CN114952082B - 用于高精度坡度工件的复合焊料、其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于高精度坡度工件的复合焊料、其制备方法及应用，涉及焊接技术领域。用于高精度坡度工件的复合焊料的制备方法包括：通过先在多孔泡沫铜表面形成镍镀层，烧结之后形成铜镍合金骨架，利用烧结使多孔泡沫铜和镍镀层相互扩散，镍与铜均匀分布于合金骨架中或者呈一定的浓度梯度分布；将铜镍合金骨架置于熔融的锡基焊料中，以锡基焊料填充在铜镍合金骨架内，经成型处理之后得到复合焊料。在使用时，镍镀层能够阻隔铜与锡快速反应，避免铜合金骨架的完整性和连续性遭到破坏，还能够在应用于坡度工件低温焊接时有效避免溢锡，提高焊接精度。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体而言，涉及用于高精度坡度工件的复合焊料、其制备方法及应用。
背景技术
随着5G通信产品向功能集成化、体积微型化和高频率方向的迅速发展，芯片单位面积上的工作温度急剧攀升，互连焊点需要承受更高的机械载荷和热负荷，从而使电子领域对现有焊点的可靠性要求越来越高，而部分严酷服役环境如航天航空领域和功率器件上更加突出了可靠接头的重要性。传统的Sn基焊料虽然应用广泛，但是也存在一些各自的不足，如纯Sn焊料强度太低，Sn-Pb对人体和环境有害，Sn-Zn易氧化难润湿，Sn-Cu热稳定性差，Sn-Ag成本较高等。
5G无线通信设备中的功率器件通常具有较高的服役温度，采用传统的Sn基焊料难以保证其功率器件互联接头的力学稳定性。因此传统的Sn基焊料已不能完全满足未来5G无线通信电子工业发展的需求，发展高性能的面向5G未来无线通信的新型封装材料以获得优良连接已经势在必行。
电子封装领域有许多高精度且焊接面存在一定坡度的工件，该类工件焊接难度大，且工艺复杂，其主要原因是由于现有钎焊技术在加热过程中随着锡基焊料的融化，在重力作用下会沿着工件流淌或溢出，导致焊接结束后焊接性能不达标或工件精度达不到要求。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于高精度坡度工件的复合焊料的制备方法及制备得到的用于高精度坡度工件的复合焊料，旨在制备抗氧化性好、强度高、韧性好且镀层附着力高的复合焊料。
本发明的另一目的在于提供用于高精度坡度工件的复合焊料在坡度工件低温焊接中的应用，旨在有效避免焊接时出现溢锡，提高焊接精度。
本发明是这样实现的：
第一方面，本发明提供一种用于高精度坡度工件的复合焊料的制备方法，包括：在多孔泡沫铜表面形成镍镀层，经烧结之后得到铜镍合金骨架；将铜镍合金骨架置于熔融的锡基焊料中，取出后进行成型处理。
在可选的实施方式中，多孔泡沫铜的厚度为0.5-2mm，控制镍镀层的厚度为0.01-0.5mm；
优选地，多孔泡沫铜的孔隙率为30-98％，优选为50-80％；
优选地，多孔泡沫铜采用液态金属凝固法、金属沉积法或固态金属烧结法进行制备。
在可选的实施方式中，采用电镀或气相沉积的方式在多孔泡沫铜表面形成镍镀层；
优选地，采用电镀的方式在多孔泡沫铜表面形成镍镀层。
在可选的实施方式中，电镀的过程中所采用的电解液中包括镍盐100-200g/L、导电剂50-100g/L、活化剂5-20g/L、缓冲剂20-50g/L和润湿剂0.1-10g/L；
优选地，所述镍盐选自硫酸镍和氯化镍中的至少一种；
优选地，所述导电剂选自无水硫酸钠、柠檬酸钠中的至少一种；
优选地，所述活化剂选自氯化钠、次亚磷酸钠中的至少一种；
优选地，所述缓冲剂选自硼酸、苹果酸中的至少一种；
优选地，所述润湿剂选自十二烷基硫酸钠、碘化钾中的至少一种。
在可选的实施方式中，电镀时控制pH值为5-6，电流密度为1-15A/dm2，电镀时间为10-60min，电解液温度为20-40℃。
在可选的实施方式中，烧结的过程包括：以2-10℃/min的升温速率升温至600-1050℃，保温烧结0.5-20h；
优选地，以2-10℃/min的升温速率升温至500-900℃，保温烧结2-10h；
优选地，在保温烧结完成之后，随炉冷却至300℃以下再取出；
优选地，烧结的过程是在保护气氛下进行。
在可选的实施方式中，将铜镍合金骨架置于100-260℃的锡基焊料中，停留5-300s后取出压延成片；
优选地，锡基焊料的温度为100-200℃，停留时间为60-200s，且在负压环境下进行操作；
优选地，压延成片的过程中控制得到的焊料片的厚度为0.05mm-1mm。
在可选的实施方式中，用于制备锡基焊料的原料选自纯Sn、Sn-Bi合金、Sn-Ag合金、Sn-Pb合金、Sn-Zn合金、Sn-In合金、Sn-In-Bi合金、Sn-Pb-In合金、Sn-Ag-Zn合金、Sn-Cu合金和Sn-Ag-Cu合金中的至少一种；
优选地，用于制备锡基焊料的原料选自Sn-Bi合金、Sn-Ag合金和Sn-Pb合金中的至少一种。
第二方面，本发明提供一种用于高精度坡度工件的复合焊料，由前述实施方式中任一项的制备方法制备而得。
第三方面，本发明提供前述实施方式的用于高精度坡度工件的复合焊料在坡度工件低温焊接中的应用；
优选地，控制焊接温度为100-350℃，焊接时间为5-120min。
本发明具有以下有益效果：通过先在多孔泡沫铜表面形成镍镀层，烧结之后形成铜镍合金骨架，利用烧结使多孔泡沫铜和镍镀层相互扩散，镍与铜均匀分布于合金骨架中或者呈一定的浓度梯度分布；将铜镍合金骨架置于熔融的锡基焊料中，以锡基焊料填充在铜镍合金骨架内，经成型处理之后得到用于高精度坡度工件的复合焊料。在使用时，镍镀层能够阻隔铜与锡快速反应，避免铜合金骨架的完整性和连续性遭到破坏，还能够在应用于坡度工件低温焊接时有效避免溢锡，提高焊接精度。
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为多孔Cu骨架电镀Ni镀层后的实物图；
图2为烧结后多孔Cu-Ni骨架横截面显微图；
图3为烧结后多孔Cu-Ni骨架合金元素分布线扫图；
图4为烧结后多孔Cu-Ni骨架增强锡基复合焊片图；
图5为钎焊后Cu接头截面微观图；
图6为对比例2得到复合焊料的表征图，a)、b)、c)分别表示不同放大倍数；
图7为对比例3得到复合焊料的表征图，a)和b)、c)和d)分别为两个视场下不同放大倍数；
图8为本发明实施例2制备得到复合焊料片的显微组织表征图；
图9为本发明实施例2制备得到复合焊料片的合金骨架表征图；
图10为将本发明实施例制备得到的复合焊料片应用于坡度工件进行低温焊接的示意图；
图11为将本发明实施例制备得到的复合焊料片应用于坡度工件进行低温焊接的产品实物图；
图12为将本发明实施例制备得到的复合焊料片应用于坡度工件进行低温焊接的产品局部图；
图13为将本发明实施例制备得到的复合焊料片应用于坡度工件进行低温焊接的产品局部图。
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。
本发明实施例提供一种用于高精度坡度工件的复合焊料的制备方法，包括如下步骤：
S1、制备镍镀层
在多孔泡沫铜表面形成镍镀层，以利用镍镀层可以阻隔Cu与Sn快速反应，避免Cu合金骨架的完整性和连续性遭到破坏。
具体地，多孔泡沫铜可以自主制备也可以为市购材料。若不采用市购原料可以采用液态金属凝固法、金属沉积法或固态金属烧结法等现有的制备方法进行制备。
在一些实施例中，多孔泡沫铜的厚度为0.5-2mm，控制镍镀层的厚度为0.01-0.5mm；多孔泡沫铜的孔隙率为30-98％，优选为50-80％。通过进一步控制多孔泡沫铜金属和镍镀层的厚度，有利于获得性能更好的复合焊料片。
镍镀层制备的方法不限，如可以采用电镀或气相沉积的方式在多孔泡沫铜表面形成镍镀层。优选地，采用电镀的方式在多孔泡沫铜表面形成镍镀层。
进一步地，电镀的过程中所采用的电解液中包括镍盐100-200g/L、导电剂50-100g/L、活化剂5-20g/L、缓冲剂20-50g/L和润湿剂0.1-10g/L。通过对电镀液的原料种类和用量进行优化，以在电镀之后形成附着力更好的镍镀层。
具体地，镍盐选自硫酸镍和氯化镍中的至少一种；导电剂选自无水硫酸钠、柠檬酸钠中的至少一种；活化剂选自氯化钠、次亚磷酸钠中的至少一种；缓冲剂选自硼酸、苹果酸中的至少一种；润湿剂选自十二烷基硫酸钠、碘化钾中的至少一种。用于制备电解液的原料可以根据上述列举的原料种类进行选择，但不限于以上几种原料。
进一步地，电镀时控制pH值为5-6，电流密度为1-15A/dm2，电镀时间为10-60min，电解液温度为20-40℃。通过调控电镀时间、电流密度等参数可以更精确地控制镍镀层的厚度。
S2、烧结
将具有镍镀层的复合材料进行烧结得到铜镍合金骨架，通过烧结使镍镀层和泡沫铜基体形成一个整体。
在一些实施例中，烧结的过程包括：以2-10℃/min的升温速率升温至600-1050℃，保温烧结0.5-20h。具体地，升温速率可以为2℃/min、3℃/min、4℃/min、5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min、10℃/min等；烧结温度可以为600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃等；保温时间可以为0.5h、1.0h、2.0h、3.0h、4.0h、5.0h、6.0h、7.0h、8.0h、9.0h、10.0h、11.0h、12.0h、13.0h、14.0h、15.0h、16.0h、17.0h、18.0h、19.0h、20.0h等。
在优选的实施例中，以2-10℃/min的升温速率升温至500-900℃，保温烧结2-10h；在保温烧结完成之后，随炉冷却至300℃以下再取出，并且烧结的过程是在保护气氛下进行。通过对烧结的时间、烧结峰值温度等参数进行优化，能够改变烧结所得多孔Cu-Ni合金中Ni、Cu元素的浓度分布梯度，从而改变复合焊料片的性能，将参数控制在上述范围内为宜，有利于获得综合性能更好的焊料片。
S3、浸渍锡基焊料
将铜镍合金骨架置于熔融的锡基焊料中，以使锡基焊料渗透至铜镍合金骨架的孔隙中，取出后进行成型处理得到最终的焊料产品。
在实际操作过程中，将铜镍合金骨架置于100-260℃的锡基焊料中，停留5-300s后取出压延成片。锡基焊料的温度根据材料的种类而得，以使焊料处于熔融状态，如采用纯锡则需要在高于230℃左右的条件下形成熔融状态，但采用合金则所需温度较低。
为提高锡基焊料渗透的效果，对操作参数进行了优化。在优选的实施例中，锡基焊料的温度为100-200℃，停留时间为60-200s，且在负压环境下进行操作，如可以在真空手套箱内-0.1MPa左右的负压条件下操作，使泡沫合金骨架中气体充分排出，减少复合焊料内孔洞缺陷。
具体地，用于制备锡基焊料的原料选自纯Sn、Sn-Bi合金、Sn-Ag合金、Sn-Pb合金、Sn-Zn合金、Sn-In合金、Sn-In-Bi合金、Sn-Pb-In合金、Sn-Ag-Zn合金、Sn-Cu合金和Sn-Ag-Cu合金中的至少一种，可以为一种或几种，在此不做限定。
在优选的实施例中，用于制备锡基焊料的原料选自Sn-Bi合金、Sn-Ag合金和Sn-Pb合金中的至少一种，采用以上几种合金浸渗的效果更高，且操作温度低。
在一些实施例中，压延成片的过程中控制得到的焊料片的厚度为0.05mm-1mm。在实际操作时，可以利用热压与冷压交替的方式将渗锡过后的焊料片进行压延，以便最终获得60μm厚度左右的Ni-Cu合金泡沫/Sn基复合焊料片。
本发明实施例提供一种用于高精度坡度工件的复合焊料，由上述制备方法制备而得，通过制备方法的改进使最终得到的用于高精度坡度工件的复合焊料具备以下优点：
(1)可以防止多孔Cu金属骨架氧化，提高合金骨架强度；
(2)调控Cu合金骨架与Sn的反应速度，避免合金骨架大量消融进而导致复合焊料中增强相的完整性和连续性遭到破坏，保证了焊料的综合性能；
(3)能够有效调控Cu-Ni合金中Ni、Cu元素的浓度分布梯度，从而改变复合焊料片的性能；
(4)该用于高精度坡度工件的复合焊料尤其适用于电子类高精度坡度工件的低温焊接，可以有效避免溢锡，提高焊接精度。所称的低温焊接是指：焊接温度为100-350℃，焊接时间为5-120min。
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
本实施例提供一种用于高精度坡度工件的复合焊料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备镍镀层
取厚度为0.5mm、孔隙率为80％的多孔泡沫铜，采用电镀设备在多孔泡沫铜表面形成镍镀层。
电镀的过程中所采用的电解液的原料包括镍盐(硫酸镍)170g/L、导电剂(无水硫酸钠)60g/L、活化剂(氯化钠)10g/L、缓冲剂(硼酸)32g/L和润湿剂(十二烷基硫酸钠)0.2g/L。电镀过程控制pH值为5.5，电流密度为10A/dm2，电镀时间为30min，电解液温度维持在35℃左右。
(2)烧结
将具有镍镀层的复合材料进行烧结得到铜镍合金骨架，以5℃/min的升温速率升温至800℃，保温烧结8h；在保温烧结完成之后，随炉冷却至200℃以下再取出，并且烧结的过程是在保护气氛下进行。
(3)浸渍锡基焊料
将铜镍合金骨架置于150℃的锡基焊料(Sn-Bi合金)中，停留100s，该过程在真空手套箱内-0.1MPa左右的负压条件下操作。取出后利用热压与冷压交替的方式将渗锡过后的焊料片进行压延，获得60μm厚度左右复合焊料片。
实施例2
本实施例提供一种用于高精度坡度工件的复合焊料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备镍镀层
取厚度为0.5mm、孔隙率为98％的多孔泡沫铜，采用电镀设备在多孔泡沫铜表面形成镍镀层。
电镀的过程中所采用的电解液的原料包括硫酸镍200g/L、无水硫酸钠80g/L、氯化钠9g/L、硼酸35g/L和十二烷基硫酸钠0.1g/L。电镀过程控制pH值为5.0，电流密度为1A/dm2，电镀时间为10min，电解液温度维持在30℃左右。
(2)烧结
将具有镍镀层的复合材料进行烧结得到铜镍合金骨架，以2℃/min的升温速率升温至600℃，保温烧结20h；在保温烧结完成之后，随炉冷却至200℃以下再取出，并且烧结的过程是在保护气氛下进行。
(3)浸渍锡基焊料
将铜镍合金骨架置于260℃的锡基焊料(纯Sn)中，停留5s，该过程在真空手套箱内-0.1MPa左右的负压条件下操作。取出后利用热压与冷压交替的方式将渗锡过后的焊料片进行压延，获得60μm厚度左右复合焊料片。
实施例3
本实施例提供一种用于高精度坡度工件的复合焊料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备镍镀层
取厚度为1mm、孔隙率为98％的多孔泡沫铜，采用电镀设备在多孔泡沫铜表面形成镍镀层。
电镀的过程中所采用的电解液的原料包括硫酸镍170g/L、无水硫酸钠60g/L、氯化钠9g/L、硼酸32g/L和十二烷基硫酸钠0.1g/L。电镀过程控制pH值为5.5，电流密度为15A/dm2，电镀时间为60min，电解液温度维持在40℃左右。
(2)烧结
将具有镍镀层的复合材料进行烧结得到铜镍合金骨架，以10℃/min的升温速率升温至1050℃，保温烧结0.5h；在保温烧结完成之后，随炉冷却至200℃以下再取出，并且烧结的过程是在保护气氛下进行。
(3)浸渍锡基焊料
将铜镍合金骨架置于200℃的锡基焊料(Sn-Bi合金)中，停留300s，该过程在真空手套箱内-0.1MPa左右的负压条件下操作。取出后利用热压与冷压交替的方式将渗锡过后的焊料片进行压延，获得60μm厚度左右复合焊料片。
对比例1
对比例1中将泡沫铜替换为泡沫镍，与实施例1不同之处仅在于：直接利用泡沫镍作为强化骨架制备复合焊料，不需要电镀和烧结。具体操作步骤如下：
将尺寸为30mm*20mm*0.5mm的多孔Ni金属先后放入浓度为5％的稀盐酸和酒精中，置入超声波清洗机中清洗5min，取出吹干进行浸渗处理。再将该合金片浸入熔融的Sn-Bi焊料中，温度为240℃，浸入时间为2s。采用压延机将取出后的复合焊料片压至0.1mm，至此完成该复合焊料片的制备。
对比例2
对比例2中选用的多孔Ni金属的孔隙率为98％，焊料为纯Sn，电镀液采用的是焦磷酸盐体系电镀液，与实施例1不同之处仅在于：步骤(1)中利用泡沫镍表面电镀铜镀层，对应调整电解液组成；合金骨架也不进行烧结处理。具体操作步骤如下：
将尺寸为30mm*20mm*0.5mm的多孔Ni金属先后放入浓度为5％的稀盐酸和酒精中，置入超声波清洗机中清洗5min，取出吹干进行电镀。电镀阳极为纯铜板，阴极为多孔Ni金属，电镀温度维持在40℃，电镀时间30min，电流密度8A/dm2；电镀完成后将所得的多孔Ni/Cu金属片先后置于去离子水和酒精中清洗1min，取出吹干。再将该合金片浸入熔融的纯Sn中，熔锡温度为260℃，浸入时间为5s。采用压延机将取出后的复合焊料片压至0.1mm，至此完成该复合焊料片的制备。
对比例3
对比例3中选用的多孔Ni金属的孔隙率为80％，焊料为Sn-Bi焊料，电镀液采用的是焦磷酸盐体系电镀液，与实施例1的不同之处仅在于：步骤(1)中利用泡沫镍表面电镀铜镀层，对应调整电解液组成；按照步骤(2)烧结之后制备复合焊料。具体操作步骤如下：
将尺寸为30mm*20mm*0.5mm的多孔Ni金属先后放入浓度为5％的稀盐酸和酒精中，置入超声波清洗机中清洗5min，取出吹干进行电镀。电镀阳极为纯铜板，阴极为多孔Ni金属，电镀温度维持在40℃，电镀时间30min，电流密度8A/dm2；电镀完成后将所得的多孔Ni/Cu金属片先后置于去离子水和酒精中清洗1min，取出吹干。将该多孔金属片送入高温烧结炉中，通入持续的保护气体Ar气，升温速率为10℃/min，烧结峰值温度为1000℃，保温时间为2h。保温时间结束后随炉冷却至300℃开炉，取出多孔Ni/Cu合金片。最后再将该合金片浸入熔融的Sn-Bi焊料中，温度为240℃，浸入时间为2s。采用压延机将取出后的复合焊料片压至0.1mm，至此完成该复合焊料片的制备。
对比例4
取厚度为0.5mm、孔隙率为60％的多孔泡沫铜，在多孔泡沫铜表面形成镍镀层。与实施例1不同之处仅在于：烧结温度为400℃。具体操作步骤如下：
电镀的过程中所采用的电解液的原料包括硫酸镍170g/L、无水硫酸钠60g/L、氯化钠9g/L、硼酸32g/L和十二烷基硫酸钠0.1g/L。电镀过程控制pH值为5.5，电流密度为15A/dm2，电镀时间为60min，电解液温度维持在40℃左右。将具有镍镀层的复合材料进行烧结得到铜镍合金骨架，以2℃/min的升温速率升温至400℃，保温烧结0.5h；在保温烧结完成之后，随炉冷却至200℃以下再取出，并且烧结的过程是在保护气氛下进行。
将铜镍合金骨架置于200℃的锡基焊料(Sn-Bi合金)中，停留300s，该过程在真空手套箱内-0.1MPa左右的负压条件下操作。取出后利用热压与冷压交替的方式将渗锡过后的焊料片进行压延，获得60μm厚度左右复合焊料片，至此完成该复合焊料片的制备。
经测试，沿三角形泡沫骨架横截面的宽度方向由内而外进行线扫描。发现其泡沫骨架区域Cu和Ni的浓度有较大波动，Cu含量由骨架外侧至内部依次降低，Ni含量由骨架外侧至内部依次升高，浓度配比存在较大变化，说明了Cu和Ni元素在骨架中分布极不均匀，铜镍之间未扩散完全。这对合金骨架的力学性能以及与锡基焊料的反应速率都存在较大影响。
试验例1
测试实施例1中步骤(1)制备得到的多孔Cu骨架电镀Ni镀层的实物图，结果如图1所示。从图1可以看出，镍镀层均匀性很高，电镀后在骨架外侧形成了一层均匀的镍镀层，并和铜骨架紧密结合在一起，两者之间未发现明显缺陷。
测试实施例1中步骤(2)烧结后得到铜镍合金骨架的横截面显微图，结果如图2所示。从图2可以看出，烧结过程并不会破坏铜泡沫的显微结构，且铜泡沫和电镀的金属镍镀层已经发生相互扩散，三角形的铜骨架已经转变为铜镍合金骨架。
采用扫描电镜EDS线扫描和区域面扫描测试实施例1中步骤(2)烧结后得到铜镍合金骨架的合金元素分布线扫图，结果如图3所示。从图3可以看出，沿三角形泡沫骨架横截面的宽度方向由内而外进行线扫描。虽然其泡沫骨架区域Cu和Ni的浓度有小波动，但基本保持平行状态，浓度配比基本无变化，说明了Cu和Ni元素在骨架中分布较为均匀，且铜镍之间已经扩散完全。
采用扫描电镜测试实施例1中步骤(2)烧结后得到铜镍合金骨架的焊片图，结果如图4所示。从图4可以看出，泡沫骨架在复合焊料片内随机分布，渗Sn后在骨架周围生成了少量的金属间化合物，经EPMA检测可知该反应物均为(Cu,Ni)6Sn5相。
试验例2
将实施例1制备得到的锡基复合焊料进行钎焊，接头的显微图如图5所示。
钎焊过程：采用Cu/复合焊料/Cu的三明治结构对T2紫铜进行真空钎焊连接。试验开始前，首先对Cu基体进行打磨、抛光，然后将复合焊料和Cu母材放入无水乙醇中超声清洗。在试样装配时，在铜柱焊接面侧涂抹一层松香，用于焊接过程中清除复合焊料片和Cu母材表面的氧化膜。在样品上放置不锈钢压块，使真空钎焊时样品可以保持恒压状态。按照真空钎焊装配示意图的方式组装好样件后，将样件整体送入真空管式炉中，并关闭炉口。随后打开真空泵将管式炉内的空气抽出，抽至管内相对真空度为-0.1MPa时，关闭抽气阀。在管式炉控制面板中设置升温曲线，钎焊温度设置为260℃，预热温度为200℃，钎焊时间参数分别设置为10min，30min，60min以及120min，最后取出试件并在空气中冷却至室温。
从图5可以看出：整个焊接接头钎焊效果良好，上下母材界面处完全润湿，形成了连续界面反应层，其厚度均为约3μm。钎缝中的Ni骨架分布地较随机，原本三角形的Ni骨架被挤压后紧贴在一起成条带状，且在骨架表面有一层薄反应层形成。
试验例3
对比例1-3之间的性能效果对比：
对比例1和对比例2中得到复合焊料分别进行扫描电镜显微组织表征，结果如图6和图7所示。
图6中a)、b)、c)分别表示不同放大倍数的情况，从图6可以看出对比例中制备得到的复合焊料片的合金骨架出现分层且容易氧化。
从图7可以看出，合金骨架消融严重，焊接接头性能相比于实施例1有明显下降。
采用扫描电镜测试实施例2中泡沫Cu电镀Ni镀层烧结后渗锡制备的复合焊料片的显微组织图，结果如图8和图9所示。从图8和图9可以看出，合金骨架完整，不易氧化。烧结后铜镍相互扩散形成一个整体。由于骨架厚度的增加和Cu、Ni的合金化，Ni泡沫，电镀Cu-Ni合金泡沫和烧结Cu-Ni合金泡沫的拉伸强度依次升高，其最高拉伸强度为4.79MPa。随着三种泡沫金属强度的升高，Ni泡沫/Sn、电镀Cu-Ni合金泡沫/Sn和烧结Cu-Ni合金泡沫/Sn复合焊料片性能也得到显著改进，抗拉强度远高于纯Sn基体和合金骨架两者拉伸强度之和，尤其是烧结Cu-Ni合金泡沫/Sn复合焊料片，最高拉伸强度达到了50.32MPa。因此，Ni泡沫/Sn、电镀Cu-Ni合金泡沫/Sn和烧结Cu-Ni合金泡沫/Sn复合焊料片的强度由小到大依次升高。
试验例4
测试实施例1制备的复合焊料片用于坡度工件的低温焊接，焊接过程如图10-图13所示。
焊接过程：焊接时将钎焊件的接合面仔细地清理干净，在清理干净的接合面上涂复一层适当的焊剂。把合金骨架强化锡基复合焊料放置在钎焊部位上，然后进行加热，焊接温度为260℃，焊接时间为30min。本发明实施例所制备的合金骨架强化锡基复合焊料可实现焊接间隙可控，有效防止焊接过程中出现溢Sn现象，大大提高焊接产品的尺寸精度。
而传统的锡基焊料应用于图10中这类坡度工件焊接时，则很容易出现溢锡严重、精度不达标的问题。
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 (13)
1.复合焊料在电子封装领域高精度坡度工件低温焊接中的应用，控制焊接温度为100-350℃，焊接时间为5-120min；
其中，复合焊料的制备方法包括：在多孔泡沫铜表面形成镍镀层，经烧结之后得到铜镍合金骨架；将所述铜镍合金骨架置于熔融的锡基焊料中，取出后进行成型处理；
用电镀的方式在所述多孔泡沫铜表面形成所述镍镀层，电镀的过程中所采用的电解液中包括镍盐100-200g/L、导电剂50-100g/L、活化剂5-20g/L、缓冲剂20-50g/L和润湿剂0.1-10g/L；
所述导电剂选自无水硫酸钠、柠檬酸钠中的至少一种；
所述活化剂选自氯化钠、次亚磷酸钠中的至少一种；
所述缓冲剂选自硼酸、苹果酸中的至少一种；
所述润湿剂选自十二烷基硫酸钠、碘化钾中的至少一种；
所述多孔泡沫铜的厚度为0.5-2mm，控制所述镍镀层的厚度为0.01-0.5mm；
烧结的过程包括：以2-10℃/min的升温速率升温至600-1050℃，保温烧结0.5-20h；
用于制备所述锡基焊料的原料选自纯Sn、Sn-Bi合金、Sn-Ag合金、Sn-Pb合金、Sn-Zn合金、Sn-In合金、Sn-In-Bi合金、Sn-Pb-In合金、Sn-Ag-Zn合金、Sn-Cu合金和Sn-Ag-Cu合金中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述多孔泡沫铜的孔隙率为30-98%。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述多孔泡沫铜的孔隙率为50-80%。
4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述多孔泡沫铜采用液态金属凝固法、金属沉积法或固态金属烧结法进行制备。
5.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述镍盐选自硫酸镍和氯化镍中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，电镀时控制pH值为5-6，电流密度为1-15A/dm2，电镀时间为10-60min，电解液温度为20-40℃。
7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，以2-10℃/min的升温速率升温至500-900℃，保温烧结2-10h。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，在保温烧结完成之后，随炉冷却至300℃以下再取出。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，烧结的过程是在保护气氛下进行。
10.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，将所述铜镍合金骨架置于100-260℃的锡基焊料中，停留5-300s后取出压延成片。
11.根据权利要求10所述的应用，其特征在于，所述锡基焊料的温度为100-200℃，停留时间为60-200s，且在负压环境下进行操作。
12.根据权利要求11所述的应用，其特征在于，压延成片的过程中控制得到的焊料片的厚度为0.05mm-1mm。
13.根据权利要求10所述的应用，其特征在于，用于制备所述锡基焊料的原料选自Sn-Bi合金、Sn-Ag合金和Sn-Pb合金中的至少一种。
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