CN112643240A - 一种应用于高频数据线线焊接的新型低温高导电率钎料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于高频数据线线焊接的新型低温高导电率钎料及其制备方法，该钎料由锡、银、铜、X1、X2、X3、镓组成；本发明对Sn Ag Cu钎料存在的熔点偏高、润湿性较差等不足，研究了不同金属(x＝1/2/3)含量对Sn Ag3.5Cu0.7钎料性能的影响。结果表明，随着X1含量的增加，Sn Ag3.5Cu0.7钎料的固液相线呈增长趋势，但均低于230℃；当X2含量达到5％时，Sn3.5Ag0.7Cu合金的润湿性随着X2含量的增加而提高。添加少量的Ga可以提高Sn Ag3.5Cu0.7Ga1无铅钎料的抗氧化性，随着Ga含量的增加，产生裂纹时的循环次数依次增加，可以提高钎焊铜合金接头的热疲劳强度.当X3含量达到0.5％时，Sn 3.5Ag0.7Cu合金的润湿性随着Ni含量的增加而提高。本发明焊接工艺好,接头强度高,抗腐蚀性能好，应用5G通讯领域内高频数据。

Description

一种应用于高频数据线线焊接的新型低温高导电率钎料及其 制备方法

技术领域

本发明涉及技术领域,更具体的说是涉及一种应用于高频数据线线焊接的新型低温高导电率钎料及其制备方法。

背景技术

21世纪以来，随着电子工业持续高速的发展，电子设备功能越来越强，应用范围越来越广，而工作环境日趋恶劣，人们对电子设备的可靠性要求越来越高。钎焊技术在电子工业的整机装联技术中始终并将继续居于主导地位。Sn Ag Cu钎料存在熔点偏高、润湿性较差等不足，特别在高频数据线焊接领域内，因Sn Ag Cu高温焊接造成芯线外皮退缩，引起芯线阻抗变化，从而引起接头性能发生变化，因此需研发一种低温高导电率的钎料来实现其连接。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种应用于高频数据线线焊接的新型低温高导电率钎料及其制备方法，其不仅焊接工艺性能好，接头强度高,抗腐蚀性能好的锡基钎料，而且适用于铜与铜及铝铜异种金属的钎焊及真空钎焊。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种应用于高频数据线线焊接的新型低温高导电率钎料，其特征在于，该钎料由锡、银、铜、X1、X2、X3、镓所组成，其成分的质量百分比为铜为0.7％、X1为10％，X2为5％，X3为0.5％，镓1％，余量为锡。

优选的，在上述一种应用于高频数据线线焊接的新型低温高导电率钎料及其制备方法中，所述X1为铟、X2为镍、X3为铋。

优选的，在上述一种应用于高频数据线线焊接的新型低温高导电率钎料及其制备方法中，制备步骤如下：(1)原料计算及称量按钎料成分计算熔炼所需单质和中间合金SnAgCu的质量百分比,并按计算结果称取所需单质和中间合金待用；(2)合金的熔炼将步骤中称量完毕的单质，人工放入陶瓷坩埚中,倒入熔融的覆盖剂至金属单质完全被覆盖,覆盖剂质量比为的和将装有金属单质和覆盖剂的坩埚内，置入300℃的气芬炉中加热,至金属单质完全熔化中间合金SnAgCu及SnX2的加入坩埚中将炉温升高至350℃，将步骤1中称量好的中间合金加入坩埚内的金属液中,待中间合金熔入金属液后用石英棒进行搅拌,并保温30分钟钎料合金的保温将炉温降至250℃℃,对柑祸内金属液保温、30分钟,每隔10分钟用石英棒搅拌一次金属液钎料冷却及取出金属液保温结束后,将坩埚从炉中取出,置于空气中冷却后,去除覆盖剂取出钎料待用。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明主要针对Sn Ag Cu钎料存在的熔点偏高、润湿性较差等不足，研究了不同金属X(x＝1/2/3)含量对Sn Ag3.5Cu0.7钎料性能的影响。结果表明，随着X1含量的增加，Sn Ag3.5Cu0.7钎料的固液相线呈增长趋势，但均低于230℃；X1含量添加10％时，Sn 3.5Ag0.7Cu1X1合金在190℃无卤素松香助焊剂下润湿性较好，当X2含量达到5％时，Sn 3.5Ag0.7Cu合金的润湿性随着X2含量的增加而提高。添加少量的Ga可以提高Sn Ag3.5Cu0.7Ga1无铅钎料的抗氧化性，随着Ga含量的增加，产生裂纹时的循环次数依次增加，可以提高钎焊铜合金接头的热疲劳强度.当X3含量达到0.5％时，Sn 3.5Ag0.7Cu合金的润湿性随着Ni含量的增加而提高。本发明中锡基钎料由单质和中间合金一或一制成,制备步骤如下、原料计算及称量、Sn3.5Ag0.7Cu中间合金的熔炼、中间合金的添加、保温、冷却及取出钎料。本发明钎料是一种焊接工艺性能好,接头强度高,抗腐蚀性能好的锡基钎料,适用于铜与铜及铝铜异种金属的钎焊及真空钎焊。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的焊料微观组织图1。

图2附图为本发明的焊料微观组织图2。

图3附图为本发明的不同银含量接头组织图。

图4附图为本发明的不同X1含量接头组织图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅附图，为本发明公开的一种应用于高频数据线线焊接的新型低温高导电率钎料，具体包括：

该钎料由锡、银、铜、X1、X2、X3、镓所组成，其成分的质量百分比为铜为0.7％、X1为10％，X2为5％，X3为0.5％，镓1％，余量为锡。

为了进一步优化上述技术方案，所述X1为铟、X2为镍、X3为铋。

为了进一步优化上述技术方案，制备步骤如下：(1)原料计算及称量按钎料成分计算熔炼所需单质和中间合金SnAgCu的质量百分比,并按计算结果称取所需单质和中间合金待用；(2)合金的熔炼将步骤中称量完毕的单质，人工放入陶瓷坩埚中,倒入熔融的覆盖剂至金属单质完全被覆盖,覆盖剂质量比为的和将装有金属单质和覆盖剂的坩埚内，置入300℃的气芬炉中加热,至金属单质完全熔化中间合金SnAgCu及SnX2的加入坩埚中将炉温升高至350℃，将步骤1中称量好的中间合金加入坩埚内的金属液中,待中间合金熔入金属液后用石英棒进行搅拌,并保温30分钟钎料合金的保温将炉温降至250℃℃,对柑祸内金属液保温、30分钟,每隔10分钟用石英棒搅拌一次金属液钎料冷却及取出金属液保温结束后,将坩埚从炉中取出,置于空气中冷却后,去除覆盖剂取出钎料待用。

为了进一步优化上述技术方案，研究体钎料微观组织方法与步骤：

(1)选材：锯开钎料合金铸锭，选用石英管下方的铸锭来研究体钎料微观组织；

(2)表面处理：把选择铸锭的横截面打磨到2000#砂纸，并使用1.0μm抛光膏抛光，然后将其腐蚀并用水冲洗和吹干。腐蚀液为4％HCl+96％C2H5OH，腐蚀时间为3s；

(3)观察：采用ZeissSupra55扫描电子显微镜观察体钎料的微观组织，拍摄照片及进行能谱分析。

体钎料的熔化性能测试

运用差示扫描量热法(DSC)对每种钎料的熔化性能进行测试分析。图1为DSC测试设备。试验参数如下：试验样品质量30mg温度区间50-350-50℃；升温与降温速率10℃/min；测试过程中，设备的样品腔室内通Ar气。

体钎料的润湿性能测试

钎料对母材润湿及铺展程度，直接决定焊接接头性能。因此研究体钎料在铝、铜母材上的铺展润湿能力为关键一步，下述为具体实验步骤：

(1)制备焊球：将块状钎料铸锭锯掉厚度约1mm的钎料片，磨去其表面杂质，再用压片机把磨好的薄片轧制到约0.2mm，然后将质量切至约15mg，将其在焊锡炉里熔化制成直径约为1.5mm小焊球；

(2)清洗母材：润湿试验采用的镍、铜母材是TP2

铜，母材规格均是20mm×20mm×1mm，然后对镍、铜母材进行打磨、抛光及去污垢等预处理，然后放入乙醇溶液里用超声振动来清洗，后用吹风机吹干备用；

(3)回流钎焊：放置好镍、铜母材并分别向其中心位置滴一滴质量约为15mg的助焊剂，将制好的焊球放置在铝和铜母材上有助焊剂的位置上，用镊子滚动焊球使助焊剂均匀涂覆在焊球上，然后缓慢放入到回流焊炉中进行回流，其回流温度曲线设定依据为体钎料熔化性能试验，待回流完成取出试样，然后以清水去掉残存焊剂并吹干；

(4)数据处理：给样品拍照，而后通过Photoshop测出钎料在镍和铜母材上铺展面积，每个成分均做3次实验，并以其平均值为最终润湿面积。图2焊接接头界面的微观组织选出一个搭接接头，锯掉母材两端，使其能镶嵌在树脂管中，将镶嵌好的试样进行砂纸打磨、抛光。采用ZeissSupra55(VP)场发射扫描电镜分别对铝、铜界面拍摄背散射照片并对不同类型的相进行能谱分析，以确定各个相的组成。Sn-Ag-Cu系钎料与Cu盘发生化学反应其主要产物为Cu6Sn5(靠近钎料处)和Cu3Sn(靠近Cu基板处)。许多研究者研究发现：Cu与Sn反应生成Cu6Sn5是通过原子的扩散作用使得Cu原子能够扩散到钎料里面进而发生化学反应，如所示，界面化合物的存在阻碍了Cu原子的进一步扩散，那么扩散的Cu原子就与Cu6Sn5再次发生反应生成Cu3Sn，Cu3Sn就在靠近Cu基板一侧存在而Cu6Sn5在IMC层的上方存在。

焊接效果：在220℃下焊接，芯线外皮不后退，接头电阻均匀且稳定，试样焊料采用Sn-Ag-Cu，焊接结果相较之前采用的森阳钎料的焊接结果，失效率为零且性能有所提高，Sn-Ag-Cu钎料整体成分近似共晶成分，在接头内Sn元素均匀分布，性能良好。为保持池内整体均匀性，成分分析结果表明，Sn-Ag-Cu钎料紧密包裹在铜导线周围，整体形状呈圆形或近似圆形。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种应用于高频数据线线焊接的新型低温高导电率钎料，其特征在于，该钎料由锡、银、铜、X1、X2、X3、镓所组成，其成分的质量百分比为铜为0.7％、X1为10％，X2为5％，X3为0.5％，镓1％，余量为锡。

2.根据权利要求1所述的一种应用于高频数据线线焊接的新型低温高导电率钎料，其特征在于，所述X1为铟、X2为镍、X3为铋。

3.根据权利要求1所述的一种应用于高频数据线线焊接的新型低温高导电率钎料的制作方法，其特征在于，制备步骤如下：(1)原料计算及称量按钎料成分计算熔炼所需单质和中间合金SnAgCu的质量百分比,并按计算结果称取所需单质和中间合金待用；(2)合金的熔炼将步骤中称量完毕的单质，人工放入陶瓷坩埚中,倒入熔融的覆盖剂至金属单质完全被覆盖,覆盖剂质量比为的和将装有金属单质和覆盖剂的坩埚内，置入300℃的气芬炉中加热,至金属单质完全熔化中间合金SnAgCu及SnX2的加入坩埚中将炉温升高至350℃，将步骤1中称量好的中间合金加入坩埚内的金属液中,待中间合金熔入金属液后用石英棒进行搅拌,并保温30分钟钎料合金的保温将炉温降至250℃℃,对柑祸内金属液保温、30分钟,每隔10分钟用石英棒搅拌一次金属液钎料冷却及取出金属液保温结束后,将坩埚从炉中取出,置于空气中冷却后,去除覆盖剂取出钎料待用。

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