[發明專利]一種擴展服役工作溫度范圍的組合合金軟釬焊焊接結構的制備方法

有效

• 申請號: 201711397764.9
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN108015373B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 王春青;安琪;籍曉亮;趙廂汐
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K1/008
• 分類號: B23K1/008;B23K1/20
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

一種擴展服役工作溫度范圍的組合合金軟釬焊焊接結構的制備方法，屬于微連接技術領域。所述方法如下：步驟一：在導體金屬上涂覆焊膏或放置焊片，根據不同的焊接結構，選擇兩種釬料合金同時焊接或者分步焊接；步驟二：將以上體系放入回流爐中，經歷預熱階段、保溫階段、再流階段、冷卻階段，完成潤濕和界面反應。本發明通過將在高溫、低溫下力學性能不同的釬料合金組合焊接，形成了可以同時承受低溫、高溫載荷的焊點結構，在成本低、與傳統焊接工藝兼容性好的前提下實現了在極低和極高溫度范圍工作的電子互連焊點可靠性的提高。

技術領域

本發明屬于微連接技術領域，涉及一種可在極低和極高溫度范圍工作的雙金屬及多金屬互連焊點的結構的制備，具體涉及一種擴展服役工作溫度范圍的組合合金軟釬焊焊接結構的制備方法。

背景技術

軟釬焊焊點用于電子器件互連，是航天工程與空間科學領域內航天器（空間站、衛星、飛行器、探測器等）電子及機械結構的一部分。空間科學研究和空間探測需要越來越多的采集裝置、分析儀器以及通訊設備直接工作于空間環境中，而深空環境相比地面更加苛刻、嚴酷和復雜，如極低溫、高溫、超大溫差等。而軟釬焊焊點對熱、力環境很敏感、脆弱，因此對于一些工作于空間環境中的器件（如高精度紅外探測器，極地、敏感器件等）的封裝，需要研制可同時工作于極高、極低溫度下的互連軟釬焊焊點。

軟釬焊焊點絕大多數采用錫基合金（SnPb、SnAg、SnAgCu、SnCu、PbSn（高鉛）等），與線路板上其它金屬、無機非金屬物質相比，這些釬料合金熔點低、塑性好，但強度低且隨溫度力學性能變化大。在低溫時，Sn基合金存在脆化傾向，抗沖擊能力急劇下降，發生斷裂模式由韌性斷裂向脆性斷裂的轉變，如Sn-0.7%Cu、Sn-5%Ag、Sn-3%Ag-0.5%Cu合金的韌-脆轉變溫度分別為-130℃、-50℃及-80℃；但是另外一些焊料如鉛基、銦基釬料卻沒有韌-脆轉變的發生。而在高溫時，釬料合金的蠕變、裂紋傾向加劇，力學性能急劇下降；但是SnAg釬料合金的蠕變特性及耐熱疲勞性能優于SnPb釬料，尤其是加入3%的In、0.5%的Sb等后，其抗蠕變性能會大大增加。因此，不同的軟釬料合金在極高溫與極低溫下的性能差異很大。

抗低溫脆化及抗高溫蠕變這兩種性能是矛盾的，一種金屬其中一種性能強，另一種性能就差；因此，單一的金屬或合金是不能承受寬溫度（-200~+150℃）的極低~極高的溫度范圍的。例如，SnPb釬料合金，尤其是高鉛釬料，在低溫下抵抗脆化的能力很強；但是在高溫下的抗蠕變性能較SnAgCu釬料合金差。而Ag具有很好的抗蠕變性能和抗熱疲勞性能，但是在低溫下，Ag會使錫基釬料的韌-脆轉變溫度上升，使釬料合金的抗脆性能力降低。而工作于深空環境中的器件，將會受到極低-極高溫度交變的作用；因此，為了保證焊點的可靠性，一種擴展服役工作溫度范圍的組合合金軟釬焊焊接結構的制備方法亟待開發。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有軟釬焊焊點不可靠的問題，提供一種擴展服役工作溫度范圍的組合合金軟釬焊焊接結構的制備方法，且該電子互連焊點可實現在極低和極高溫度范圍工作。通過對軟釬料合金的組合焊接，可擴展其服役工作溫度范圍，使得軟釬焊焊點可同時承受低溫、高溫載荷。采用不同力學特性的合金組合制備焊點，在高溫下由高抗蠕變、高溫力學性能強的金屬承受載荷，在低溫下由低溫塑性好、無低溫脆性的金屬承受載荷，兩種金屬在不同環境下力學性能互補并且相互保護，克服單一金屬/合金焊點的缺陷，有助于在極低和極高溫度范圍工作的電子互連焊點可靠性的提高。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

一種擴展服役工作溫度范圍的組合合金軟釬焊焊接結構的制備方法，所述制備方法具體步驟如下：

步驟一：對待使用的金屬釬料合金進行清洗：具體的是使用乙醇或丙酮分別超聲清洗10~20 min，去除雜質和氧化物，對焊盤、金屬導線或金屬導體進行相同的處理；

步驟二：選取能夠承受低溫載荷和高溫載荷的金屬釬料合金各一種，并準備金屬釬料合金的焊膏或焊片；