一種ZnAlMgIn高溫?zé)o鉛釬料的制作方法
【專利摘要】一種ZnAlMgIn高溫?zé)o鉛釬料，屬于微電子行業(yè)電子一級封裝用無鉛釬料制造【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明成分（質(zhì)量百分比）：Al3.9～4.1%，Mg2.4～3.1%，In0.5～3.0%，或且添加P0.05～1.0%，余量為Zn。本發(fā)明釬料采用熔鹽保護(hù)方法熔煉，合金燒損少，組織均勻。本發(fā)明提出在Zn4Al3Mg近共晶合金的基礎(chǔ)上，微量添加In、P元素來降低合金的熔點(diǎn)，提高合金的抗氧化和潤濕性能。本發(fā)明的釬料成本低廉，不含Pb等有毒元素，潤濕性良好，力學(xué)性能良好，滿足傳統(tǒng)高鉛釬料的替代要求。
【專利說明】—種ZnAIMgIn高溫?zé)o鉛釬料
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及軟釬焊領(lǐng)域的高溫?zé)o鉛焊料，是一種新型的ZnAlMg-Xln無鉛釬料，屬于微電子行業(yè)電子一級封裝用無鉛釬料制造【技術(shù)領(lǐng)域】，也應(yīng)用在汽車電路板釬焊和家用電器焊接領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】:
[0002]隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對環(huán)保和健康的要求越來越高，歐盟RoHS指令和我國《電子信息產(chǎn)品污染控制管理辦法》都已經(jīng)規(guī)定禁止使用含鉛釬料。含鉛高溫釬料Pb5Sn和PblOSn (熔點(diǎn)分別為305°C和310°C)卻一直沒有找到合適的無鉛替代釬料。目前，高溫?zé)o鉛釬料的研究主要集中在以下幾個(gè)體系=Au基、Bi基、Zn-Sn和Zn-Al基無鉛釬料。Au20Sn和Au-Ge釬料具有較好潤濕性和導(dǎo)電導(dǎo)熱性，但是由于其大量使用了 Au導(dǎo)致釬料成本提至IJ，限制了其廣泛的應(yīng)用。而且AuSn釬料能夠形成較脆的金屬間化合物，降低了焊點(diǎn)的抗拉強(qiáng)度。B1-Ag釬料具有合適的熔點(diǎn)(270°C )，但是由于基體Bi的脆性導(dǎo)致釬料的加工性能很差，而且導(dǎo)電性能差。ZnSn釬料由于其嚴(yán)重的腐蝕性和很低的固相線溫度(198°C)限制其發(fā)展。而Zn-Al基合金具有成本低、加工性能好、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能良好和熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)，使其成為高溫?zé)o鉛釬料的最佳選擇。
[0003]由于Ζη6Α1 (熔點(diǎn)381°C )合金釬料的基體主要為活潑性金屬Zn，高溫下極容易被氧化，從而影響釬料的潤濕性。因而，提高釬料的抗氧化性，降低合金熔點(diǎn)是很有必要的。近年來，主要在Ζη6Α1共晶成分的基礎(chǔ)上,通過添加合金化元素Mg、In、Cu、Ga等來改善合金的性能。其中文獻(xiàn)報(bào)道無鉛釬料Zn4A13Mg3Ga成功應(yīng)用到實(shí)際中，但由于該釬料的延展性差，很難加工成帶狀或者絲狀；文獻(xiàn)報(bào)道ZnAlCu合金釬料，Cu加入對合金熔點(diǎn)降低不明顯；Ζη12Α1-χΙη (x=0.5?1.5at.%)合金釬料，In的添加提高了合金的潤濕性，但合金的熔點(diǎn)降低不明顯。本發(fā)明提出在ZnAl釬料的基礎(chǔ)上，添加合金化元素Mg來降低合金的熔點(diǎn)，并在ZnAlMg三元合金的基礎(chǔ)上進(jìn)一步添加合金元素In,來提高合金的抗氧化性和進(jìn)一步降低合金熔點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]本發(fā)明是在ZnAl釬料的基礎(chǔ)上，添加3wt%的Mg形成近共晶合金Zn4A13Mg(熔點(diǎn)3430C )，并在Zn4A13Mg基礎(chǔ)上進(jìn)一步添加合金元素In，來提高釬料合金的抗氧化性和進(jìn)一步降低溫度。形成的四元ZnAlMg-xIn新型高溫釬料,該合金很大程度上降低了熔點(diǎn)，改善了釬料的潤濕性。
[0005]本發(fā)明提供了一種ZnAlMgIn高溫?zé)o鉛釬料，其特征在于:該釬料質(zhì)量百分比組成為 A13.9 ?4.1%，Mg2.4 ?3.1%，In0.5 ?3.0%, Zn90 ?93%。
[0006]更進(jìn)一步，該釬料還包含有P0.05?1.0%。
[0007]本發(fā)明的一種ZnAlMgIn高溫?zé)o鉛釬料的制備方法是按以下步驟進(jìn)行的:一、稱量熔鹽:按質(zhì)量比例稱取熔鹽KCl =LiCl= (1.2?1.4): (0.9?1.1);二、稱量金屬:按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)稱取3.9?4.1份Al塊、2.4?3.1份Mg塊、0.5?3.0份In塊、余量為Zn塊；三、熔煉；將步驟一得到熔鹽均勻混合后置于陶瓷坩堝內(nèi)，將坩堝置于電阻爐內(nèi)加熱至400°C，待熔鹽完全熔化后將步驟二得到的Zn塊置于熔鹽之下，加熱至450°C依次將Al和Mg塊置于Zn液下，加熱至600°C保溫10?30分鐘，冷卻到500°C用石英玻璃棒充分?jǐn)嚢?，即得ZnAlMg合金。四、重熔:將步驟三得到的合金重新熔煉，400°C加入In塊后充分?jǐn)嚢?，即得到高溫釬料。
[0008]本發(fā)明的效果和優(yōu)勢為:本發(fā)明的釬料對于溫度高于260°C的一級電子封裝而言熔點(diǎn)合適，潤濕性好，合金的顯微硬度和抗拉強(qiáng)度較高，能滿足釬焊接頭300°C使用要求。相對于Au基釬料和BiAg釬料，本發(fā)明的釬料主要成分Zn金屬價(jià)格便宜，而且成分中不含Ag、Au等貴金屬，成本低廉。Mg元素的添加提高了合金釬料的耐腐蝕性，Zn合金本身具有很強(qiáng)的腐蝕性，研究表明微量Mg的添加可以提高Zn合金的晶間腐蝕。添加微量合金化元素In后合金的熔點(diǎn)下降明顯，近共晶合金Zn4A13Mg的熔點(diǎn)為343°C，當(dāng)合金中In的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2?3%時(shí)，合金的熔點(diǎn)為320?330°C，滿足了替代傳統(tǒng)釬料Pb5Sn和PblOSn熔點(diǎn)要求。In的添加，提高了合金的抗氧化性，增加了釬料的潤濕性，這主要因?yàn)镮n元素本身的耐氧化性能，而且原子半徑較大表面張力小，In富集于液態(tài)釬料的表面，降低液態(tài)釬料的表面張力，因此，In元素的添加提高了釬料的潤濕性能。此外，In耐化學(xué)腐蝕，而且可以增強(qiáng)合金的耐化學(xué)腐蝕性能。P元素的添加可以提高釬料合金的抗氧化性，主要因?yàn)镻元素可以促進(jìn)液態(tài)釬料形成一層致密的表面氧化膜，阻止釬料的進(jìn)一步氧化，從而提高釬料的抗氧化性。
[0009]本發(fā)明的一種高溫釬料的制備方法，是在熔鹽保護(hù)下進(jìn)行熔煉，保護(hù)了合金不被氧化，在600°C下熔化金屬，在500°C下進(jìn)行充分?jǐn)嚢璨粌H可以保證合金的均勻化，而且降低了合金的高溫?zé)龘p。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0010]圖1ZnAlMg的電子掃描圖片
[0011]圖2ZnAlMg-2In的電子掃描圖片
【具體實(shí)施方式】
[0012]本發(fā)明的高溫?zé)o鉛合金釬料采用熔鹽保護(hù)法熔煉制備，下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的內(nèi)容不局限于實(shí)施例。本發(fā)明的實(shí)施例見表I。具體實(shí)施例如下:
[0013]實(shí)施例1:本實(shí)施例的一種電子產(chǎn)品一級封裝的高溫釬料由以下質(zhì)量百分比的成分組成:A14.0, Mg3.0，余量為Zn。
[0014]實(shí)施例2:本實(shí)施例的一種電子產(chǎn)品一級封裝的高溫釬料由以下質(zhì)量百分比的成分組成:A14.0，Mg3.0，InL 0，余量為 Zn。
[0015]實(shí)施例3:本實(shí)施例的一種電子產(chǎn)品一級封裝的高溫釬料由以下質(zhì)量百分比的成分組成:A14.0，Mg3.0，InL 5，余量為 Zn。
[0016]實(shí)施例4:本實(shí)施例的一種電子產(chǎn)品一級封裝的高溫釬料由以下質(zhì)量百分比的成分組成:A14.0，Mg3.0，Ιη2.0，余量為 Zn。
[0017]實(shí)施例5:本實(shí)施例的一種電子產(chǎn)品一級封裝的高溫釬料由以下質(zhì)量百分比的成分組成:A14.0，Mg3.0，Ιη2.5，余量為 Zn。
[0018]實(shí)施例6:本實(shí)施例的一種電子產(chǎn)品一級封裝的高溫釬料由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Α14.0，Mg3.0，Ιη3.0，余量為 Zn。
[0019]實(shí)施例7:本實(shí)施例的一種電子產(chǎn)品一級封裝的高溫釬料由以下質(zhì)量百分比的成分組成:Α14.0，Mg3.0，P0.1,余量為 Zn。
[0020]實(shí)施例8:本實(shí)施例的一種電子產(chǎn)品一級封裝的高溫釬料由以下質(zhì)量百分比的成分組成:A14.0，Mg3.0，InL 0，P0.1,余量為 Zn。
[0021 ] 表1實(shí)施例釬料的成分(wt%)及熔化溫度(V )
[0022]
【權(quán)利要求】
1.一種ZnAlMgIn高溫?zé)o鉛釬料，其特征在于:該釬料包括以下質(zhì)量百分比的組分:A13.9 ?4.1%，Mg2.4 ?3.1%，In0.5 ?3.0%, Zn90 ?93%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種ZnAlMgIn高溫?zé)o鉛釬料,其特征在于該釬料中的In含量為0.5?2.0%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種ZnAlMgIn高溫?zé)o鉛釬料，其特征在于該釬料還包含有P0.05 ?1.0%。
【文檔編號】B23K35/28GK103934590SQ201410146904
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月13日
【發(fā)明者】楊曉軍, 閆鑫, 胡偉, 雷永平 申請人:北京工業(yè)大學(xué)