[發(fā)明專(zhuān)利]一種Au-20Sn箔材的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011180834.7
• 申請(qǐng)日: 2020-10-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112281017B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭健;劉華山;王日初
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C22C5/04
• 分類(lèi)號(hào): C22C5/04;C22C1/02;C22F1/14;B21B1/40;B21B3/00
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 蔣太煒

本發(fā)明提供了一種Au?20Sn箔材的制備方法，該方法尤其適合雙脆性相材料的制備。本發(fā)明提供的Au?20Sn箔材中Au的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80％±0.3％；本發(fā)明的制備方法為：將按設(shè)計(jì)組分配取的原料經(jīng)熔煉澆筑、擠壓、熱軋得到產(chǎn)品。本發(fā)明采用澆鑄的方式使AuSn相中產(chǎn)生納米尺寸亞組織，隨后通過(guò)擠壓的方式細(xì)化Au5Sn相晶粒，產(chǎn)生納米尺寸AuSn亞晶粒網(wǎng)狀分布，分割等軸Au5Sn晶粒的特殊微觀(guān)組織，使該合金在一定的溫度范圍內(nèi)具有良好的變形性能。本發(fā)明通過(guò)熔鑄?擠壓?軋制等常規(guī)方法的組合應(yīng)用，解決已有的Au?20Sn共晶箔材制備的工藝復(fù)雜、費(fèi)用昂貴和生產(chǎn)效率低的問(wèn)題，工藝簡(jiǎn)單且成本低，適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備領(lǐng)域，涉及一種Au-20Sn箔材的制備方法。

技術(shù)背景

Au-20Sn共晶(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)焊料是最近發(fā)展的無(wú)鉛焊料，該焊料由Au₅Sn和AuSn兩相組成，熔點(diǎn)為278℃。金錫焊料具有強(qiáng)度高(275MPa)、耐腐蝕、抗蠕變及疲勞性能優(yōu)異、導(dǎo)電(16.4μΩ·cm)和導(dǎo)熱(57W·m^-1·K^-1)性好、粘度低、無(wú)需助焊劑和易焊接等優(yōu)點(diǎn)，適合280-350℃溫度區(qū)間內(nèi)的釬焊，是一種性能優(yōu)良的無(wú)鉛焊料。

電子產(chǎn)品集成化和微型化的發(fā)展趨勢(shì)、Au的昂貴價(jià)格以及焊接工藝要求Au-20Sn焊料的厚度不大于50μm。但Au-20Sn焊料由體積分?jǐn)?shù)分別為57％和43％的Au₅Sn和AuSn等兩種脆性的化合物相組成的，難以采用常規(guī)方法加工成箔材。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外發(fā)展了大量Au-20Sn箔材的新型制備方法，尤其在鑄造拉拔、疊層冷軋和電鍍等工藝上進(jìn)行了大量的研究。鑄造拉拔法是一種將熔融金錫合金通過(guò)鑄造輥冷卻成型制備帶材的方法，熔液倒入儲(chǔ)存槽后通過(guò)通道流到供給槽，隨后供給槽的熔液經(jīng)過(guò)鑄造輥冷卻制造成帶材。疊層冷軋復(fù)合法是采用多層復(fù)合技術(shù)將分別預(yù)處理過(guò)、軋制至一定厚度的金帶和錫帶按照Au/Sn/…/Sn/Au的方式，彼此相間層疊在一起(至少5層)，預(yù)壓成復(fù)合坯料，再冷軋成所需規(guī)格的箔材的方法。電鍍法是將含有金和錫的離子氧化還原反應(yīng)成單質(zhì)共沉積或分別沉積在基板上，最后得到金錫共晶合金。

但目前為止，上述制備Au-20Sn箔材的工藝都存在不足。鑄造拉拔法只能制備較厚的板帶材，難以制備厚度為0.1mm以下的箔帶。疊層冷軋復(fù)合法雖簡(jiǎn)單易行，但難以精確控制Au-20Sn焊料中金與錫的量，冷軋時(shí)Au與Sn的形變不一致將使焊料的實(shí)際成分偏離名義成分。同樣地，電鍍沉積法難以精確控制鍍層中的質(zhì)量比，且焊料只能直接沉積在元器件的焊接面上，工藝復(fù)雜，難以實(shí)際應(yīng)用。綜上所述，現(xiàn)有的制備Au-20Sn釬料箔帶的技術(shù)并不能滿(mǎn)足工業(yè)需求，嚴(yán)重制約Au-20Sn釬料在工業(yè)封裝領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決的問(wèn)題是提供一種Au-20Sn箔材的制備方法，通過(guò)熔鑄和擠壓等常規(guī)方法的組合應(yīng)用，獲取具有特定微觀(guān)組織組成的帶材，利用Au-20Sn合金在該組織組成下具有的良好塑性，進(jìn)而采用熱軋的方法制備箔材。該發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單且成本低，適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，生產(chǎn)的Au-20Sn箔材厚度達(dá)20～50μm，表面質(zhì)量好。

本發(fā)明一種Au-20Sn箔材的制備方法，包括下述步驟：

步驟一配料

按質(zhì)量比；Au：Sn＝8:2配取Au和Sn；

步驟二熔鑄；

將配取的Au、Sn置于熔煉爐中，先通入保護(hù)氣體；然后升溫至1150～1250℃，保溫得到混合均勻的熔體；熔體冷卻至350～400℃后，澆鑄到模具中；得到了鑄錠；

步驟三擠壓

將步驟二所得鑄錠加熱至160～220℃；保溫；然后以10:1～30:1、優(yōu)選為28～30:1的擠壓比，以0.1～0.4mm·s^-1、優(yōu)選為0.2mm·s^-1的擠壓速率擠壓成厚度為2～3mm的帶材；