[發明專利]一種強韌一體性Cu/Sn/Ag焊接材料原位增韌方法

有效

• 申請號: 202010979413.4
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112157257B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 徐紅艷;徐菊
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: B22F1/17
• 分類號: B22F1/17;B22F3/02;B22F5/00;B23K20/00;B23K20/26;B23K35/40;C23C14/16;C23C14/34;C23C28/02;C25D3/30
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 張乾楨

1.一種強韌一體性Cu/Sn/Ag焊接材料原位增韌方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟(1)將不同粒徑的銅顆粒均勻電鍍一層2～3μmSn鍍層，然后在Cu/Sn粉末表面物理均勻沉積一層1μm Ag層，得到Cu/Sn/Ag粉末；

步驟(2)將步驟(1)制備的Cu/Sn/Ag粉末進行配比，放置于混料機中，在100～300r/min速率下，機械混合1～2h，得到粒徑均勻混合的粉末；所述步驟(2)中，Cu/Sn/Ag粉末的顆粒尺寸為兩種或三種，當采用兩種顆粒尺寸時，配比按大小粒徑的用量為1:2的質量比例進行配比；當顆粒尺寸為三種時，按大中小粒徑的用量為1：2：3的質量比例進行配比；

步驟(3)將步驟(2)制備的粉體在高壓壓片機上壓力成型，所述高壓壓片機壓力范圍為10～30MPa，得到厚度為100～400μm的Cu/Sn/Ag復合預成型焊片；

步驟(4)對所述的復合預成型焊片進行低溫瞬態液相擴散焊接，通過Sn與Cu、Sn與Ag同時發生擴散反應，使得低熔點的Sn完全轉化為Cu₃Sn和Ag₃Sn界面金屬間化合物，制備出Cu₃Sn/Ag₃Sn包覆Cu顆粒的三維網絡結構接頭。

2.一種Cu/Sn/Ag三元體系強韌一體性三維網絡接頭制備方法，其特征在于，所述的制備步驟如下：

步驟(1)將三種不同粒徑的Cu粉末按照3:2:1的質量比例配置，三種粉末粒徑分別為：5～50μm，15～30μm及30～50μm；

步驟(2)將粒徑配置好的Cu粉末均勻混合，在0.25A的電流下電鍍1～3小時，每15～30min攪拌一次，得到鍍Sn層厚度為2～3μm的Cu/Sn電鍍粉末；

步驟(3)將電鍍Cu/Sn粉末放置于帶自動攪拌裝置的物理氣相沉積設備中，攪拌速率為10～50r/min，Ag靶材的濺射功率為300～600W，獲得的Ag鍍層厚度為500～1000nm；

步驟(4)將制備好的Cu/Sn/Ag復合粉末放置于定型模具中，磨平，設定壓片壓力為7～20MPa，保壓時間5min，得到厚度為100～400μm的預成型焊片；

步驟(5)Cu/Sn/Ag預成型焊片在250℃～280℃的焊接溫度下回流8～40min，得到強韌一體的三維網絡焊接接頭本體。

3.一種Cu/Sn/Ag三元體系強韌一體性復合預成型焊片的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟(1)將30～50μm，15～30μm，及5～15μm粒徑的銅顆粒分別均勻的電鍍一層2～3μmSn鍍層，Cu/Sn粉末表面物理均勻沉積一層1μm Ag層；

步驟(2)將步驟(1)制備的Cu/Sn/Ag粉末按大中小粒徑1：2：3的質量比例進行配比，放置于混料機中，在100～300r/min速率下，機械混合1～2h，得到粒徑均勻混合的粉末；

步驟(3)將步驟(2)制備的粉體在高壓壓片機上壓力成型，壓片機壓力范圍為10～30MPa，得到厚度為100～400μm的Cu/Sn/Ag復合預成型焊片。

4.一種Cu/Sn/Ag三元體系強韌一體性復合預成型焊片，其特征在于，所述復合預成型焊片為采用Cu/Sn/Ag體系復合粉末材料經過10～30MPa壓力成型得到；所述Cu/Sn/Ag體系復合粉末材料具體為：

銅粉末顆粒，所述銅粉末顆粒上依次鍍有Sn鍍層及Ag鍍層，形成Cu/Sn/Ag三元體系粉末；所述銅粉末顆粒粒徑為5～50μm，Sn鍍層厚度為2～3μm；Ag鍍層厚度為0.5～1.5μm；所述Sn鍍層采用電鍍工藝制備，Ag鍍層采用物理氣相沉積工藝制備；

三種Cu/Sn/Ag粉末粒徑分別為：30～50μm，15～30μm，及5～15μm，用量配比按照1：2：3的質量比例配置。