CN85108316B - 半导体致冷器焊料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一类用于半导体致冷器的钎焊料。本系列钎焊料以Ｂｉ－Ｓｂ作为基质合金。在此基础上加入适量的Ｓｎ、Ｌｉ、Ｐ、Ｃｏ、Ｎｉ完成焊料的设计。本系列钎焊料共有八种配方。这类钎焊料可以解决导流材料和半导体材料的同时可焊问题，使用温度可达３００℃，而且钎接点牢固、抗氧化耐水蚀。钎接在空气中进行，也不需要进行预先润湿处理。可用于半导体致冷器技术中，钎接铜、铁、镍、金、银、铂等金属材料与Ｂｉ－Ｓｂ－Ｓｅ－Ｔｅ系列的半导体温差电材料。

Description

半导体致冷器焊料
本发明涉及一种新型焊料，特别是用于半导体致冷器的焊料。
现有同类焊料中，以Usup3，566，512（1971）和Francep 2，047，727（1971）两种焊料为优，但这两种焊料尚存在如下问题：焊接时需要在氢气或惰性气氛中进行，其次，France专利焊料还需预润处理。工艺成本高，操作复杂，生产中很不方便且成本较高。由于这类焊料的焊接对象一个是金属材料，一个是半导体材料。对这两类性质差异很大的材料，要做到同时可焊，且由于电堆是在一定的温差下工作的，存在热膨胀问题，因而对焊料的要求很高。
本发明的目的是：1.用一种焊料就能实现导流材料（金属）和半导体材料的同时可焊，为市场提供一种能适于自动焊接的新型焊料。2.提高焊料的使用温度。3.从焊料成分与半导体材料的相容性原则出发，探讨最佳方法。
用于半导体致冷器的焊料，对于两种焊接对象，要求既要焊接牢靠，又要不引起半导体材料的明显掺杂。而且焊接点的抗张强度，耐温性能要求都较高。完成本发明的方案是：以Bi-Sb作为基质合金，在此基础上加入下列元素：
①加入Sn-Li合金;②加入Sn-P合金
③加入一定量的Ni;④加入一定量的Co。
此外所选用的材料均不会引起把半导体有害掺杂。加入上述元素的用意还在于：它们对铜、铁、镍、金、银、铂以及半导体温差电材料都具有很好的浸润性。而且适当地调整配方，可以方便的改变焊料的熔点。从而适应焊接的要求，以下列出本系列焊料的八种配方，命名为BLH系列焊料。
①（10＃） 熔点245℃
Bi0.833 Sb0.093 Sn-Li（含Li2%）0.074
②（27#） 熔点250℃
Bi0.833 Sb0.093 Sn-Li（含Li2%） 0.037 Sn-P（含P1%）0.037
③（48#） 熔点243℃
Bi0.800 Sb0.100 Sn-P（含P1%）0.100
④（209＃） 熔点305℃
Bi0.8807 Sb0.1101 Ni0.0092
⑤（712#） 熔点304℃
Bi0.8649 Sb0.1081 Co0.0270
⑥（56＃） 熔点272℃
Bi0.8000 Sb0.0889 Ni0.0444 Sn-P（含P1%）0.0667
⑦（208#） 熔点287℃
Bi0.8000 Sb0.1048 Ni0.0476 Zn0.0476
⑧（714#） 熔点267℃
Bi0.7600 Sb0.0900 Ni0.0400 Sn-P（含P1%）0.0600 Co0.0500
该系列焊料的熔制方法：Sn-Li合金，Sn-P合金以及焊料的熔制，都是在纯氩气氛中进行的。由于Li、P都是很活泼的元素，用量又很少，因此事先将这两种元素分别作成Sn的合金，然后再参加熔炼。这类焊料的焊接对象之一是Bi-Sb-Se-Te系列的温差电材料。Bi在焊料中的作用，主要增加对元件的浸润性能。Sb的加入主要是调整焊料的熔点，提高对水的耐蚀性。加入Sn-Li，Sn-P合金，Co或Ni的目的，是为了解决与铜焊接的问题。
通过下表的对比可以看出BLH系列焊料的优点或者积极效果。
BLH系列焊料由于其优异的可焊性能，为焊接工艺自动化提供了必要条件。这类焊料使用温度可达300℃以上，因此半导体器件既可以在致冷范围使用，又可以在较高的温度下使用。由于抗张强度高，化学稳定性又好，因而焊接点牢靠，使用方便，且焊接在空气中进行，因而工艺成本低。

Claims (16)

1、用于焊接两种性质差异很大的材料，特别是用于焊接半导体致冷器中导流材料铜（铁、镍、金、银、铂）和Bi-Sb-Se-Te系列的温差电材料的焊料，其特征是：以Bi-Sb作为基质合金，在此基础上加入适量的Sn、Li、P、Co、Ni，完成焊料的设计。
2、按照权利要求1所述，其特征在于共有八种配方，其成分及比例如下：
①（10＃） 熔点245℃ Bi0.833 Sb0.093
Sn-Li（含Li2%）0.074
②（27#） 熔点250℃ Bi0.833 Sb0.093
Sn-Li（含Li2%） 0.037 Sb-P（含P1%）0.037
③（48#） 熔点243℃ Bi0.800 Sb0.100
Sn-P（含P1%）0.100
④（209＃） 熔点305℃ Bi0.8807 Sb0.1101 Ni-0.0092
⑤（712#） 熔点304℃ Bi0.8649 Sb0.1081 Co0.0270
⑥（56＃） 熔点272℃ Bi0.8000 Sb0.0889 Ni0.0444 Sn-P（含P1%）0.0667
⑦（208#） 熔点287℃ Bi0.8000 Sb0.1048 Ni0.0476 Zn0.0476
⑧（714＃） 熔点267℃ Bi0.7600 Sb0.0900 Ni0.040 Sn-P（含P1%）0.0600 Co0.0500
3、按照权利要求2所述，其特征在于，先将Li、P分别制成Sn的合金，然后将各种成份按比例放在纯氩气氛的操作箱中进行熔制。
4、按照权利要求2或3的焊料，其特征在于能对导流材料铜、铁、镍、金、银、铂和半导体材料同时可焊。
5、按照权利要求2的焊料，其特征在于，八种焊料的熔点分别为：（10＃）245℃、（27＃）250℃、（48＃）243℃、（209＃）305℃，（712＃）304℃、（208＃）287℃、（714＃）267℃。
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