CN110711970B - 一种抗氧化金锡焊料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗氧化金锡焊料的制备方法，用于镀金后硅铝封装外壳与绝缘子的焊接，该方法主要分为三步，首先按一定比例称取金焊料片和锡焊料片，并将两种焊料均匀的卷在一起；将卷好的焊料卷放入石英舟内，在扩散炉中保温一定时间；最后将制得的金锡焊料在电加热台进行熔化，挑出浮于上方的氧化层，冷却后值得具有抗氧化能力的金锡焊料。本发明通过按照特定比例将金焊料和锡焊料进行混合熔融，并反复挑出表面氧化层，最终使制得的金锡焊料具有良好的抗氧化性。

Description

一种抗氧化金锡焊料的制备方法
技术领域
本发明属于封装领域焊接材料处理技术，特别是一种抗氧化金锡焊料的制备方法。
背景技术
在光电子封装及高可靠性军用电子元器件封装领域，金锡焊料是一种广泛应用于焊接的贵金属焊料。其中以金锡共晶焊料最为常见，其熔点最低为278℃，金的质量分数为80％。其在250℃以下具有很高的屈服强度，具有优异的焊接工艺性能和焊接接头强度，能够胜任气密性的要求。其次，金锡焊料具有一定的抗氧化性能，且抗热疲劳和抗蠕变性能优良。焊料流动性好，基于这些优点，金锡焊料已经成为电子元器件封装领域最为常用的焊料之一。
航空航天用微波组件正朝着大功率、轻量化和高性能方向发展，高硅铝合金因其密度低，热膨胀系数(CTE)与微波组件内部的芯片、基板相匹配，散热性能优良，机械加工性能良好等特点，已逐渐替代导热性差或者比重大的可伐合金及铜钨合金等，成为了航空航天用微波组件主要外壳材料。而在硅铝外壳的焊接过程中，要用到大量的金锡焊料。
在焊接过程中，焊料的氧化现象对焊接性能有着致命的影响，焊料的氧化会使焊接处变得疏松多孔，影响焊接强度和外壳气密性。常见的焊料制备方法主要是通过一步或多步的熔炼，制备方法较为繁琐，且较易被氧化。通常通过向金锡焊料中添加微量元素来提升焊料的抗氧化性，但此方法会对焊料的可焊性造成一定的影响，并且添加微量元素后会使熔炼温度升高，增加生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗氧化金锡焊料的制备方法，用于硅铝类封装外壳的零件焊接，在不向金锡焊料中引入其他元素的前提下提升焊料的抗氧化性能。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种抗氧化金锡焊料的制备方法，包括：
按比例称取金焊料片和锡焊料片，并进行包卷；
将卷好的金锡焊料卷放入扩散炉内加热保温；
对制得的金锡焊料进行去氧化层处理。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：(1)本发明通过按照特定比例将金焊料和锡焊料进行混合熔融，并反复挑出表面氧化层，最终制得具有良好抗氧化能力的金锡焊料；(2)本发明采用叠层复合法，并未引入其他元素，通过调整金锡焊料中金锡的质量分数来获得具有抗氧化性能的金锡焊料，并在350～370℃的热台上多次挑出浮于焊料上方的氧化层，最终制得了具有优良抗氧化性能的金锡焊料。
具体实施方式
一种抗氧化金锡焊料的制备方法，制备的抗氧化金锡焊料适用于各类硅铝封装外壳及梯度硅铝封装外壳的零件焊接，该方法包括以下步骤：
1)按比例称取金焊料片和锡焊料片，并进行包卷；其中金的质量分数为76～78％，锡的质量分数为22～24％；
2)将卷好的金锡焊料卷放入扩散炉内加热保温；具体为：
先将称好的金焊料片平铺，再将锡焊料片置于金焊料片上，将两层焊料片紧密包卷制成混合焊料卷；
将卷好的金锡焊料卷置于石英舟上，将石英舟放入扩散炉内加热保温。
3)对制得的金锡焊料进行去氧化层处理。
进一步的，加热保温阶段，在扩散炉中氢气气氛下进行，升温速率10℃/min，升温至290～310℃保温5～10min后，再以5℃/min的速率升至320～340℃，保温25～40min后随炉冷却至室温。
进一步的，去氧化层时，将制得的金锡焊料置于石英台上，将石英台放在电加热台上，升温至350～370℃；制得金锡焊料在石英台上熔化后，用玻璃棒挑出浮于上方的氧化层，反复5～8次，直至表面没有氧化层浮出。
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例
以尺寸为150mm×300mm的金焊料和锡焊料为原料说明抗氧化金锡焊料的制备方法，具体实施方式如下：
(1)称取一片150mm×300mm的金焊料质量为15.6g，按照质量分数称取锡焊料4.4g置于金焊料上；
(2)金焊料在下，锡焊料在上，将两片焊料紧密包卷制成焊料卷，放入石英舟内，再将石英舟送入扩散炉内；
(3)扩散炉内抽真空后冲入氢气，以10℃/min的速率进行升温，升温至290～310℃保温5～10min后，再以5℃/min的速率升至320～340℃，保温25～40min后随炉冷却至室温，制得金锡焊料粗品；
(4)将上步制得的金锡焊料粗品放于石英台上，石英台置于电加热台之上，加热升温至350～370℃焊料熔化，用玻璃棒挑去浮于焊料上方的氧化层，反复5～8次后，直至焊料表面无氧化层浮出；
(5)待电加热台冷却至室温后，焊料凝固，制得一种抗氧化的金锡焊料。
采用本发明方法制备得到的抗氧化金锡焊料，经试验在镀金硅铝外壳表面具有良好的焊接流动性，焊后焊接接头强度满足使用要求，焊缝处无孔洞。
本发明称取焊料后进行叠层放置时，可以金锡间隔多层叠放，但要保证金锡的总质量分数分别为76～78％和22～24％。
本发明中金锡焊料叠层放置时金层在外，锡层在内，不易氧化，且锡层在变形时不易流失而造成金过量。制成的焊料片能保证焊料在焊接温度下发生共晶反应，得到成分均匀，致密的焊接头。
本发明金锡焊料的扩散过程要在氢气气氛中进行，在320～340℃的条件下保温25～40min。
本发明最后制得的金锡焊料要经过去氧化层步骤，该过程在350～370℃热台上进行，用玻璃棒反复挑出浮于金锡焊料表面的氧化层，直至表层再无氧化层浮出。

Claims (5)

1.一种抗氧化金锡焊料的制备方法，其特征在于，包括：
按一定比例称取金焊料片和锡焊料片，其中金的质量分数为76～78％，锡的质量分数为22～24％；将称好的金焊料片平铺，再将锡焊料片置于金焊料片上，将两层焊料片紧密包卷制成混合焊料卷；
将卷好的金锡焊料卷放入扩散炉内加热保温；
对制得的金锡焊料进行去氧化层处理；去氧化层的方法为：将制得的金锡焊料置于石英台上，将石英台放在电加热台上，升温至350～370℃；制得金锡焊料在石英台上熔化后，用玻璃棒挑出浮于上方的氧化层，反复5～8次，直至表面没有氧化层浮出。
2.根据权利要求1所述的抗氧化金锡焊料的制备方法，其特征在于，称取焊料后进行叠层放置时，金锡焊料间隔多层叠放。
3.根据权利要求1所述的抗氧化金锡焊料的制备方法，其特征在于，将卷好的金锡焊料卷置于石英舟上，将石英舟放入扩散炉内加热保温。
4.根据权利要求3所述的抗氧化金锡焊料的制备方法，其特征在于，加热保温阶段，在扩散炉中氢气气氛下进行，升温速率10℃/min，升温至290～310℃保温5～10min后，再以5℃/min的速率升至320～340℃，保温25～40min后随炉冷却至室温。
5.根据权利要求1所述的抗氧化金锡焊料的制备方法，其特征在于，加热保温阶段，在扩散炉中氢气气氛下进行，升温速率10℃/min，升温至290～310℃保温5～10min后，再以5℃/min的速率升至320～340℃，保温25～40min后随炉冷却至室温。
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