CN112548306A - 一种锡基钎料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种锡基钎料及其制备方法与应用 Download PDF

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易耀勇
高海涛
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Abstract

本发明公开了一种锡基钎料及其制备方法与应用，属于焊接技术领域。该锡基钎料的制备方法包括以下步骤：采用超声滚压焊接方式对金属箔堆叠层进行固相焊接。金属箔堆叠层由至少一层第一金属箔和至少一层第二金属箔交替堆叠而成；第一金属箔为锡箔，第二金属箔由除锡以外的金属形成。通过超声波固相焊对金属箔堆叠层进行焊接，具有高速率及低能耗的优势，可实现Sn基金属跟其余金属之间良好的冶金结合，形成厚度可控的Sn基堆叠层钎料，该钎料可用于焊接同种或异种材料，焊接性能优异。

Description

一种锡基钎料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体而言，涉及一种锡基钎料及其制备方法与应用。
背景技术
在电子封装领域，随着电子元器件越来越小以及封装密度越来越高，互联点间距不断减小，在生产制造时钎料的润湿性仍然是行业中不可跨越的屏障。锡基软钎料是电路板件器材的连接中最常用的钎料，由于其良好的润湿性和铺展特性，更是作为业界的“宠儿”而被延用至今。
用于电子设备和装置中的锡基软钎料多达上百种它们多以条状、丝状等轧制品形式或粉末形式面向用户。一方面,这些合金中含锡量较高,用传统熔炼法制取时锡偏析严重,合金成分不均匀；另一方面在进行挤压、轧制、拉拔等成品再加工的过程中,位于钎料表面的活性剂、润滑剂、粘结剂等容易渗透到钎料内部,焊后在钎缝中形成气孔、氧化物夹杂等缺陷。
Sn基薄带钎料作为锡基软钎料一种代表性焊料，其常用的制备方法通常分为两步，第一步需经过前期的合金成分配比，将多种合金经过真空熔炼的方法，将熔炼后的合金浇注成铸锭；第二步需要将熔炼后的铸锭，经过轧制或者甩带等相关工艺，制备成所需要的薄带钎料。
就目前Sn基薄带钎料的常用制备方法而言，其过程相对较为繁琐，制备周期相对较长，制造成本相对较高。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一包括提供一种锡基钎料的制备方法以解决上述技术问题。
本发明的目的之二包括提供一种由上述制备方法制备而得的锡基钎料。
本发明的目的之三包括提供一种上述锡基钎料的应用。
本发明的目的之四包括提供一种由上述锡基钎料与对焊件焊接而得材料接头。
本发明的目的之五包括提供一种含有上述锡基钎料或上述材料接头的电子元件。
本申请可这样实现：
第一方面，本申请提供一种锡基钎料的制备方法，包括以下步骤：采用超声滚压焊接方式对金属箔堆叠层进行固相焊接。
金属箔堆叠层由至少一层第一金属箔和至少一层第二金属箔交替堆叠而成。第一金属箔为锡箔，第二金属箔由除锡以外的金属形成。
在可选的实施方式中，超声滚压焊接的压力为100-1500N，超声功率为1000-5000W，振动频率为15-75kHz。
在优选的实施方式中，超声滚压焊接的压力为500-1200N，超声功率为2500-4000W，振动频率为30-50kHz。
在可选的实施方式中，第二金属箔中的金属包括Cu、Ag、Zn及Bi中的至少一种。
在可选的实施方式中，锡基钎料中，Sn的重量百分数为40-95％。
在可选的实施方式中，当锡箔的层数为多层时，位于金属箔堆叠层的最外层均为锡箔。
在可选的实施方式中，金属箔堆叠层的总厚度不大于2mm，宽度不小于5mm。
在可选的实施方式中，焊接前，还包括对待焊接的第一金属箔和第二金属箔进行表面处理。
在可选的实施方式中，表面处理包括表面除油污处理和表面氧化膜清理中的至少一种。
在可选的实施方式中，表面处理包括：用砂纸对待处理的金属箔的表面进行打磨清理，随后再放入有机试剂中进行超声清洗。
在可选的实施方式中，焊接后，还包括：将金属箔堆叠层切割成预设形状及尺寸。
在可选的实施方式中，切割采用激光切割系统进行。
第二方面，本申请提供一种锡基钎料，由如前述实施方式任一项的制备方法制备而得。
第三方面，本申请提供如前述实施方式的锡基钎料的应用，例如用于辅助对焊件之间的焊接。
在可选的实施方式中，对焊件的材料包括Cu、Al、A1N、A1SiC、Bi2Te3、PCB和覆铜板中的任意一种。
在可选的实施方式中，对焊件为覆铜板，优选为PCB覆铜板。
第四方面，本申请提供一种材料接头，由如前述实施方式的锡基钎料与对焊件焊接而得，对焊件包括第一焊接件和第二焊接件，锡基钎料位于第一焊接的焊接面及第二焊接件的焊接面之间。
在可选的实施方式中，锡基钎料与对焊件的焊接采用钎焊或扩散焊的方式进行。
在可选的实施方式中，对焊件为覆铜板，优选为PCB覆铜板。
第五方面，本申请提供一种电子元件，其含有如前述实施方式的锡基钎料或如前述实施方式的材料接头。
本申请的有益效果包括：
本申请通过超声波固相焊对金属箔堆叠层进行焊接，具有高速率及低能耗的优势，有效地解决目前锡基钎料制备工艺繁琐、制备成本高、制备周期长等缺点。该方法可实现锡基金属跟其余金属之间良好的冶金结合，形成厚度可控的锡基堆叠层钎料。将所得的锡基钎料与另两种待连接金属直接焊接在一起，可获得一种宏观结构为待连接材料-焊缝-另一种待连接材料的同种及异种材料接头，焊接性能优异。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请提供的超声滚压焊接系统制备金属箔堆叠层模型示意图；
图2为本申请提供的金属箔堆叠层后期激光切割加工系统示意图；
图3为本申请提供的金属箔堆叠层焊接同种及异种材料示意图。
图标：1-多层金属箔；2-石墨垫片；3-滚轮压头；4-金属箔堆叠层；5-激光切割系统；6-锡基钎料；7-第一焊接件；8-第二焊接件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本申请提供的锡基钎料及其制备方法与应用进行具体说明。
目前，Sn基薄带钎料通常采用采用单辊成型法及双辊成型法制备，上述制备方法相对较为繁琐，制备周期相对较长，制造成本相对较高。
鉴于此，请参照图1至图3，本申请提出一种锡基钎料6的制备方法，其包括以下步骤：采用超声滚压焊接方式对金属箔堆叠层4进行固相焊接。
上述金属箔堆叠层4由至少第一金属箔和至少第二金属箔交替堆叠而成。其中，第一金属箔为锡箔，第二金属箔由除锡以外的金属形成。
在可选的实施方式中，第二金属箔中的金属包括Cu、Ag、Zn及Bi中的至少一种。可参考地，本申请中的锡基钎料6可按照以下重量百分比计的以下原料堆叠制成：Sna+Bib+Agc+Cud+Zne，其中，a+b+c+d+e＝100％，95％≥a≥40％，且a、b、c、d均≥0。也即，在某些实施方式的锡基钎料6中，Sn的重量百分数可以为40-95％，如40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％等。
在可选的实施方式中，锡箔的层数可以为1层也可以为多层。第二金属箔的层数可以为1层也可以为多层。当锡箔的层数为多层时，位于金属箔堆叠层4的最外层优选均为锡箔层。例如，锡箔层的层数为2层，第二金属箔的层数为1层，则金属箔堆叠层4由2层锡箔层和1层第二金属箔层堆叠而成，该3层结构可理解成“三明治夹层结构”，也即最外层均为锡箔层，第二金属箔层夹于2层锡箔层之间。值得说明的是，可根据实际需要调整锡箔层和第二金属箔层的层数和位置。
在可选的实施方式中，金属箔堆叠层4的总厚度不大于2mm，该范围下能够具有较佳的焊接结合力。金属箔堆叠层4的宽度不小于5mm，可满足不同焊件对箔带钎料的尺寸要求。值得说明的是，在超声滚压法制备金属箔堆叠层时，其箔带的结合力随着堆叠层厚度的叠增呈现下降的趋势，经发明人研究得出：当金属箔堆叠层4的总厚度≤2mm时，界面结合力相对较优，能满足实际工况下的使用要求；金属箔堆叠层的宽度主要参考现有电子封装领域中根据电流大小确定铜皮宽度的原则，在选择最大电流为10A时，此时铜皮宽度为5.08mm，本申请在满足其最小使用尺寸的基础上，预留0.5mm至1.0mm的加工余量，以便后期激光切割加工成相应的形状，因此金属箔堆叠层的宽度选定值小于5mm。此外，金属箔堆叠层的长度可根据需要设置，本申请中对其不做过多限定。
值得说明的是，本申请中的第一金属箔和第二金属箔均可以呈带状或片状，此外，也可呈条状等。
在可选的实施方式中，锡基钎料6的超声滚压焊接的压力可以为100-1500N，如100N、500N、1000N、1200N或1500N等，优选为100-1500N。超声功率可以为1000-5000W，如1000W、1500W、2000W、2500W、3000W、3500W、4000W、4500W或5000W等，优选为2500-4000W。振动频率可以为15-75kHz，如15kHz、20kHz、30kHz、40kHz、50kHz、60kHz、70kHz或75kHz等，优选为30-50kHz。
值得说明的是，本申请中将超声滚压焊接的压力设置为100-1500N，其原因在于：根据金属箔堆叠的厚度要求，超声滚压焊接的压力设置不宜过大也不宜过小，过大会导致焊接滚压焊透，而过小会导致薄片间结合力较小，参考本申请中薄片尺寸要求，其最大厚度已超过2mm，在此基础上超声滚压焊接的压力设置不宜大于1500N，而当采用两片较薄的金属箔堆叠时，采用较小的压力会导致箔堆叠结合力较差，本申请中将焊接压力最小值设置为100N可确保箔堆叠结合力较好。
将功率设置为不超过5000W，其原因在于：本申请提供的金属箔堆叠层的总厚度≤2mm，在此基础上采用较大的功率制备金属箔堆叠，会导致金属箔堆叠直接由于焊接功率过大而直接压透的情况，同时考虑设备自身功率大小，本申请中选用的功率设置为不超过5000W。
将振动频率设置为10-70kHz，其原因在于：本申请采用超声滚压法制备的锡基钎料，由多层箔片堆叠而成，当采用较低的振动频率时，焊接热量不足，不能满足箔片的焊接需求，而采用较大的振动频率时，多层箔片容易造成错位等现象，不利于多层箔片的成形，在考虑设备现有配置及多层箔片堆叠的焊接工艺需求的基础上，振动频率设置为10-70kHz。
承上，本申请采用超声滚压焊接制备锡基钎料6，其焊接速度快，可以实现连续成形，通过该方式制备由金属箔堆叠而成的锡基钎料6尤为方便。并且，超声滚压焊接强度较高，稳定性好，工件变形小，焊接过程中不需要对工件通电，当施加足够的能量时，产生局部过热，金属发生摩擦粘接，堆叠的金属箔与待连接材料之间不发生熔化反应，仅依靠原子扩散形成固相或者半固相连接，因此采用该方法在制备的锡基钎料6可以避免脆硬的金属间化合物的产生。而且，超声滚压焊接设备相对简单，超声波发生装置易于控制，可以较好的控制并实现与计算机的配合，有利于自动化生产。
值得说明的是，本申请中上述超声滚压焊接采用的超声滚压系统和相应设备可直接采用现有的市售相关设备，其具体结构在此不做赘述。
在可选的实施方式中，焊接前，还包括对待焊接的第一金属箔和第二金属箔进行表面处理。
表面处理可包括表面除油污处理和表面氧化膜清理中的至少一种。
可参照地，表面处理包括：用砂纸对待处理的金属箔的表面进行打磨清理，随后再放入有机试剂中进行超声清洗。
其中，打磨清理可以用600#、800#、1000#和1200#砂纸中的至少一种对待处理金属箔的表面进行相应处理，当所用的砂纸包括两种或两种以上时，可按砂纸号数的大小由小至大依次进行打磨。超声清洗所用的有机试剂可采用酒精和丙酮。超声清洗可将打磨清理后的金属箔依次用酒精和丙酮清洗，每次清洗时间均可以为4-6min，如5min。
进一步地，按照所需厚度需求，将一层或多层锡箔与一层或多层第二金属箔进行装卡，并利用卡具将锡箔与第二金属箔的连接表面夹紧，使各金属箔材料连接表面紧密接触，随后再进行焊接。
在可选的实施方式中，焊接后，还包括：将金属箔堆叠层4切割成预设形状及尺寸。切割可采用激光切割系统5进行。具体的，切割过程可参照：采用激光切割系统5，将金属箔堆叠层4的未连接区域裁除，并根据待焊材料的待连接表面的尺寸，采用激光切割系统5切除金属箔堆叠层4多余部分，获得形状尺寸符合要求的钎料。该方式有效地解决了异形结构件对特殊形状钎料的要求。
对应的，本申请提供一种由上述制备方法制备得到的锡基钎料6，该锡基钎料6的合金成分均匀，晶粒细小、成分均匀、偏析度小。并且，该锡基钎料6以Sn作为基础元素，具有较低的熔点和良好的润湿性与扩散性，可以满足电子封装材料对低温软钎焊材料的性能要求。此外，该锡基钎料6的成分变化区间广，可根据被焊材料的焊接特性，较大幅度的调节箔带状中间层的成分。
进一步地，本申请还提供了上述锡基钎料6的应用，例如可用于辅助对焊件之间的焊接。
在可选的实施方式中，对焊件例如可以为覆铜板，具体可以为PCB覆铜板。通过利用上述本申请提供的锡基钎料6辅助焊接，可实现电子封装中覆铜板及其它构件的可靠性连接。
相应地，本申请还提供一种材料接头，其由上述锡基钎料6与对焊件焊接而得。其中，对焊件包括第一焊接件7和第二焊接件8，锡基钎料6位于第一焊接的焊接面及第二焊接件8的焊接面之间。
在可选的实施方式中，第一焊接件7和第二焊接件8的材料可以相同或不同。可参考地，对焊件的材料可包括Cu、Al、A1N、A1SiC、Bi2Te3、PCB和覆铜板中的任意一种，如两个焊接件的材料均为纯铜或均为纯铝等，也可由纯铜和其他材料配合。优选地，对焊件具体可以为PCB覆铜板。
在可选的实施方式中，锡基钎料与对焊件的焊接可采用钎焊或扩散焊的方式进行。
具体过程可参照：将厚度适中的锡基钎料6放置于对焊件之间，调节焊接温度与压力，使得焊接温度高于锡基钎料6的熔点，随后对待焊的对焊件进行焊接，并在焊接后保持预设时间。
承上，材料接头的制备过程可归纳如下：
用砂纸打磨的方法清理第一金属箔和第二金属箔的表面以及第一焊接件7和第二焊接件8的待焊接表面。
将第一金属箔和第二金属箔按预设厚度堆叠成多层金属箔1。
将多层金属箔1放置于石墨垫片2上方，用超声滚压焊接系统的滚轮压头3将各金属箔层进行焊接，得到金属箔堆叠层4。
用激光切割系统5通过激光切割的方式将金属箔堆叠层4按预设的形状尺寸进行切割加工，得到预设形状尺寸的锡基钎料6。
将锡基钎料6置于第一焊接件7与第二焊接件8的待焊面之间，采用钎焊或扩散焊的焊接方法将锡基钎料6和第一焊接件7及第二焊接件8进行直接焊接，最终得到所需的材料接头。
进一步地，本申请还提供了一种电子元件，其含有上述锡基钎料6或上述材料接头。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
将2片厚度均为0.15mm的Sn箔及1片厚度为0.1mm的Cu箔，按三明治夹层结构将Cu箔放置于两片Sn箔中间并进行装卡，利用卡具将Sn箔与Cu箔的连接表面夹紧，得到带状多层金属箔1。
其中，Sn箔和Cu箔的表面均用600#、800#、1000#和1200#砂纸依次进行打磨清理，随后依次于酒精及丙酮中各超声清洗5min后而得。
将多层金属箔1置于石墨垫片2上方，用超声滚压焊接系统的滚轮压头3将上述Sn箔片和Cu箔片焊接成宽度大约6mm的带状金属箔堆叠层4(Sn-Cu-Sn箔片堆叠层)。其中，超声滚压焊接的压力为500N，超声功率为2700W，振动频率为45kHz。
用激光切割系统5将带状金属箔堆叠层4的两面进行激光切割加工，形成高度为0.4mm，宽度为3mm，长度为5mm的锡基钎料6。该锡基钎料6中锡的重量百分数为84.85％。
将锡基钎料6置于第一焊接件7及第二焊接件8之间进行搭接装配，第一焊接件7及第二焊接件8均为厚度为2mm，长度为15mm，宽度为5mm的PCB覆铜板，搭接区域为实际焊接面积，其区域与切割的锡基钎料6的大小相等，实际宽度为3mm，长度为5mm。上述PCB覆铜板的连接面均经砂纸打磨清理。
将装配后的装配件放入真空炉中，采用钎焊的方式实现锡基钎料6与两片PCB覆铜板的焊接，真空钎焊的焊接工艺：焊接温度(285℃)，保温时间为15min。
焊后对搭接的实验样品进行剪切实验，搭接样品的剪切强度参照《GB2649-89》最终测得。由于采用的钎焊温度(285℃)高于纯Sn的熔点但是低于纯Cu的熔点，避免了接触所造成的过渡反应，从而减少了金属间化合物的数量。实验测得轧制条件下同等焊接工艺下Sn-Cu-Sn焊料，其剪切强度平均值为19.8MPa，而通过超声滚压焊接系统制备的Sn-Cu-Sn焊料，其接头的剪切强度平均值为20.6MPa，其剪切强度有所提高。
实施例2
将2片厚度均为0.15mm的Sn箔及1片厚度为0.1mm的Ag箔，按三明治夹层结构将Ag箔放置于两片Sn箔中间并进行装卡，利用卡具将Sn箔与Ag箔的连接表面夹紧，得到多层金属箔1。
其中，Sn箔和Ag箔的表面均用600#、800#、1000#和1200#砂纸依次进行打磨清理，随后依次于酒精及丙酮中各超声清洗5min后而得。
将多层金属箔1置于石墨垫片2上方，用超声滚压焊接系统的滚轮压头3将上述Sn箔片和Ag箔片焊接成宽度大约6mm的金属箔堆叠层4(Sn-Ag-Sn箔片堆叠层)。其中，超声滚压焊接的压力为600N，超声功率为2800W，振动频率为45kHz。
用激光切割系统5将金属箔堆叠层4的两面进行激光切割加工，形成高度为0.4mm，宽度为3.5mm，长度为5mm的锡基钎料6。该锡基钎料6中锡的重量百分数为76.74％。
将锡基钎料6置于第一焊接件7及第二焊接件8之间进行搭接装配，第一焊接件7及第二焊接件8均为厚度为4mm，长度为20mm，宽度为5mm的铜板，焊接区域大小与激光切割的锡基钎料6大小相等，其实际区域宽度为3.5mm，长度为5mm。上述铜板的连接面均经砂纸打磨清理。
将装配后的装配件放入真空炉中，采用扩散焊的方式实现锡基钎料6与两片铜板的焊接，真空扩散焊的焊接工艺：焊接温度(300℃)，保温时间为1h，焊接压力为5MPa。
焊后进行剪切试验，该试验方法同实施例1。由于采用的焊接温度(300℃)高于纯Sn的熔点但是低于纯Ag的熔点，避免了接触所造成的过渡反应，从而减少了金属间化合物的数量，接头的剪切强度为87.8MPa，较同等焊接工艺轧制的Sn-Ag-Sn(平均值为85.2MPa)，其接头剪切强度相当并有所提高。
实施例3
将1片厚度为0.3mm的Sn箔及1片厚度为0.3mm的Zn箔，采用叠层的方式将Sn箔放置于Zn箔上方并进行装卡，利用卡具将Sn箔与Zn箔的连接表面夹紧，得到多层金属箔1。
其中，Sn箔和Zn箔的表面均用600#、800#、1000#和1200#砂纸依次进行打磨清理，随后依次于酒精及丙酮中各超声清洗5min后而得。
将多层金属箔1置于石墨垫片2上方，用超声滚压焊接系统的滚轮压头3将上述Sn箔片和Zn箔片焊接成宽度大约6mm的金属箔堆叠层4(Sn-Zn箔片堆叠层)。其中，超声滚压焊接的压力为800N，超声功率为2600W，振动频率为50kHz。
用激光切割系统5将金属箔堆叠层4的两面进行激光切割加工，形成高度为0.6mm，宽度为5mm，长度为5.5mm的锡基钎料6。该锡基钎料6中锡的重量百分数为64.46％。
将锡基钎料6置于第一焊接件7及第二焊接件8之间进行平对接装配，第一焊接件7为厚度5mm，宽度为5mm，长度为25mm的铝板，第二焊接件8为厚度为5mm，宽度为5mm，长度为25mm的铜板，Sn箔靠近铜板方向，Zn箔靠近铝板方向，铜板与铝板的焊接区域与锡基钎料6的大小相等，具体宽度为5mm，长度为5.5mm。上述铝板和铜板的连接面均经砂纸打磨清理。
将装配后的装配件放入真空炉中，采用扩散焊的方式实现锡基钎料6与铜板和铝板的焊接，真空扩散焊的焊接工艺：焊接温度(350℃)，保温时间为2h，焊接压力为6MPa。
焊后进行剪切试验，该试验方法同实施例1。由于Zn和Al之间能相互形成固溶体，钎料合金中的Zn还会从Al基板面上生长出无数刺状固溶体晶须插入钎料作嵌入结合，使得Sn-Zn钎料合金与Al形成的接头强度很高，而Cu板与Sn箔在250℃以上的焊接温度下能够生成Cu6Sn5相，较薄的Cu6Sn5相能够保证其足够的结合强度，Cu-Sn-Zn-Al接头较Cu-Al直接焊接接头的强度大大提高，接头的剪切强度为63.6MPa，较同等焊接工艺下Cu-Al直接焊接接头(32.7MPa)，同等焊接工艺下轧制的Cu-Sn-Zn-Al(平均值为61.4MPa)，其接头剪切强度相当并有所提高。
实施例4
将2片厚度均为0.15mm的Sn箔及1片厚度为0.1mm的Bi箔，按三明治夹层结构将Bi箔放置于两片Sn箔中间并进行装卡，利用卡具将Sn箔与Bi箔的连接表面夹紧，得到多层金属箔1。
其中，Sn箔和Bi箔的表面均用600#、800#、1000#和1200#砂纸依次进行打磨清理，随后依次于酒精及丙酮中各超声清洗5min后而得。
将多层金属箔1置于石墨垫片2上方，用超声滚压焊接系统的滚轮压头3将上述Sn箔片和Bi箔片焊接成宽度大约6.5mm的金属箔堆叠层4(Sn-Bi-Sn箔片堆叠层)。其中，超声滚压焊接的压力为900N，超声功率为2800W，振动频率为45kHz。
用激光切割系统5将金属箔堆叠层4的两面进行激光切割加工，形成高度为0.4mm，宽度为3.5mm，长度为5mm的锡基钎料6。该锡基钎料6中锡的重量百分数为53.16％。
将锡基钎料6置于第一焊接件7及第二焊接件8之间进行搭接装配，第一焊接件7为厚度为4mm，长度为20mm，宽度为5mm的A1N衬板及A1SiC基板Bi2Te3基热电材料，第二焊接件8均为厚度为4mm，长度为20mm，宽度为5mm的铜板，焊接区域大小与激光切割的锡基钎料6大小相等，其实际区域宽度为3.5mm，长度为5mm。上述Bi2Te3基热电材料及铜板的连接面均经砂纸打磨清理。
将装配后的装配件放入真空炉中，采用真快钎焊的方式实现锡基钎料6与Bi2Te3板及铜板的焊接，真空钎焊的焊接工艺：焊接温度(230℃)，保温时间为15min。
焊后进行剪切试验，该试验方法同实施例1。由于Sn-Bi钎料中含有Bi2Te3的主要元素Bi，可对润湿性有较好的影响，同时Sn-Bi钎料中含有Sn能与Cu元素反应生成Cu6Sn5相，能够保证Bi2Te3板及铜板的焊接良好的冶金结合。本实例采用的焊接温度(260℃)高于纯Sn的熔点但是低于纯Bi的熔点，避免了接触所造成的过渡反应，从而减少了金属间化合物的数量。焊后接头的剪切强度为15.2MPa，较同等焊接工艺轧制的Sn-Bi-Sn焊料(平均值为14.7MPa)，其接头剪切强度相当并有所提高。
实施例5
将2片厚度均为0.1mm的Sn箔、1片厚度为0.1mm的Ag箔，按三明治夹层结构将Ag箔放置于两片Sn箔中间并进行装卡，利用卡具将Sn箔及Ag箔的连接表面夹紧，得到多层金属箔1。
其中，Sn箔及Ag箔的表面均用600#、800#、1000#和1200#砂纸依次进行打磨清理，随后依次于酒精及丙酮中各超声清洗5min后而得。
将多层金属箔1置于石墨垫片2上方，用超声滚压焊接系统的滚轮压头3将上述Sn箔片及Ag箔片焊接成宽度大约6mm的金属箔堆叠层4(Sn-Ag-Sn箔片堆叠层)。其中，超声滚压焊接的压力为450N，超声功率为2000W，振动频率为55kHz。
用激光切割系统5将金属箔堆叠层4的两面进行激光切割加工，形成高度为0.3mm，宽度为3mm，长度为5mm的锡基钎料6。该锡基钎料6中锡的重量百分数为68.79％。
将锡基钎料6置于第一焊接件7及第二焊接件8之间进行搭接装配，第一焊接件7为厚度为4mm，长度为20mm，宽度为5mm的A1N衬板，第二焊接件8均为厚度为4mm，长度为20mm，宽度为5mm的A1SiC基板，焊接区域大小与激光切割的锡基钎料6大小相等，其实际区域宽度为3.5mm，长度为5mm。上述A1N衬板及A1SiC基板的连接面均经砂纸打磨清理。
将装配后的装配件放入真空炉中，采用真快钎焊的方式实现锡基钎料6与A1N衬板及A1SiC基板的焊接，真空钎焊的焊接工艺：焊接温度(285℃)，保温时间为5min。
焊后进行剪切试验，该试验方法同实施例1。本实例采用的焊接温度(285℃)高于纯Sn的熔点但是低于纯Bi的熔点，避免了接触所造成的过渡反应，从而减少了金属间化合物的数量。焊后接头的剪切强度为28.5MPa，较同等焊接工艺轧制的Sn-Ag-Sn焊料(平均值为29.4MPa)，其接头剪切强度相当。
综上所述，本申请通过超声波固相焊对金属箔堆叠层进行焊接，具有高速率及低能耗的优势，可实现Sn基金属跟其余金属之间良好的冶金结合，形成厚度可控的Sn基堆叠层钎料，通过钎焊或扩散焊方法将所得的锡基钎料与另两种待连接金属直接焊接在一起，可获得一种宏观结构为待连接材料-焊缝-另一种待连接材料的同种及异种材料接头，焊接性能优异，当连接材料为PCB覆铜板时，可实现电子封装中覆铜板及其它构件的可靠性连接。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锡基钎料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用超声滚压焊接方式对金属箔堆叠层进行固相焊接；
所述金属箔堆叠层由至少一层第一金属箔和至少一层第二金属箔交替堆叠而成；所述第一金属箔为锡箔，所述第二金属箔由除锡以外的金属形成。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，超声滚压焊接的压力为100-1500N，超声功率为1000-5000W，振动频率为15-75kHz；
优选地，超声滚压焊接的压力为500-1200N，超声功率为2500-4000W，振动频率为30-50kHz。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述第二金属箔中的金属包括Cu、Ag、Zn及Bi中的至少一种；
优选地，所述锡基钎料中，Sn的重量百分数为40-95％；
优选地，当所述锡箔的层数为多层时，位于所述金属箔堆叠层的最外层均为所述锡箔。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述金属箔堆叠层的总厚度不大于2mm，宽度不小于5mm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，焊接前，还包括对待焊接的所述第一金属箔和所述第二金属箔进行表面处理；
优选地，表面处理包括表面除油污处理和表面氧化膜清理中的至少一种；
优选地，表面处理包括：用砂纸对待处理的金属箔的表面进行打磨清理，随后再放入有机试剂中进行超声清洗。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，焊接后，还包括：将所述金属箔堆叠层切割成预设形状及尺寸；
优选地，切割采用激光切割系统进行。
7.一种锡基钎料，其特征在于，由如权利要求1-6任一项所述的制备方法制备而得。
8.如权利要求7所述的锡基钎料的应用，其特征在于，所述锡基钎料用于辅助对焊件之间的焊接；
优选地，所述对焊件的材料包括Cu、Al、A1N、A1SiC、Bi2Te3、PCB和覆铜板中的任意一种；
优选地，所述对焊件为覆铜板，更优为PCB覆铜板。
9.一种材料接头，其特征在于，由如权利要求7所述的锡基钎料与对焊件焊接而得，所述对焊件包括第一焊接件和第二焊接件，所述锡基钎料位于所述第一焊接的焊接面及所述第二焊接件的焊接面之间；
优选地，所述锡基钎料与所述对焊件的焊接采用钎焊或扩散焊的方式进行；
优选地，所述对焊件为覆铜板，更优为PCB覆铜板。
10.一种电子元件，其特征在于，所述电子元件含有如权利要求7所述的锡基钎料或如权利要求9所述的材料接头。
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