一种ZnAlMgIn高温无铅钎料制造技术

一种ZnAlMgIn高温无铅钎料，属于微电子行业电子一级封装用无铅钎料制造技术领域。本发明专利技术成分（质量百分比）：Al3.9～4.1%，Mg2.4～3.1%，In0.5～3.0%，或且添加P0.05～1.0%，余量为Zn。本发明专利技术钎料采用熔盐保护方法熔炼，合金烧损少，组织均匀。本发明专利技术提出在Zn4Al3Mg近共晶合金的基础上，微量添加In、P元素来降低合金的熔点，提高合金的抗氧化和润湿性能。本发明专利技术的钎料成本低廉，不含Pb等有毒元素，润湿性良好，力学性能良好，满足传统高铅钎料的替代要求。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种ZnAlMgIn高温无铅钎料，属于微电子行业电子一级封装用无铅钎料制造
。本专利技术成分（质量百分比）：Al3.9～4.1%，Mg2.4～3.1%，In0.5～3.0%，或且添加P0.05～1.0%，余量为Zn。本专利技术钎料采用熔盐保护方法熔炼，合金烧损少，组织均匀。本专利技术提出在Zn4Al3Mg近共晶合金的基础上，微量添加In、P元素来降低合金的熔点，提高合金的抗氧化和润湿性能。本专利技术的钎料成本低廉，不含Pb等有毒元素，润湿性良好，力学性能良好，满足传统高铅钎料的替代要求。【专利说明】—种ZnAIMgIn高温无铅钎料
:本专利技术涉及软钎焊领域的高温无铅焊料，是一种新型的ZnAlMg-Xln无铅钎料，属于微电子行业电子一级封装用无铅钎料制造
，也应用在汽车电路板钎焊和家用电器焊接领域。
技术介绍
:随着社会的发展，人们对环保和健康的要求越来越高，欧盟RoHS指令和我国《电子信息产品污染控制管理办法》都已经规定禁止使用含铅钎料。含铅高温钎料Pb5Sn和PblOSn (熔点分别为305°C和310°C)却一直没有找到合适的无铅替代钎料。目前，高温无铅钎料的研究主要集中在以下几个体系=Au基、Bi基、Zn-Sn和Zn-Al基无铅钎料。Au20Sn和Au-Ge钎料具有较好润湿性和导电导热性，但是由于其大量使用了 Au导致钎料成本提至IJ，限制了其广泛的应用。而且AuSn钎料能够形成较脆的金属间化合物，降低了焊点的抗拉强度。B1-Ag钎料具有合适的熔点(270°C )，但是由于基体Bi的脆性导致钎料的加工性能很差，而且导电性能差。ZnSn钎料由于其严重的腐蚀性和很低的固相线温度(198°C)限制其发展。而Zn-Al基合金具有成本低、加工性能好、导电导热性能良好和热膨胀系数低等优点，使其成为高温无铅钎料的最佳选择。由于Ζη6Α1 (熔点381°C )合金钎料的基体主要为活泼性金属Zn，高温下极容易被氧化，从而影响钎料的润湿性。因而，提高钎料的抗氧化性，降低合金熔点是很有必要的。近年来，主要在Ζη6Α1共晶成分的基础上,通过添加合金化元素Mg、In、Cu、Ga等来改善合金的性能。其中文献报道无铅钎料Zn4A13Mg3Ga成功应用到实际中，但由于该钎料的延展性差，很难加工成带状或者丝状；文献报道ZnAlCu合金钎料，Cu加入对合金熔点降低不明显；Ζη12Α1-χΙη (x=0.5?1.5at.%)合金钎料，In的添加提高了合金的润湿性，但合金的熔点降低不明显。本专利技术提出在ZnAl钎料的基础上，添加合金化元素Mg来降低合金的熔点，并在ZnAlMg三元合金的基础上进一步添加合金元素In,来提高合金的抗氧化性和进一步降低合金熔点。
技术实现思路
:本专利技术是在ZnAl钎料的基础上，添加3wt%的Mg形成近共晶合金Zn4A13Mg(熔点3430C )，并在Zn4A13Mg基础上进一步添加合金元素In，来提高钎料合金的抗氧化性和进一步降低温度。形成的四元ZnAlMg-xIn新型高温钎料,该合金很大程度上降低了熔点，改善了钎料的润湿性。本专利技术提供了一种ZnAlMgIn高温无铅钎料，其特征在于:该钎料质量百分比组成为 A13.9 ?4.1%，Mg2.4 ?3.1%，In0.5 ?3.0%, Zn90 ?93%。更进一步，该钎料还包含有P0.05?1.0%。本专利技术的一种ZnAlMgIn高温无铅钎料的制备方法是按以下步骤进行的:一、称量熔盐:按质量比例称取熔盐KCl =LiCl= (1.2?1.4): (0.9?1.1);二、称量金属:按质量百分数称取3.9?4.1份Al块、2.4?3.1份Mg块、0.5?3.0份In块、余量为Zn块；三、熔炼；将步骤一得到熔盐均匀混合后置于陶瓷坩埚内，将坩埚置于电阻炉内加热至400°C，待熔盐完全熔化后将步骤二得到的Zn块置于熔盐之下，加热至450°C依次将Al和Mg块置于Zn液下，加热至600°C保温10?30分钟，冷却到500°C用石英玻璃棒充分搅拌，即得ZnAlMg合金。四、重熔:将步骤三得到的合金重新熔炼，400°C加入In块后充分搅拌，即得到高温钎料。本专利技术的效果和优势为:本专利技术的钎料对于温度高于260°C的一级电子封装而言熔点合适，润湿性好，合金的显微硬度和抗拉强度较高，能满足钎焊接头300°C使用要求。相对于Au基钎料和BiAg钎料，本专利技术的钎料主要成分Zn金属价格便宜，而且成分中不含Ag、Au等贵金属，成本低廉。Mg元素的添加提高了合金钎料的耐腐蚀性，Zn合金本身具有很强的腐蚀性，研究表明微量Mg的添加可以提高Zn合金的晶间腐蚀。添加微量合金化元素In后合金的熔点下降明显，近共晶合金Zn4A13Mg的熔点为343°C，当合金中In的质量百分数为2?3%时，合金的熔点为320?330°C，满足了替代传统钎料Pb5Sn和PblOSn熔点要求。In的添加，提高了合金的抗氧化性，增加了钎料的润湿性，这主要因为In元素本身的耐氧化性能，而且原子半径较大表面张力小，In富集于液态钎料的表面，降低液态钎料的表面张力，因此，In元素的添加提高了钎料的润湿性能。此外，In耐化学腐蚀，而且可以增强合金的耐化学腐蚀性能。P元素的添加可以提高钎料合金的抗氧化性，主要因为P元素可以促进液态钎料形成一层致密的表面氧化膜，阻止钎料的进一步氧化，从而提高钎料的抗氧化性。本专利技术的一种高温钎料的制备方法，是在熔盐保护下进行熔炼，保护了合金不被氧化，在600°C下熔化金属，在500°C下进行充分搅拌不仅可以保证合金的均匀化，而且降低了合金的高温烧损。【专利附图】【附图说明】:图1ZnAlMg的电子扫描图片图2ZnAlMg-2In的电子扫描图片【具体实施方式】本专利技术的高温无铅合金钎料采用熔盐保护法熔炼制备，下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明，但是本专利技术的内容不局限于实施例。本专利技术的实施例见表I。具体实施例如下:实施例1:本实施例的一种电子产品一级封装的高温钎料由以下质量百分比的成分组成:A14.0, Mg3.0，余量为Zn。实施例2:本实施例的一种电子产品一级封装的高温钎料由以下质量百分比的成分组成:A14.0，Mg3.0，InL 0，余量为 Zn。实施例3:本实施例的一种电子产品一级封装的高温钎料由以下质量百分比的成分组成:A14.0，Mg3.0，InL 5，余量为 Zn。实施例4:本实施例的一种电子产品一级封装的高温钎料由以下质量百分比的成分组成:A14.0，Mg3.0，Ιη2.0，余量为 Zn。实施例5:本实施例的一种电子产品一级封装的高温钎料由以下质量百分比的成分组成:A14.0，Mg3.0，Ιη2.5，余量为 Zn。实施例6:本实施例的一种电子产品一级封装的高温钎料由以下质量百分比的成分组成:Α14.0，Mg3.0，Ιη3.0，余量为 Zn。实施例7:本实施例的一种电子产品一级封装的高温钎料由以下质量百分比的成分组成:Α14.0，Mg3.0，P0.1,余量为 Zn。实施例8:本实施例的一种电子产品一级封装的高温钎料由以下质量百分比的成分组成:A14.0，Mg3.0，InL 0，P0.1,余量为 Zn。 表1实施例钎料的成分(wt%)及熔化温度(V )【权利要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ZnAlMgIn高温无铅钎料，其特征在于：该钎料包括以下质量百分比的组分：Al3.9～4.1%，Mg2.4～3.1%，In0.5～3.0%，Zn90～93%。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓军，闫鑫，胡伟，雷永平，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11