CN103014401B - 一种金合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种贵金属新型金铋锗锡合金及其制备方法，属于电子封装材料领域。金合金的重量百分比化学成份为（重量％）：1.0～10.0Bi，1.0～10.0Ge，1.0～10.0Sn，1.0～5.0Sb，1.0～5.0Se，0.1～1.0Pd，0.1～1.0La，0.1～1.0In，余量为Au。其制备方法为：将金（Au）、铋（Bi）、锗（Ge）、锡（Sn）、锑（Sb）、硒（Se）、钯（Pd）、镧（La）、铟（In）等合金元素，按其合金化学成分设计配方比例配好，在真空高频或中频熔炼炉中制备成AuBiGeSnSbSePdLaIn多元合金，合金再通过浇铸成形、轧制、拉拔、热处理等工艺加工，最终形状为片状、板状、棒状、丝状等成品。该合金具有良好的润湿性、低熔点、耐腐蚀、无毒性、对人体无刺激性等特点，主要应用于半导体器件、集成电路、模块电路等封装和器件的焊接，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及贵金属新型金合金及其制备方法，属于电子封装材料领域。
背景技术
随着微电子、光电子、计算机和半导体行业的发展，超大规模集成电路和高速集成电路，主要朝着高密度、小体积、功能全、智能高等方向发展，这对金合金高可靠封装材料提出了更高的要求。由于金合金具有高的化学稳定性，优良的焊接性能，高的可靠性，因此被广泛地应用于半导体器件、集成电路、模块电路等封装和相应器件的焊接。
对于封装材料用金合金，必须满足如下基本要求：（1）对母材的润湿性好、填充性好、熔点低；（2）化学稳定性高；（3）具有高的抗腐蚀性和无毒性，对人体组织无刺激，对环境无污染和破环；（4）具有高的物理与力学性能，如高密度、高硬度、高强度、耐磨性等；（5）具有好的加工性能，如易铸造，好的塑性和可加工性能；（6）通过添加多元合金元素在提高合金性能的同时，可替代昂贵的贵金属元素，降低原材料成本，节约贵金属资源，实现贵金属材料的高效合理利用。
金具有优良的抗腐蚀性，如抗氧化、抗硫化和耐盐水腐蚀等；在500℃～1000℃的温度范围内都具有高的稳定性，熔点高（1063℃），饱和蒸气压低，耐磨性好；金合金焊料在焊接过程中，为了提高焊接质量，而添加了其它合金元素，钎焊零件依靠熔化的钎料连接起来，钎焊部位的质量和性能主要取决于钎料质量。对于电子封装合金材料，在满足气密性好、耐热冲击性强、封接强度高的同时，还应该具备清洁性和溅散性的要求。对于形成的多元系共晶合金， 具有熔点低、流动性好、快速凝固组织均匀等特点，较传统电沉积法、普通铸造法、叠层冷轧复合法、电镀沉积法等，合金组织均匀性提高、综合性能明显改善，制造工序减少，加工成本降低，成品率提高，更加适应于批量化生产的需要。
发明内容
本发明的新型金合金，其特征在于其化学成份（重量％）为：1.0～10.0Bi，1.0～10.0Ge，1.0～10.0Sn，1.0～5.0Sb，1.0～5.0Se，0.1～1.0Pd，0.1～1.0La，0.1～1.0In，余量为Au。
本发明的金合金材料，其化学成份重量百分比为：1.0～10.0%Bi，1.0～10.0%Ge，1.0～10.0Sn，1.0～5.0%Sb，1.0～5.0%Se，0.1～1.0Pd，0.1～1.0La，0.1～1.0%In，余量为Au。
本发明的金合金材料的制备方法，依序包括下列制备工艺步骤：
（1）选择纯度>99.99％的合金原材料，根据合金化学成份设计的重量百分比：1.0～10.0%Bi，1.0～10.0%Ge，1.0～10.0Sn，1.0～5.0%Sb，1.0～5.0%Se，0.1～1.0Pd，0.1～1.0La，0.1～1.0%In，余量为Au，配料后，在真空中频或高频熔炼炉内合金化，真空度：>1×10－3Pa；
（2）待熔体过热温度达到100℃～200℃后，保持5～10分钟，进行真空浇注为板材、棒材或铸锭，熔体的快速凝固冷却速率为>1×104K/s；
（3）最终制备得到AuBiGeSnSbSePdLaIn多元系贵金属合金材料；
合金锭坯重量为100g～1000g，氧含量<0.01％；
合金通过浇铸成形、轧制、拉拔、热处理工艺加工，最终形状为片状、板状、棒状或丝状成品。
所述板材尺寸为：厚度6～10mm，宽度40～80mm；棒材尺寸为：直径Ф8～ Ф16mm；铸锭尺寸为：直径Ф20～Ф40mm。
由于钯的熔点为1552℃，具有良好的抗硫化性、耐磨性和加工性能。经研究发现，其它合金添加元素可提高合金的润湿性、抗氧化性等，例如填加Bi、Ge、Sn、Sb、Se、La、In等合金元素，可降低合金熔点，有利于提高合金的物理、化学、力学等性能，以及细化合金的组织晶粒、改善流动性和浸润性，所形成的多元合金材料是高焊接性能、高耐腐蚀的材料，是一类性质优异的电子封装材料。
对于金合金的耐腐蚀性能，当金含量大于50％时，合金在各种腐蚀介质中显示出良好的耐蚀性，在金合金中加入钯时，可以进一步提高合金的耐腐蚀性能。许多的实验结果表明，金钯系合金不被硝酸腐蚀。
因此，设计AuBiGeSnSbSePdLaIn多元系贵金属合金材料的组成和结构，采用真空高频或中频熔炼炉制备合金，再通过快速凝固浇铸成型、轧制、拉拔、热处理等工艺加工，制备新型金合金，具有重要的理论和应用意义。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
本发明金合金的制备方法，依序包括下列制备工艺步骤：
（1）选择纯度>99.99％的合金原材料，根据合金化学成份设计的重量百分比：1.0～10.0%Bi，1.0～10.0%Ge，1.0～10.0Sn，1.0～5.0%Sb，1.0～5.0%Se，0.1～1.0Pd，0.1～1.0La，0.1～1.0%In，余量为Au，配料在真空中频或高频熔炼炉内合金化，真空度：>1×10－3Pa。
（2）待熔体过热温度达到100℃～200℃后，保持5～10分钟，进行真空浇注为板材、棒材和铸锭等。板材尺寸为：厚度6～10mm，宽度40～80mm；棒材尺寸为：直径Ф8～Ф16mm；铸锭尺寸为：直径Ф20～Ф40mm；熔体的快速凝 固冷却速率为>1×104K/s。
（3）最终制备得到AuBiGeSnSbSePdLaIn多元系贵金属合金材料。
（4）合金锭坯重量为100g～1000g，氧含量<0.01％；
（5）合金通过浇铸成形、轧制、拉拔、热处理等工艺加工，最终形状为片状、板状、棒状、丝状等成品。
本发明的新型金合金材料的具体实施列为：材料的熔点、密度、抗拉强度、延伸率、硬度及电阻率等，具体如表1所示。
表1.金合金的物理、力学和电学性能
Claims (3)
1.一种金合金材料，其特征在于其化学成份重量百分比为：1.0～10.0%Bi，1.0～10.0%Ge，1.0～10.0Sn，1.0～5.0%Sb，1.0～5.0%Se，0.1～1.0Pd，0.1～1.0La，0.1～1.0%In，余量为Au。
2.一种金合金材料的制备方法，其特征在于包括下列制备工艺步骤：
（1）选择纯度>99.99％的合金原材料，根据合金化学成份设计的重量百分比：1.0～10.0%Bi，1.0～10.0%Ge，1.0～10.0Sn，1.0～5.0%Sb，1.0～5.0%Se，0.1～1.0Pd，0.1～1.0La，0.1～1.0%In，余量为Au，配料后，在真空中频或高频熔炼炉内合金化，真空度：>1×10－3Pa；
（2）待熔体过热温度达到100℃～200℃后，保持5～10分钟，进行真空浇注为板材、棒材或铸锭，熔体的快速凝固冷却速率为>1×104K/s；
（3）最终制备得到AuBiGeSnSbSePdLaIn多元系贵金属合金材料；
（4）合金锭坯重量为100g～1000g，氧含量<0.01％；
（5）合金通过浇铸成形、轧制、拉拔、热处理工艺加工，最终形状为片状、板状、棒状或丝状成品。
3.根据权利要求2所述的一种金合金材料的制备方法，其特征在于：所述板材尺寸为：厚度6～10mm，宽度40～80mm；棒材尺寸为：直径Ф8～Ф16mm；铸锭尺寸为：直径Ф20～Ф40mm。
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