属粉末塑性好的特点压制成形再合金化，有效回避了传统方法中将环保钎料合金化后再成型因合金脆性相多、塑性差而成形困难的难题；3、本发明可根据封装产品形状、尺寸采用不同形状、规格的模具，从而一次成形制备出与封装产品形状相匹配的钎料箔片，简单便捷。
附图说明
图1为本发明实施例所用电磁压制工装示意图；
图2为实施例4所制备的环保钎料箔片相对密度与放电电压的关系曲线图；
图3为实施例5所制备的环保钎料箔片相对密度与压坯径高比的关系曲线图；
图4为实施例6所制备的环保钎料箔片相对密度与压制次数的关系曲线图；
图5为实施例3所制备的环保钎料箔片烧结前后断口扫描电镜图片。
其中1-金属粉末原料；2-模具型腔。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例采用电磁压制方法制备环保钎料箔片，所用电磁压制工装示意图如图1所示，具体工作过程为：按预定钎料合金化学计量比称取金属粉末原料1，将金属粉末原料1称取设定量放入模具型腔2中，利用电磁压制工艺进行压制成形，其中放电电压为700-1300V，放电电容为8200-14350μF，放电次数为1-2次，所得压坯经脱模后置于高温炉中，通入纯度≥99.9％的氩气气氛，室温条件下升温至450～600℃进行烧结，随炉冷却即得到环保钎料箔片。
本发明实施例选用Ag56Cu22Zn17Sn5系无镉银基钎料进行压制，以Ag、Cu、Zn、Sn金属粉按化学计量比(如表1)称取，混合均匀。
表1 钎料元素成分及质量分数
元素 Ag Cu Zn Sn
质量分数(％) 56 22 17 5
实施例1
按上述钎料合金化学计量比称取金属粉末原料，将金属粉末原料称取1.854g放入模具型腔中，利用电磁压制工艺进行压制成形，放电电压为1300V，电容为14350μF，放电次数为1次，所得压坯经脱模后置于高温炉中，通入纯度≥99.9％的氩气气氛，室温条件下以5℃/min的速度升温至600℃进行烧结，烧结时间为30min，随炉冷却即得到厚度1mm的环保钎料箔片。所得环保钎料箔片密度为7.83g/cm3，相对密度为85％(相对密度＝实际密度/理论密度)。
实施例2
按上述钎料合金化学计量比称取金属粉末原料，将金属粉末原料称取1.854g放入模具型腔中，利用电磁压制工艺进行压制成形，放电电压为1000V，电容为14350μF，放电次数为1次，所得压坯经脱模后置于高温炉中，通入纯度≥99.9％的氩气气氛，室温条件下升温至600℃进行烧结，烧结时间为30min，随炉冷却即得到厚度1.2mm的环保钎料箔片。所得环保钎料箔片密度为7.44g/cm3，相对密度为81％。
实施例3
按上述钎料合金化学计量比称取金属粉末原料，将金属粉末原料称取1.854g放入模具型腔中，利用电磁压制工艺进行压制成形，放电电压为700V，电容为8200μF，放电次数为1次，所得压坯经脱模后置于高温炉中，通入纯度≥99.9％的氩气气氛，室温条件下升温至450℃进行烧结，烧结时间为1h，随炉冷却即得到厚度1.5mm的环保钎料箔片。所得环保钎料箔片密度为5.82g/cm3，相对密度为62％。如图5所示为本实施例所制备的环保钎料箔片烧结前后断口扫描电镜图片，由图可见环保钎料箔片烧结后形成了金属合金，颗粒间结合更紧密，因而机械强度更高、力学性能更优良。
实施例4
按上述钎料合金化学计量比称取金属粉末原料，将金属粉末原料放入模具型腔中，改变放电电压和电容参数，利用电磁压制工艺进行压制成形，放电次数为1次，所得压坯经脱模后置于高温炉中，通入纯度≥99.9％的氩气气氛，室温条件下升温至600℃进行烧结，烧结时间1h，所得钎料箔片相对密度与放电电压关系如图2所示，所得钎料箔片厚度为0.1～1.5mm。数据表明随着放电电压或放电电容增大，钎料箔片的密度逐渐增加。
实施例5
按上述钎料合金化学计量比称取金属粉末原料，按径高比为8、16和32分别称取设定量金属粉末原料放入模具型腔中，放电电压为1000V，电容为14350μF，利用电磁压制工艺进行压制成形，放电次数为1次，烧结工艺与实施例4相同，所得钎料箔片相对密度与压坯径高比的关系曲线图如图3所示，其中对比曲线为采用同样配方按传统静压150MPa条件下压制，数据表明：采用本发明电磁压制方法制备钎料箔片与传统静压方法相比相对密度提高可达12％；同时增加箔片径高比能有效提高钎料箔片密度，获得更致密、钎焊性能和力学性能更优良的钎料箔片。
实施例6
按上述钎料合金化学计量比称取金属粉末原料，将金属粉末原料称取1.854g放入模具型腔中，利用电磁压制工艺进行压制成形，放电电压为1000V，电容为14350μF，分别进行1次放电压制和2次放电压制，烧结工艺与实施例4相同，所得钎料箔片相对密度与压制次数关系图如图4所示。数据表明两次电磁压制能有效提高箔片密度，获得更致密的钎料箔片。
综上分析，相比传统静压所得到的钎料箔片，通过合适的放电能量，经电磁压制制备的钎料箔片致密度有显著的提高。因此在电磁压制钎料金属粉末时，只要放电电压、电容参数合理，提供足够的放电能量，进行一次或多次放电压制，再经过特定的烧结工艺，就能获得高致密度的钎料箔片。

Claims (5)

1.一种环保钎料箔片电磁压制制备方法，其特征在于：按预定钎料合金中各元素的化学计量比称取金属粉末原料，将金属粉末原料称放入电磁压制装置的模具型腔中，所述模具型腔与所需压制成型的环保钎料箔片形状相匹配，利用电磁压制工艺进行放电压制成形，放电电压为700-1300V，放电电容为8200-14350μF，然后将所得压坯经脱模、烧结合金化后得到环保钎料箔片。
2.根据权利要求1所述的环保钎料箔片电磁压制制备方法，其特征在于：所述放电次数为1-2次。
3.根据权利要求1所述的环保钎料箔片电磁压制制备方法，其特征在于所述烧结工艺为：将压坯置于高温炉中，于氩气气氛下450～600℃进行烧结，随炉冷却即得环保钎料箔片。
4.根据权利要求3所述的环保钎料箔片电磁压制制备方法，其特征在于：所述烧结时间为30min-1h。
5.根据权利要求3所述的环保钎料箔片电磁压制制备方法，其特征在于：所述环保钎料箔片厚度0.1～1.5mm。
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