[發明專利]一種復合成型的整體金屬網增強焊料及其制備方法

在審

• 申請號: 202310485494.6
• 申請日: 2023-05-04
• 公開（公告）號: CN116493804A
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 肖勇;劉佳峻;李丹;張建;李佳琪
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B23K35/02
• 分類號: B23K35/02;B23K35/40
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 張璐

本發明公開了一種復合成型的整體金屬網增強焊料及其制備方法和應用。所述復合成型的整體金屬網增強焊料的制備方法，包括如下步驟：在經過預處理的金屬絲網表面沉積一層金屬層，并在真空條件下進行高溫合金化，得到整體金屬網；取兩片焊料片，將整體金屬網置于保護氣體氣氛中加熱并保溫，按照焊料片、整體金屬網和焊料片的順序疊放，得到疊層結構；對疊層結構進行軋制，利用整體金屬網的熱量使得焊料熔覆嵌入其中，即制備得到所述復合成型的整體金屬網增強焊料。本發明通過單獨加熱金屬網使其局部高熱熔化焊料避免了電鍍與整體重熔方法引發的焊料污染與氧化問題，有效提升良品率，能夠獲得成分均勻、一致性好的高強度整體金屬網增強焊料。

技術領域

本發明屬于焊接材料領域，尤其涉及一種復合成型的整體金屬網增強焊料及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著新能源汽車、智能電網、軌道交通等戰略性新興領域的高速發展，市場對功率半導體的需求量不斷增加，同時技術的創新也意味著需要在功率半導體的性能上尋求突破。由于長時間要在高頻、高電流密度下服役，功率半導體芯片會產生大量熱量。為了使芯片運行穩定可靠，需要保證芯片與基板間的連接材料具備良好的高溫耐受性，而芯片焊接中產生的連接缺陷引發的熱應力問題是造成器件失效的主要原因。為了提高功率半導體器件的可靠性，焊接精度控制和高焊合率、高強度成為提高功率半導體器件性能的關鍵要素。

在焊料中引入合金骨架是解決上述問題的有效方法之一。中國專利CN114222638A公開了一種焊料－金屬網格復合材料及其制造方法，該方法使用銅網格作為插層材料制備復合焊料，制備過程需將焊料加熱至熔融態涂覆于銅網格表面，加工過程易造成焊料氧化失效，且該方法受限于焊料潤濕性影響，可選焊料種類有限。中國專利CN112091474B公開了一種Ni合金泡沫強化Sn基復合焊料制備方法，該方法采用電鍍方法向金屬泡沫結構表面沉積Sn基焊料，再通過電磁感應加熱使Sn焊料重熔并軋制成箔，然而該方法存在電鍍工藝效率低、污染嚴重、易引入雜質等問題。此外，由于電磁感應加熱的集膚效應會令低溫Sn基焊料表面溫度驟升熔化，最終導致焊料外側含氧量過高降低焊接可靠性。

發明內容

針對現有合金骨架增強復合焊料制備方法面臨的加工效率低、焊料污染重、焊接可靠性差等問題，本發明的目的在于提供一種復合成型的整體金屬網增強焊料及其制備方法。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種復合成型的整體金屬網增強焊料的制備方法，包括如下步驟：

（1）在經過預處理的金屬絲網表面沉積一層金屬層，并在真空條件下進行高溫合金化，得到整體金屬網；

（2）取兩片焊料片，將步驟（1）所述整體金屬網置于保護氣體氣氛中加熱并保溫，按照焊料片、整體金屬網和焊料片的順序疊放，得到疊層結構；

（3）采用軋機對步驟（2）所述疊層結構進行軋制，利用整體金屬網的熱量使得焊料熔覆嵌入其中，即制備得到所述復合成型的整體金屬網增強焊料。

優選的，步驟（1）中，預處理的方式為：將金屬絲網放入稀鹽酸中進行超聲清洗，然后再用水和無水乙醇中清洗。預處理的目的是為了去除金屬絲網表面的雜質與氧化膜，確保表面沉積金屬層與金屬網良好結合。

優選的，步驟（1）中，金屬絲網為銅絲、鎳絲和鈦絲中的至少一種，其絲徑為25~100μm。目數為100~400目。進一步的，設計使用不同絲徑、不同材料金屬絲的組合編織方式可以實現多種焊料強化效果。

優選的，步驟（1）中，金屬絲網由金屬絲編織得到，所述編織方式選自平紋、斜紋和緞紋中的一種。

優選的，步驟（1）中，金屬層的材質為銅、鎳、銀、鈦、鋅和鉻中的至少一種。

優選的，步驟（1）中，表面沉積的方法為電鍍、化學鍍、物理氣相沉積、化學氣相沉積和熱浸鍍中的一種。