CN109848612B - 一种新型复合焊料片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型复合焊料片的制备方法，首先将金属焊料粉末、合金粉末混合球磨均匀，然后加入添加剂制成膏料，接着将膏料均匀涂敷在预处理过的泡沫金属表面，无氧条件下烧结并压延成箔即可。该方法通过添加合金元素使得泡沫金属强度得到明显改善，以膏料的方式混合一方面使得合金元素的添加量精确可控，另一方面相对于电镀、化学镀更加简单方便。

Description

一种新型复合焊料片的制备方法
技术领域
本发明涉及焊接材料技术领域，具体涉及一种基于泡沫金属的新型复合焊料片及其制备方法。
背景技术
陶瓷与金属之间的连接一直以来都是电子制造领域的难点问题。由于陶瓷与金属的晶体结构差异性较大，两者在物化性质上存在较大差别，使得金属焊料与陶瓷间具有较差的润湿性和较低的冶金结合强度。
泡沫金属具有质轻、比强度高等优良特性，是一种很好的金属强化材料。将低熔点的焊料合金填充入高熔点的泡沫金属中不仅能够有效的改善焊料合金的冶金活性，而且还能显著提升接头强度。中国专利CN106825999A公开了一种泡沫金属复合焊料片的制备方法，该方法存在活性金属层均匀性较差、操作步骤繁琐等缺陷，不能一次性添加多种合金元素且不能准确控制各合金元素含量。中国专利CN108453414A公开了一种Sn基复合焊料片的制备方法，其各层泡沫金属在层叠压延过程中易造成金属骨架破碎，使得焊料片力学性能降低，本申请与其相比中泡沫金属骨架得到了初步合金化，焊料片强度明显提高。中国专利CN107486651A公开了一种低温焊料片的制备方法，本申请与其相比添加的多种合金元素在改善骨架强度的同时，还能改善泡沫金属与基材难润湿的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有焊料片存在的上述问题，提供一种基于泡沫金属的新型复合焊料片。该复合焊料片的制备方法具体如下：
首先将金属焊料粉末与金属粉末混合均匀，再加入添加剂制成金属膏料，最后将金属膏料涂敷在泡沫金属表面，烧结、压延即可。
进一步的，所述金属焊料粉末选自Sn基焊料粉末、Al基焊料粉末、铜基焊料粉末、银基焊料粉末(如纯银)中的一种。
进一步的，所述金属粉末选自Ag、Cu、Zn、Ti、Cr、Zr、V、Cs等其中一种或几种。金属粉末与金属焊料粉末基体元素不同，即金属粉末为Ag时，金属焊料不能是银基但可以是铜基。
进一步的，所述泡沫金属选自泡沫钛、泡沫镍、泡沫铜中的任意一种，泡沫金属的孔隙率为60％-98％。泡沫金属与金属粉末、金属焊料粉末基体元素都不同。
进一步的，金属焊料粉末、金属粉末混合时的质量比为x：(1-x)，18％≤x≤75％。
进一步的，所述添加剂包括硼酸盐、无水乙醇、丙烯酸酯等，添加剂的加入量约占金属焊料粉末与金属粉末总质量的10％-15％。硼酸盐的加入量占添加剂质量的40％-50％，无水乙醇的加入量占添加剂质量的22％-25％，丙烯酸酯的加入量占添加剂质量的20％-30％。硼酸盐能起到去除氧化物的作用，并能在高温下持续抑制氧化反应；丙烯酸酯可提高焊膏粘结性，避免出现开裂等现象；无水乙醇为添加剂溶剂。
进一步的，所述泡沫金属在涂覆前需进行表面处理(包括除油、除锈、超声清洗)，然后置于40-50℃环境下预热5-15min。
进一步的，金属焊料粉末与金属粉末混合后置于球磨机中，在200-600rpm转速下球磨2-6h。
进一步的，金属膏料涂敷在泡沫金属表面后静置1-10min，然后隔绝氧气在100-1000℃下保温烧结1-4h。
进一步的，所述复合焊料片的厚度为0.05-0.5mm。
本发明通过在金属焊料粉中添加金属粉末将其球磨后加入添加剂制成膏剂，再将其涂敷在泡沫金属表面，最后烧结压延得到复合焊料片。烧结合金元素能够提高泡沫金属自身强度，通过调整膏料粘度进而能够方便的调整合金元素添加比例。焊料片中金属粉末与金属骨架的合金化处理，有助于提高焊料合金与泡沫骨架之间以及复合焊料与母材之间的界面结合性能。与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在以下几个方面：
(1)通过添加合金元素并进行烧结，使得泡沫金属的强度得到了明显改善，合金元素的添加还能改善基体材料与泡沫金属骨架的冶金结合性能，从而尽可能避免焊接缺陷的产生，彻底解决了泡沫金属与基体材料难润湿的问题；
(2)与电镀或化学镀等方法相比，利用膏料添加活性金属的方式操作简便，并且可以方便灵活地调整合金元素比例，实现其精确可控添加；
(3)经过烧结处理的复合焊料片得到初步合金化，焊接时能在较短时间内成为可适应较高温度的全IMC焊接接头，达到合金强化的目的。
附图说明
图1为本发明制备方法示意图。
具体实施方式
为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例进行进一步说明。
如图1所示，以孔隙率为60％的泡沫钛、纯铜焊料粉末和纯银合金粉末为例，制备新型焊料片的过程如下：
对尺寸为30mm×50mm×0.5mm的泡沫钛进行除油除锈处理，然后超声波清洗10min左右，最后将其置于50℃的去离子水中水浴5min左右，备用。将纯铜焊料粉末和纯银合金粉末按照28:72的质量比混合，接着投入到行星式球磨机中球磨2h左右(200-600rpm，下同)，向球磨混合物中加入相当于其(球磨混合物)总重量10％的添加剂。添加剂成分及含量为：硼酸盐45％、无水乙醇25％、丙烯酸酯30％。将混合物调制成膏料，接着将处理好的泡沫钛浸润在膏料中，静置1min使膏料均匀附着在泡沫钛表面，取出后将其转移至无氧环境中，在1000℃下保温烧结1-4h，最后压延成0.5mm厚的复合焊料箔。
显微分析结果表明，复合焊料片中铜和银弥散分布于焊料片中，经过烧结处理合金元素起到了较好的弥散效果，且铜、银、钛金属间未产生大量冶金产物。样品性能测试结果表明，本发明既改善了焊料片强度，又保证了焊接过程中复合焊料片的流动性。
实施例2
以孔隙率为80％的泡沫钛、纯铜焊料粉末和银、铟合金粉末为例，制备新型焊料片的过程如下：
对尺寸为50mm×60mm×0.5mm的泡沫钛进行除油除锈处理，然后超声波清洗10min左右，最后将其置于45℃的去离子水中水浴10min左右，备用。将纯铜焊料粉末、银粉末、铟粉末按照22:63:15的质量比混合，接着投入到行星式球磨机中球磨2h左右，向球磨混合物中加入相当于其总重量10％的添加剂。添加剂成分及含量为：硼酸盐45％、无水乙醇25％、丙烯酸酯30％。将混合物调制成膏料，然后将处理好的泡沫钛浸润在膏料中，静置1min使膏料均匀附着在泡沫钛表面，取出后将其转移至无氧环境中，在950℃下保温烧结1-4h，最后压延成0.4mm厚的复合焊料箔。
为充分了解本发明各实施例制得的复合焊料片的性能和微观结构，复合焊料片中铜和银弥散分布于焊料片中，经过烧结处理合金元素起到了较好的弥散效果，且铜、银、钛金属间未产生大颗粒冶金产物。在焊接过程中，焊料片中各合金元素相互扩散能促进IMC的形成，达到合金强化效果。
实施例3
以孔隙率为98％的泡沫钛、纯铜焊料粉末和银、铟合金粉末为例，制备新型焊料片的过程如下：
对尺寸为30mm×50mm×0.5mm的泡沫钛进行除油除锈处理，然后超声波清洗10min左右，最后将其置于40℃的去离子水中水浴10min左右，备用。将纯铜焊料粉末、银粉末、铟粉末按照22:63:15的质量比混合，接着投入到行星式球磨机中球磨2h左右，向球磨混合物中加入相当于其总重量10％的添加剂。添加剂成分及含量为：硼酸盐50％、无水乙醇25％、丙烯酸酯25％。将混合物调制成膏料，接着将处理好的泡沫钛浸润在膏料中，静置1min使膏料均匀附着在泡沫钛表面，取出后将其转移至无氧环境中，在1000℃下保温烧结1-4h，最后压延成0.5mm厚的复合焊料箔。
显微分析结果表明，复合焊料片中铜和银弥散分布于焊料片中，经过烧结处理合金元素起到了较好的弥散效果，且铜、银、钛金属间未产生大颗粒冶金产物。在焊接过程中，焊料片中铜、银、钛元素竞争反应可促进金属间化合物形成。

Claims (8)

1.一种新型复合焊料片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先将金属焊料粉末与金属粉末混合均匀，再加入添加剂制成金属膏料，最后将金属膏料涂敷在泡沫金属表面，烧结、压延即可；所述金属焊料粉末、金属粉末混合时的质量比为x:(1-x)，18％≤x≤75％；所述添加剂包括硼酸盐、无水乙醇、丙烯酸酯，添加剂的加入量相当于金属焊料粉末与金属粉末总质量的10％-15％。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述金属焊料粉末选自Sn基焊料粉末、Al基焊料粉末、铜基焊料粉末、银基焊料粉末中的一种。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述金属粉末选自Ag、Cu、Zn、Ti、Cr、Zr、V、Cs中的任意一种或几种。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述泡沫金属选自孔隙率为60％-98％的泡沫钛、泡沫镍、泡沫铜中的任意一种。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：硼酸盐的加入量占添加剂质量的40％-50％，无水乙醇的加入量占添加剂质量的22％-25％，丙烯酸酯的加入量占添加剂质量的20％-30％。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述泡沫金属在涂敷前需进行表面处理，然后置于40-50℃环境下预热5-15min。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：金属焊料粉末与金属粉末混合后置于球磨机中，在200-600rpm转速下球磨2-6h，所得金属膏料涂敷在泡沫金属表面后静置1-10min，然后隔绝氧气在100-1000℃下保温烧结1-4h。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述复合焊料片的厚度为(0.05-0.5)mm。
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