用于陶瓷或玻璃的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于陶瓷或玻璃的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料，屬于焊接【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及用于玻璃、陶瓷、金屬之間的復(fù)合釬焊料。本發(fā)明采用復(fù)合釬焊粉料經(jīng)各種機(jī)械加工手段制備成為絲狀或帶狀焊料，或在粉料中加入粘結(jié)劑均勻混合成膏狀焊料，復(fù)合釬焊粉料中有金、錫粉末和鋁基準(zhǔn)晶合金粉末，鋁基準(zhǔn)晶合金粉末的質(zhì)量含量占釬焊料總質(zhì)量的1-10%，金與錫粉末的含量占釬焊料總質(zhì)量的90-99%；鋁基準(zhǔn)晶合金粉末為Al-Cu-Fe，Al-Cu-Co，Al-Cu-Ni等中的任一中或幾種的混合物；粉末粒徑為100nm-50μm。本復(fù)合釬焊料利用準(zhǔn)晶合金粉體作為添加劑，提高焊縫的均勻性，杜絕孔隙的產(chǎn)生，阻止中間硬脆相的生產(chǎn)，增強(qiáng)焊縫的抗熱疲勞性，提高了釬焊的氣密性能和焊接接頭的強(qiáng)度。
【專利說(shuō)明】用于陶瓷或玻璃的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于玻璃與玻璃、陶瓷與陶瓷之間，玻璃或陶瓷與金屬之間的復(fù)合釬焊料。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于玻璃與玻璃、陶瓷與陶瓷之間，玻璃或陶瓷與金屬之間的連接通常是使用低溫的釬焊焊接方法，所使用的釬焊焊料為金(Au)錫(Sn)合金焊料，因?yàn)榻疱a焊料具有強(qiáng)度高，抗氧化性能好，抗熱疲勞和蠕變性優(yōu)良，熔點(diǎn)低，流動(dòng)性能好等特點(diǎn)。但是由于Au是IB族的元素，Sn是IVA族元素，Au和Sn的擴(kuò)散機(jī)制是間隙機(jī)制，擴(kuò)散速度很快，金錫二元合金相圖很復(fù)雜，存在許多中間相，并且這些中間相都是硬脆相，因此往往會(huì)影響到釬焊接頭的質(zhì)量，例如，強(qiáng)度較差，氣密性能達(dá)不到要求等，特別是在光電子封裝的使用中尚不能滿足使用要求。
[0003]隨著光電子器件的快速發(fā)展，對(duì)高質(zhì)量的低溫焊接材料的需求也越來(lái)越大，如何提高現(xiàn)有的金錫焊料的焊接性能至今仍是一個(gè)技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于玻璃與玻璃、陶瓷與陶瓷之間，或玻璃、陶瓷與金屬之間的鋁基準(zhǔn)晶復(fù)合釬料，由于鋁基準(zhǔn)晶具有獨(dú)特的表面性能，如表面的抗氧化性能，潤(rùn)濕性能；其熱傳性能特殊曲線，隨溫度的變化，導(dǎo)熱系數(shù)而變化；以及具有很好的力學(xué)性能，強(qiáng)度高且塑性好，這些都使得鋁基準(zhǔn)晶在封接領(lǐng)域有很好的應(yīng)用?；旌箱X基準(zhǔn)晶合金的金錫焊料將會(huì)杜絕焊縫中孔隙的產(chǎn)生，減少硬脆相的發(fā)生，增強(qiáng)焊縫的抗熱疲勞性，從而得到具有高氣密性能、高強(qiáng)度的焊接接頭。
[0005]本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。一種用于陶瓷或玻璃的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料，采用復(fù)合釬焊粉料經(jīng)機(jī)械加工制備成為絲狀或帶狀焊料，或在復(fù)合釬焊粉料中加入粘結(jié)劑均勻混合成膏狀焊；所述復(fù)合釬焊粉料由金屬金粉末、金屬錫粉末和鋁基準(zhǔn)晶合金粉末構(gòu)成，三者質(zhì)量百分比:
金屬金粉末72-80%，
金屬錫粉末18-20%，
鋁基準(zhǔn)晶合金粉末 1_10%，
所述金屬金、金屬錫粉末的顆粒直徑范圍均為100nm-50Mffl ;所述鋁基準(zhǔn)晶合金的粉末的顆粒直徑范圍為100nm-50Mm。
[0006]所述金屬金粉末、金屬錫粉末和鋁基準(zhǔn)晶合金粉末的優(yōu)先質(zhì)量百分比:
金屬金粉末76%,
金屬錫粉末19%，
鋁基準(zhǔn)晶合金粉末 5%。
[0007]所述鋁基準(zhǔn)晶合金粉末為Al-Cu-Fe、Al-Cu-Co或Al-Cu-Ni中的任一種或幾種的混合物，其中:
Al-Cu-Fe鋁基準(zhǔn)晶合金粉末的各元素之間的質(zhì)量百分比:
Al 50-70%,
Cu 15-35%,
Fe 5-15% ；
Al-Cu-Co鋁基準(zhǔn)晶合金粉末的各元素之間的質(zhì)量百分比:
Al 50-70%,
Cu 15-35%,
Co 5-15% ；
Al-Cu-Ni鋁基準(zhǔn)晶合金粉末的各元素之間的質(zhì)量百分比:
Al 50-70%,
Cu 15-35%,
Ni5-15%。
[0008]所述粘結(jié)劑的加入質(zhì)量占復(fù)合釬焊粉料質(zhì)量的10- 25%。
[0009]所述粘結(jié)劑采用乙基纖維素的松油醇溶液、三乙醇胺、PVB系列或正癸醇。
[0010]本發(fā)明的用于陶瓷或玻璃的低溫釬焊的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料，利用鋁基準(zhǔn)晶合金粉體作為添加劑，通過(guò)鋁基準(zhǔn)晶合金在釬焊焊接過(guò)程中的作用，杜絕孔隙的產(chǎn)生，減少了中間硬脆相的生長(zhǎng)，促使釬焊過(guò)程中晶體相和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使釬焊層更加均勻，結(jié)構(gòu)更合理，從而增加焊料的潤(rùn)濕性，增強(qiáng)焊縫的抗熱疲勞性，提高釬焊縫的氣密性能、焊接接頭的強(qiáng)度。
[0011]本發(fā)明的用于陶瓷或玻璃的低溫釬焊的鋁基準(zhǔn)晶復(fù)合釬焊料，由于添加了具有和陶瓷熱性能相似的鋁基準(zhǔn)晶合金顆粒，使得釬焊焊料具有更良好熱膨脹系數(shù)匹配，預(yù)定位功能粘度較高，釬焊縫的厚度均勻性能控制得更好。本發(fā)明的復(fù)合釬焊料的熔點(diǎn)溫度在2800C以上、焊接溫度為340°C。由于本復(fù)合釬焊料用于釬焊時(shí)的溫度低，因此可以在保護(hù)氣氛下進(jìn)行，例如氮?dú)?，氬氣等惰性氣體下，還可以充點(diǎn)氫氣作為一定的還原氣氛，甚至可以使用手套箱和加熱平臺(tái)，降低了對(duì)釬焊設(shè)備的要求，使釬焊過(guò)程更容易實(shí)現(xiàn)和更容易操作，從而降低氣氛焊接的成本，提高了工作效率。
[0012]本發(fā)明的用于陶瓷或玻璃的低溫釬焊的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料，能夠方便地應(yīng)用在半導(dǎo)體、光電子封裝上，尤其是，在光通訊窗口、紅外窗口等各種窗口封裝中的應(yīng)用能夠滿足使用要求。
[0013]
【具體實(shí)施方式】
[0014]本發(fā)明的釬焊料由復(fù)合釬焊粉料經(jīng)各種機(jī)械加工手段制備成為絲狀或帶狀，或在復(fù)合釬焊粉料中加入粘結(jié)劑均勻混合成膏狀構(gòu)成，復(fù)合釬焊粉料中有金、錫粉末和鋁基準(zhǔn)晶合金粉末，鋁基準(zhǔn)晶合金粉末的質(zhì)量含量占釬焊料總質(zhì)量的1-10%，金與錫粉末的含量占釬焊料總質(zhì)量的90-99% ;鋁基準(zhǔn)晶合金粉末為Al-Cu-Fe，Al-Cu-Co, Al-Cu-Ni等中的任一中或幾種的混合物；其中=Al-Cu-Fe鋁基準(zhǔn)晶合金粉末的各元素之間的質(zhì)量百分比:
Al 50-70%, Cu 15-35%,
Fe 5-15% ；
Al-Cu-Co鋁基準(zhǔn)晶合金粉末的各元素之間的質(zhì)量百分比:
Al 50-70%,
Cu 15-35%,
Co 5-15% ；
Al-Cu-Ni鋁基準(zhǔn)晶合金粉末的各元素之間的質(zhì)量百分比:
Al 50-70%,
Cu 15-35%,
Ni 5-15%。
[0015]在金屬金與錫的混合粉末中，其粒徑為100nm-50Mm，金粉與錫粉的質(zhì)量比為(3-4.5):1 ;陶瓷粉末的粒徑為100nm-50Mm。下面通過(guò)實(shí)施例做進(jìn)一步描述(下述各例中的鋁基準(zhǔn)晶合金的粉末中各元素按質(zhì)量百分比范圍配制)。
[0016]實(shí)施例1制備膏狀的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料
1.分別準(zhǔn)備金屬金粉末、金屬錫粉末和AL-CU-Fe鋁基準(zhǔn)晶合金的粉末，使三者的顆粒粒徑均為 100nm-500 nm ( 0.1Mm -0.5Mm)范圍內(nèi)；
2.取上述準(zhǔn)備好的金屬金粉末8.5克，金屬錫粉末2克，AL-Cu-Fe鋁基準(zhǔn)晶合金粉末
0.2克混合后放入混料機(jī)中攪拌使其混合均勻，即得到粉狀的鋁基合金復(fù)合釬焊料；
3.在上述粉狀的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料中加入1.8克乙基纖維素的松油醇溶液(粘結(jié)劑)，再繼續(xù)攪拌均勻，得到膏狀的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料成品。
[0017]以下對(duì)上述膏狀的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料產(chǎn)品作應(yīng)用試驗(yàn):
需釬焊焊接的兩塊材料是:陶瓷與金屬可伐合金，釬焊溫度為340°C，焊接過(guò)程在氮保護(hù)氣氛中，同時(shí)沖入一定量的氫氣進(jìn)行，得到均勻焊縫。經(jīng)檢測(cè)，該焊縫無(wú)任何孔隙，焊縫材質(zhì)均勻，強(qiáng)度達(dá)到450MPa以上，抗熱循環(huán)性能好。
[0018]實(shí)施例2制備膏狀的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料
1.分別準(zhǔn)備金屬金粉末、金屬錫粉末和Al-Cu-Co鋁基準(zhǔn)晶合金粉末，使Al-Cu-Co鋁基準(zhǔn)晶合金粉末的顆粒粒徑為500nm-2500 nm ( 0.5Mm _2.5Mm)范圍內(nèi)，金屬金粉、金屬錫粉的顆粒粒徑在800-2000 nm范圍內(nèi)；
2.取上述準(zhǔn)備好的金屬金粉末8克，金屬錫粉末2克，Al-Cu-Co鋁基準(zhǔn)晶合金粉末
0.35克混合后放入混料機(jī)中攪拌使其混合均勻，即得到粉狀的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料；
3.在上述粉狀的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料中加入2克三乙醇胺(粘結(jié)劑)，再繼續(xù)攪拌均勻，得到膏狀的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料成品。
[0019]實(shí)施例3制備帶狀的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料
1.分別準(zhǔn)備金屬金粉末、金屬錫粉末和Al-Cu-Ni鋁基準(zhǔn)晶合金粉末，使三者的顆粒粒徑均為 400nm-5000 nm ( 0.4Mm -5.0Mm)范圍內(nèi)；
2.取上述準(zhǔn)備好的金屬金粉末8克，金屬錫粉末2克，Al-Cu-Ni鋁基準(zhǔn)晶合金粉末
0.13克混合后放入混料機(jī)中攪拌使其混合均勻，即得到粉狀的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料；
3.將上述粉料置于粉末冶金機(jī)械裝置中壓制成3_X0.2_ (截面長(zhǎng)X寬)的帶狀產(chǎn)品；或者制備成需要的焊接片的形狀。[0020]以下對(duì)上述帶狀的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料產(chǎn)品作應(yīng)用試驗(yàn):
需釬焊焊接的兩塊材料是:陶瓷與玻璃，釬焊溫度為340°C，得到焊縫的厚度均勻，材質(zhì)均勻，經(jīng)檢測(cè)，該焊縫無(wú)任何孔隙，而且焊接強(qiáng)度高于460MPa，抗熱循環(huán)性能好。
[0021]實(shí)施例4制備帶狀的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料
1.分別準(zhǔn)備金屬金粉末、金屬錫粉末和Al-Cu-MnFe鋁基準(zhǔn)晶合金粉末，使陶瓷粉末的顆粒粒徑均為lOOOnm-lOOOO nm( 1.0Mm -1OMm)范圍內(nèi)；金屬粉的顆粒直徑為3000_3500nm(3.0Mm _3.5Mm)范圍內(nèi)。
[0022]2.取上述準(zhǔn)備好的金屬金粉末8克，金屬錫粉末2克，Al-Cu-MnFe鋁基準(zhǔn)晶合金粉末0.4克混合后放入混料機(jī)中攪拌使其混合均勻，即得到粉狀的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料；
3.將上述粉料置于粉末冶金機(jī)械裝置中壓制成lmmX0.15mm (截面)帶狀，得到帶狀產(chǎn)品；或者制備成需要的焊接片的形狀。
[0023]實(shí)施例5制備納米陶瓷復(fù)合釬焊料的粉料
1.分別準(zhǔn)備金屬金粉末、金屬錫粉末和Al-Cu-MnFe鋁基準(zhǔn)晶合金粉末，使陶瓷的顆粒粒徑均為500nm-15000 nm ( 0.5Mm -15Mm)范圍內(nèi)；金屬粉的顆粒直徑為4500_10000nm (
4.5Mm -1OMm)范圍內(nèi)。
[0024]2.取上述準(zhǔn)備好的金屬金粉末8克、金屬錫粉末2克、Al-Cu-MnFe鋁基準(zhǔn)晶合金末0.35克、Al-Cu-Fe鋁基準(zhǔn)晶合金粉末0.35克混合后放入混料機(jī)中攪拌使其混合均勻，即得到粉狀的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料。
[0025]3.根據(jù)使用需求，再將粉料制備成帶狀或膏狀。
[0026]實(shí)施例6制備膏狀的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料
I分別準(zhǔn)備金屬金粉末、金屬錫粉末和由Al-Cu-Fe Al-Cu-Co Al-Cu-Ni三者混合而成的鋁基準(zhǔn)晶合金粉末，使該鋁基準(zhǔn)晶合金粉末的顆粒粒徑為500nm-2500 nm ( 0.5Mm-2.5Mm)范圍內(nèi)，其中三種鋁基合金粉末的比例為(1:1:1)，金屬金粉末、金屬錫粉末的顆粒粒徑在800-2000 nm范圍內(nèi)；
2.取上述準(zhǔn)備好的金粉8克，錫粉2克，三種鋁基準(zhǔn)晶合金混合粉末0.35克混合后放入混料機(jī)中攪拌使其混合均勻，即得到粉狀的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料；
3.在上述粉狀的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料中加入2克三乙醇胺(粘結(jié)劑)，再繼續(xù)攪拌均勻，得到膏狀的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料成品。
【權(quán)利要求】
1.一種用于陶瓷或玻璃的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料，采用復(fù)合釬焊粉料經(jīng)機(jī)械加工制備成為絲狀或帶狀焊料，或在復(fù)合釬焊粉料中加入粘結(jié)劑均勻混合成膏狀焊；其特征在于:所述復(fù)合釬焊粉料由金屬金粉末、金屬錫粉末和鋁基準(zhǔn)晶合金粉末構(gòu)成，三者質(zhì)量百分比: 金屬金粉末72-80%， 金屬錫粉末18-20%， 鋁基準(zhǔn)晶合金粉末 1_10%， 所述金屬金、金屬錫粉末的顆粒直徑范圍均為100nm-50Mffl ;所述鋁基準(zhǔn)晶合金的粉末的顆粒直徑范圍為100nm-50Mm。
2.如權(quán)利I所述的用于陶瓷或玻璃的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料，其特征在于:所述金屬金粉末、金屬錫粉末和鋁基準(zhǔn)晶合金粉末的優(yōu)先質(zhì)量百分比: 金屬金粉末76%, 金屬錫粉末19%， 鋁基準(zhǔn)晶合金粉末 5%。
3.如權(quán)利I所述的用于陶瓷或玻璃的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料，其特征在于: 所述鋁基準(zhǔn)晶合金粉末為Al-Cu-Fe、Al-Cu-Co或Al-Cu-Ni中的任一種或幾種的混合物;其中: Al-Cu-Fe鋁基準(zhǔn)晶合金粉末的各元素之間的質(zhì)量百分比: Al 50-70%, Cu 15-35%, Fe 5-15% ； Al-Cu-Co鋁基準(zhǔn)晶合金粉末的各元素之間的質(zhì)量百分比: Al 50-70%, Cu 15-35%, Co 5-15% ； Al-Cu-Ni鋁基準(zhǔn)晶合金粉末的各元素之間的質(zhì)量百分比: Al 50-70%, Cu 15-35%, Ni 5-15%。
4.如權(quán)利I所述的用于陶瓷或玻璃的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料，其特征在于，所述粘結(jié)劑的加入質(zhì)量占復(fù)合釬焊粉料質(zhì)量的10-25%。
5.如權(quán)利4所述的用于陶瓷或玻璃的鋁基準(zhǔn)晶合金復(fù)合釬焊料，其特征在于，所述粘結(jié)劑采用乙基纖維素的松油醇溶液、三乙醇胺、PVB系列或正癸醇。
【文檔編號(hào)】B23K35/24GK103934589SQ201410185819
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月5日
【發(fā)明者】謝斌, 伍宏海, 許勇 申請(qǐng)人:滁州中星光電科技有限公司