一種Al-Cu-Si-Bi-La箔狀釬料及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種Al?Cu?Si?Bi?La箔狀釬料，由以下原料構成，其中Cu：18.0%~22.0%，Si：4.5%~5.5%，Bi：0.5%~1.5%，La：0.01%~0.5%，余量為Al，其制備方法包括原料裝填，加熱熔煉，調制毛坯，精煉毛坯，成型設備預熱，精煉毛坯取樣，小樣試生產及正式生產等八步。本發明專利技術制備方法簡單，易掌握，且生產成本低廉，可在有效提高焊接件焊接質量、焊接效率并簡化焊接工藝的同時，另可有效的提高焊接釬料的產品質量和生產效率，并可有效降低焊接釬料的生產成本。

A Al Cu Si Bi La brazing foil and preparation method thereof

The invention discloses a Al Cu Si Bi La brazing foil, which comprises the following raw materials including Cu:18.0%~22.0%, Si:4.5%~5.5%, Bi:0.5%~1.5%, La:0.01%~0.5%, Al margin, the preparation method comprises a material loading, heating and melting, refining blank, blank modulation, preheat molding equipment, refining blank sampling, sample test production and production in eight steps. The preparation method of the invention is simple, easy to grasp, and the production cost is low, can effectively improve the welding quality and welding efficiency and simplify the welding process at the same time, the other can effectively improve the solder products quality and production efficiency, and can effectively reduce the production cost of welding solder.

【技術實現步驟摘要】
一種Al-Cu-Si-Bi-La箔狀釬料及其制備方法
本專利技術涉及一種Al-Cu-Si-Bi-La箔狀釬料及其制備方法，屬新材料

技術介紹
高體積分數（55%~75%）SiC顆粒增強鋁基復合材料（SiCp/AlMMCs）具有高比強度、高比模量、高比剛度、高導熱和低密度的優點，而且可通過調節SiC體積分數和粘結劑添加量等來調整熱膨脹系數，用于電子封裝構件可以實現與GaAs芯片和氧化鋁基板的熱匹配，因而在微波集成電路、功率模塊和微處理器蓋板和散熱板等領域得到廣泛應用。目前，部分電子封裝配件仍使用Kovar合金作為載體，因而必須解決SiCp/Al復合材料和Kovar合金間可靠連接的難題。由于復合材料中SiC陶瓷相與基體金屬間物化性能差異較大，導致其焊接性較差，并且與Kovar合金焊接（異種材料焊接），則進一步增加了焊接方法和填充材料選擇的難度。大量研究表明通過填加中間層輔助真空硬釬焊的方法可實現SiCp/Al復合材料的有效連接，其連接界面中鋁合金/金屬釬料為強連接界面，可保證接頭的高強度結合。Al-Cu-Si系釬料具有熔點低、流動性好等優點而廣泛作為中間層用于釬焊鋁合金，若中間層中加入稀土La，則可細化初晶Si相，其變質作用可提高液態釬料的潤濕性和鋪展性；Bi活性元素可活化SiC顆粒表面，從而降低表面能；液態釬料中元素Al和Cu通過擴散途徑可與Kovar合金中Ni元素發生化學反應，實現冶金結合，因而Al-Si-Cu系釬料也適用于連接Kovar合金。此外，急冷甩帶法制備的箔狀釬料，其組織細小、均勻，能夠提高釬料的潤濕性，促進釬焊接頭實現高質量連接。所以本專利技術旨在研發一種用于Kovar合金與SiCp/Al復合材料真空釬焊的Al-Cu-Si-Bi-La箔狀釬料及其制備方法，從而有效解決SiCp/Al復合材料潤濕性差以及與Kovar合金連接難的問題，以期望焊接構件的接頭綜合性能達到電子封裝產品的使用要求。為達到上述目的，本專利技術是按照以下技術方案實施的：一種Al-Cu-Si-Bi-La箔狀釬料，由以下原料構成，其中Cu：18.0%~22.0%，Si：4.5%~5.5%，Bi：0.5%~1.5%，La：0.01%~0.5%，余量為Al。進一步的，所述的Si元素為Al-Si合金，所述的La元素為Al-La合金形式。一種Al-Cu-Si-Bi-La箔狀釬料制備方法，包括如下步驟：第一步，原料裝填，將配比好的純Al、Cu和Al-Si合金置于高真空感應熔煉爐的石墨坩堝中，并把單質Bi置于圓柱形不銹鋼模具槽中，把Al-La合金放入石墨坩堝上方特有的二次加料裝置中；然后將抽石墨坩堝高真空至1×10-3Pa~3×10-3Pa，并關閉擴散泵高閥后充入純度≥99.999%的氬氣至石墨坩堝內氣壓為0MPa即可；第二步，加熱熔煉，打開感應加熱電源，預熱石墨坩堝，并至石墨坩堝溫度為550~600℃，保溫2~3min然后快速加熱至1100~1200℃，令坩堝內的金屬原料熔化完全，并保溫5~6min，隨之調節感應電流至150~160A，保溫1~2min后打開二次加料裝置中的加料閥，使Al-La合金自然落入金屬液中，待Al-La合金熔化并保溫10~15min，然后把合金溶液迅速倒入Φ10—Φ40mm的不銹鋼模具中，從而沖熔低熔點的單質Bi，待合金液凝固后隨爐冷卻制備合金毛坯；第三步，調制毛坯，將第二步制備的合金毛坯標層的氧化層清理掉，然后將合金毛坯添加到高真空感應熔煉爐的石墨坩堝中，然后將抽石墨坩堝高真空至1×10-3Pa~3×10-3Pa，并關閉擴散泵高閥后充入純度≥99.999%的氬氣至石墨坩堝內氣壓為0MPa，然后對石墨坩堝預熱，并至石墨坩堝溫度為550~600℃，保溫2~3min然后快速加熱至700℃~850℃，令坩堝內的金屬原料熔化完全，并保溫18~22min，使Al-Cu-Si-Bi-La合金熔液在電磁攪拌作用下混合均勻，然后停止加熱，待合金液呈現暗紅色時，搖動石墨坩堝使合金液沖破表面氧化膜外殼而順利倒入Φ10—Φ40mm的不銹鋼模具中，并隨爐冷卻制備得到調制毛坯；第四步，精煉毛坯，將第三步得到的調制毛坯再次重復一次第三步的熔煉作業，并最終得到精煉毛坯；第五步，成型設備預熱，打開甩帶機總電源，然后依次打開循環水、機械泵和擴散泵，等待擴散泵預熱1.5h后，開啟高閥，檢測曬待機爐腔的真空度，并在真空度小于2.0×10-3Pa時，通入氬氣，且通入氬氣后的爐腔真空計讀數為-0.08~-0.02MPa，然后啟動銅輥旋轉控制開關，調節銅輥轉速至1250~1750r/min，等待1~3min，使銅輥轉速穩定；第六步，精煉毛坯取樣，將第四步制備得到的精煉毛坯去除表面氧化皮，然后截取20~25g作為甩帶試樣，試樣用酒精丙酮超聲清洗后置于石英管中，然后將石英管固定在真空甩帶機爐腔內的感應線圈中，并通過位置調節裝置調整石英管下端噴嘴至銅輥間距為1.5~2.0mm；第七步，小樣試生產，在完成第六步操作后，打開甩帶機感應加熱電源，調節電流至11~12A，加熱3~4min并保溫至石英管內的釬料合金完全熔化，過連接在石英管上端的通氣軟管向石英管內通入氣壓為0.01~0.05MPa的氬氣，驅動熔融釬料在氣體壓力差作用下，從石英管下端的噴嘴處噴至高速旋轉的銅輥上，然后在銅輥的軋制作用下制備得到箔狀釬料小樣；然后對小樣的參數進行檢測，若小樣參數符合工藝要求，則保持甩帶機的當前工作參數，并準備進行下一步正式生產操作，若小樣參數不符合工藝要求，則返回到第六步精煉毛坯取樣操作，然后對第七步中的甩帶機工作參數進行調整，并再次進行小樣實驗生產，直至小樣的參數符合工藝要求為止；第八步，正式生產，在第七步的甩帶機制備出滿足工藝要求的小樣后，則在當前的甩帶機工作參數條件下進行箔狀釬料正式產品的生產加工。本專利技術制備方法簡單，易掌握，且生產成本低廉，可在有效提高焊接件焊接質量、焊接效率并簡化焊接工藝的同時，另可有效的提高焊接釬料的產品質量和生產效率，并可有效降低焊接釬料的生產成本。附圖說明下面結合附圖和具體實施方式來詳細說明本專利技術圖1：本專利技術制備方法流程圖。具體實施方式為使本專利技術實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施方式，進一步闡述本專利技術。實施例1如圖1所示，一種Al-Cu-Si-Bi-La箔狀釬料，由以下原料構成，其中Cu：18.0%，Si：4.5%，Bi：0.5%，La：0.01%，余量為Al，其中Si元素為Al-Si合金，La元素為Al-La合金形式。其制備方法，包括如下步驟：第一步，原料裝填，將配比好的純Al、Cu和Al-Si合金置于高真空感應熔煉爐的石墨坩堝中，并把單質Bi置于圓柱形不銹鋼模具槽中，把Al-La合金放入石墨坩堝上方特有的二次加料裝置中；然后將抽石墨坩堝高真空至1×10-3Pa，并關閉擴散泵高閥后充入純度≥99.999%的氬氣至石墨坩堝內氣壓為0MPa即可；第二步，加熱熔煉，打開感應加熱電源，預熱石墨坩堝，并至石墨坩堝溫度為550℃，保溫2min然后快速加熱至1100℃，令坩堝內的金屬原料熔化完全，并保溫5min，隨之調節感應電流至150A，保溫1min后打開二次加料裝置中的加料閥，使Al-La合金自然落入金屬本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種Al?Cu?Si?Bi?La箔狀釬料，其特征在于，所述的Al?Cu?Si?Bi?La箔狀釬料按照由以下原料構成，其中Cu：18.0%~22.0%，Si：4.5%~5.5%，Bi：0.5%~1.5%，La：0.01%~0.5%，余量為Al。

【技術特征摘要】
1.一種Al-Cu-Si-Bi-La箔狀釬料，其特征在于，所述的Al-Cu-Si-Bi-La箔狀釬料按照由以下原料構成，其中Cu：18.0%~22.0%，Si：4.5%~5.5%，Bi：0.5%~1.5%，La：0.01%~0.5%，余量為Al。2.根據權利要求1所述的一種Al-Cu-Si-Bi-La箔狀釬料，其特征在于，所述的Si元素為Al-Si合金，所述的La元素為Al-La合金形式。3.一種Al-Cu-Si-Bi-La箔狀釬料制備方法，其特征在在于，所述的Al-Cu-Si-Bi-La箔狀釬料制備方法包括如下步驟：第一步，原料裝填，將配比好的純Al、Cu和Al-Si合金置于高真空感應熔煉爐的石墨坩堝中，并把單質Bi置于圓柱形不銹鋼模具槽中，把Al-La合金放入石墨坩堝上方特有的二次加料裝置中；然后將抽石墨坩堝高真空至1×10-3Pa~3×10-3Pa，并關閉擴散泵高閥后充入純度≥99.999%的氬氣至石墨坩堝內氣壓為0MPa即可；第二步，加熱熔煉，打開感應加熱電源，預熱石墨坩堝，并至石墨坩堝溫度為550~600℃，保溫2~3min然后快速加熱至1100~1200℃，令坩堝內的金屬原料熔化完全，并保溫5~6min，隨之調節感應電流至150~160A，保溫1~2min后打開二次加料裝置中的加料閥，使Al-La合金自然落入金屬液中，待Al-La合金熔化并保溫10~15min，然后把合金溶液迅速倒入Φ10—Φ40mm的不銹鋼模具中，從而沖熔低熔點的單質Bi，待合金液凝固后隨爐冷卻制備合金毛坯；第三步，調制毛坯，將第二步制備的合金毛坯標層的氧化層清理掉，然后將合金毛坯添加到高真空感應熔煉爐的石墨坩堝中，然后將抽石墨坩堝高真空至1×10-3Pa~3×10-3Pa，并關閉擴散泵高閥后充入純度≥99.999%的氬氣至石墨坩堝內氣壓為0MPa，然后對石墨坩堝預熱，并至石墨坩堝溫度為550~600℃，保溫2~3min然后快速加熱至700~850℃，令坩堝內...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王鵬，高增，杜娟，陶星空，程東鋒，牛濟泰，
申請(專利權)人：河南理工大學，
類型：發明
國別省市：河南,41