[發(fā)明專利]一種金錫合金焊料制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310068523.5
• 申請日: 2013-03-05
• 公開（公告）號: CN103170765A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設計）人: 王昭
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院應用電子學研究所
• 主分類號: B23K35/40
• 分類號: B23K35/40;C23C14/35;C23C14/16
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 卿誠;吳彥峰

技術領域

本發(fā)明屬于多層金屬合金薄膜制備技術領域，具體涉及一種金錫合金焊料的制備方法，適用于光電子封裝和高可靠性軍用電子器件焊接，特別是半導體激光器和微電子工業(yè)中的集成芯片的可靠性封裝。

背景技術

高功率二極管激光器芯片（DL）近年來發(fā)展十分迅速，現在實驗室最高連續(xù)激光二極管芯片出光功率可達千瓦級以上，其光電效率最高可達70%以上。這對封裝工藝提出了新的挑戰(zhàn)，如何將如此龐大的熱量快速的帶走，并保持芯片的正常工作已成為封裝工藝的首要問題。金錫合金焊料具有屈服強度高、導熱性能好、熔點低等特性，適用于高功率器件封裝。

金錫合金焊料在常溫下的微觀組織結構為AuSn和Au₅Sn的共晶組織，且AuSn和Au₅Sn都是硬脆相，很難用常規(guī)的加工方法加工，目前國內金錫焊料基本上依靠進口，也有部分單位能夠自己制備金錫合金焊料，但其制備方法仍存在一些缺陷，如添加了雜質、未合金化、厚度控制較差等，制備的產品規(guī)格仍不能完全滿足高功率DL對其性能的要求。

現有金錫薄膜的制備主要有以下幾種方法：1)電子束蒸鍍，即在基板上分別蒸鍍金層和錫層,然后進行熱處理，這是目前最主要的制備方法；2)分層電鍍，即采用濕法電鍍的方式，在基板上分別電鍍金層和錫層，然后進行熱處理；?3）分層濺射，即在基片上分別濺射沉積金層和錫層，然后進行熱處理。其他還有合金電鍍、熱阻蒸發(fā)、合金濺射等方式。

但上述制備金錫合金焊料的方法存在一些缺陷，即電子束蒸發(fā)材料利用率太低而電鍍反應不好控制，厚度和成分都很難精確控制。

發(fā)明內容

為了克服這些技術上的缺陷，采用Au靶和Sn靶分層磁控濺射制備金錫合金焊料，保證電鍍層的厚度均勻，提高沉積速率。

本發(fā)明采用如下技術方案：一種金錫合金焊料制備方法，該制備方法個過程如下：

步驟一：在CuW次熱沉上利用磁控濺射鍍膜技術沉積Ti/Pt/Au或Ni/Pt/Au底層金屬膜；

步驟二：沉積好Ti/Pt/Au或Ni/Pt/Au的底層金屬膜的CuW次熱沉用夾具夾緊置于磁控濺射鍍膜機內，分別濺射沉積Au層和Sn層，形成多層膜；

步驟三：在Au和Sn多層膜上表面再鍍一層Au做保護膜；

步驟四：CuW次熱沉上Au和Sn等多層膜的高溫合金燒結。

在上述制備過程中，所述的Ti/Pt/Au或Ni/Pt/Au底層金屬膜厚度為850~900nm。

在上述制備過程中，所述的Au和Sn多層膜中Au和Sn的質量比為80:20。

在上述制備過程中，所述Au膜每層厚度為0.44~0.45μm，Sn膜每層厚度為0.3~0.31μm，Au-Sn混合層總厚度為6~7μm。

在上述制備過程中，所述的保護膜Au層厚度為50~80nm。

在上述制備過程中，所述的高溫合金燒結是在回流焊接爐中并在氮氣或氮氣與氫氣的混合氣體的保護下進行。

在上述制備過程中，燒結的溫度為320~380度。

在上述制備過程中，燒結時間為5分鐘。

從本發(fā)明可以看出，本發(fā)明的優(yōu)點在于：應用Au靶和Sn靶分層濺射沉積金錫合金焊料的方法相比較其他技術而言其優(yōu)勢就在于較快的沉積速率，在沉積過程中還可以通過旋轉基板來保證沉積層厚度的一致性。該方法還適用于光電子封裝和高可靠性軍用電子器件焊接，特別是半導體激光器和微電子工業(yè)中的集成芯片的可靠性封裝。

附圖說明

本發(fā)明將通過實施例并參照附圖的方式說明，其中：

圖1是本發(fā)明生產流程過程的截面示意圖；

其中：1是Ti或Ni膜???2是Pt膜??3是Au膜??4是Au和Sn多層膜??5是保護Au膜??6是燒結后形成的金錫合金。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的說明。

如圖1所示，為本發(fā)明的生產流程圖，圖中為物料加工的一截面示意圖，其中作為底層材料的為CuW次熱沉。

將準備好的CuW次熱沉放入磁控濺射鍍膜機內，通過磁控濺射鍍膜技術沉積，先后在CuW次熱沉上進行沉積金屬膜；最底層沉積一層Ti或Ni膜1，在Ti或Ni膜1上再次沉積一層Pt膜2，最后在Pt膜2上沉積一層Au膜3，這樣就形成了沉積好Ti/Pt/Au或Ni/Pt/Au等底層金屬膜的CuW次熱沉，沉積好的Ti/Pt/Au或Ni/Pt/Au等底層金屬膜的總厚度控制在850~900nm之間。