一種用于釬焊鋁及其合金的軟釬料合金的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種釬焊技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于釬焊鋁及其合金的軟釬料合 金。
【背景技術(shù)】
[0002] 以下對本發(fā)明的相關(guān)技術(shù)背景進行說明，但這些說明并不一定構(gòu)成本發(fā)明的現(xiàn)有 技術(shù)。
[0003] 與銅相比，鋁及其合金的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率接近，其密度卻僅為銅的1/3、材料成本 也只有銅的20%_30%，因其以上優(yōu)點，出于減輕重量，提高效率，增強機動性和降低能耗等 原因，在現(xiàn)代航天、航空、軍事和汽車等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中都竭盡可能使用鋁及其合金替代 銅。鋁及其合金能否在更廣泛的領(lǐng)域(如通信、家電、消費電子產(chǎn)品等）替代銅，關(guān)鍵技術(shù)在 于能否如銅軟釬焊一樣在較低焊接溫度即可實現(xiàn)批量、穩(wěn)定和高可靠的釬焊連接焊點。
[0004] 與銅的軟釬焊相比，鋁及其合金軟釬焊技術(shù)主要存在以下2個技術(shù)難點需要解決：
[0005] 1.鋁及其合金表面氧化膜致密難于去除
[0006] 與銅一樣，若要實現(xiàn)鋁及其合金的潤濕和焊接，必須首先去除其表面氧化膜。與銅 氧化膜(Cu2O和CuO)相比，鋁及其合金表面氧化膜(Al 2O3)極為致密，這層氧化膜不但能在一 般大氣環(huán)境穩(wěn)定存在，也可以在PH值為4-8.5之間的環(huán)境穩(wěn)定存在。對于電子行業(yè)常用的軟 釬劑，一般都為共價鍵的弱酸，無法去除鋁其合金表面的氧化物，而如果使用由重金屬的氟 硼酸鹽(如氟硼酸鋅、氟硼酸銨)和胺類有機載體等組成的活性更強的釬劑，不但對鋁硅、鋁 鎂等難焊鋁合金潤濕和焊接效果不佳，而且焊后釬劑殘留物腐蝕性強且極易吸水，因此，必 須增加清洗工藝，這無疑將增加焊接工藝成本。
[0007] 2.鋁及其合金軟釬焊接頭抗電化學(xué)腐蝕性能差
[0008] 純鋁的熔點為660.4°C，使用鋁基釬料（如鋁-硅和鋁-銅等）雖然不存在焊接接頭 抗電化學(xué)腐蝕性差的問題，但鋁基釬料的熔化和焊接溫度過高，無法實現(xiàn)鋁及其合金低溫 連接，不適用于大部分電子產(chǎn)品。而若想實現(xiàn)鋁及其合金低溫軟釬焊，必須選用非鋁基釬料 (如常用的錫-鋅，鋅-鋁等釬料），但由于鋁本身電極電位明顯低于其他常見金屬，這些釬料 的主體組成成分(如錫、鋅等）與鋁母材合金化后將在焊點結(jié)合界面構(gòu)成電偶，在電解質(zhì)溶 液或潮濕空氣中，焊接接頭位置將因發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而在短期內(nèi)迅速腐蝕開裂失效，導(dǎo)致 鋁及其合金軟釬焊接頭的長期可靠性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提出一種鋁及其合金的釬焊方法，不僅能夠快速去除率及其合 金表面的氧化膜，還能避免鋁及其合金與釬料中的錫形成電偶，提高焊接接頭抗電化學(xué)腐 蝕性能。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的用于釬焊鋁及其合金的軟釬料合金，由以下元素組成：金屬錫、銀 和/或銅、鎵和/或鍺。
[0011]優(yōu)選地，以重量計，所述軟釬料合金中銀和/或銅的含量為1%~15%，鎵和/或鍺 的含量為〇. 001 %~8 %，余量為錫。
[0012 ]優(yōu)選地，以重量計，所述軟釬料合金進一步包含0.1 %~60 %的銦。
[0013]優(yōu)選地，以重量計，所述軟釬料合金進一步包含0.1 %~60 %的祕。
[0014]優(yōu)選地，所述軟釬料合金中鎵和鍺的總含量與鉍的含量的比值為：1:20~25。
[0015] 優(yōu)選地，所述軟釬料合金進一步包含銻。
[0016] 優(yōu)選地，以重量計，所述軟釬料合金中銻的含量為0.1 %~10%。
[0017] 優(yōu)選地，所述軟釬料合金進一步包含鎳和/或鈷。
[0018] 優(yōu)選地，以重量計，所述軟釬料合金中鎳和/或鈷的含量為0.01 %~1 %，余量為 錫。
[0019] 優(yōu)選地，以重量計，所述軟釬料合金中，銀和鋁的總含量、銻的含量、鎳和鈷的總含 量之間的比值為：10~60:1~25:1。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的用于釬焊鋁及其合金的軟釬料合金，通過在金屬錫中添加金屬銀 和/或銅，不但可以實現(xiàn)低溫軟釬焊，而且可以在釬料與鋁及其合金結(jié)合界面形成連續(xù)金屬 間化合物層，避免錫與鋁電偶形成，從而徹底解決含有金屬錫的軟釬料焊接鋁及其合金的 焊點抗電化學(xué)腐蝕性差的問題。
【附圖說明】
[0021] 通過以下參照附圖而提供的【具體實施方式】部分，本發(fā)明的特征和優(yōu)點將變得更加 容易理解，在附圖中：
[0022] 圖1是采用現(xiàn)有技術(shù)中的軟釬料合金釬焊鋁合金1060的焊點結(jié)合面的掃描電鏡示 意圖；
[0023] 圖2是采用本發(fā)明優(yōu)選實施例的軟釬料合金釬焊鋁合金1060的焊點結(jié)合面的掃描 電鏡示意圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面參照附圖對本發(fā)明的示例性實施方式進行詳細(xì)描述。對示例性實施方式的描 述僅僅是出于示范目的，而絕不是對本發(fā)明及其應(yīng)用或用法的限制。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的用于釬焊鋁及其合金的軟釬料合金，由以下元素組成：金屬錫、銀 和/或銅、鎵和/或鍺。
[0026] 由于鋁本身電極電位明顯低于金屬錫，軟釬料合金中的金屬錫與鋁母材合金化后 將在焊點結(jié)合界面構(gòu)成電偶，在電解質(zhì)溶液或潮濕空氣中，焊接接頭位置將因發(fā)生電化學(xué) 反應(yīng)而在短期內(nèi)迅速腐蝕開裂失效，導(dǎo)致鋁及其合金軟釬焊接頭的長期可靠性差。為了避 免電偶的形成，提高鋁及其合金軟釬焊接頭的抗電化學(xué)腐蝕性，本發(fā)明在金屬錫中添加金 屬銀和/或銅。一方面，錫的熔點較低，使用金屬錫能實現(xiàn)低溫焊接。另一方面，銀可以與鋁 生成Ag 2Al等金屬間化合物，銅可以與鋁生成CuAl2等金屬間化合物。鍵參數(shù)函數(shù)理論表明， 鍵強度f值越大，兩金屬間親和力越大，越有易于形成金屬間化合物。表1示出了銀(Ag)-鋁 (Al)和銀(Ag)-錫(Sn)、銅(Cu)-鋁(Al)和銅(Cu)-錫(Sn)之間的鍵強度值。
[0027]表1鍵強度f的計算值
[0029] 從表1可以看出：鋁(Al)-銀(Ag)和鋁(Al)-銅(Cu)金屬間親和力遠(yuǎn)大于錫(Sn)-銀 (Ag)和錫(Sn)-銅(Cu)金屬間的親和力。因此，在釬焊過程中，當(dāng)軟釬料里含有銀和銅元素 中的一種或兩種時，銀和銅將向鋁及其合金表面發(fā)生化學(xué)選擇吸附，并在接頭界面形成 Ag2Al或CuAl2等一種或多種金屬間化合物，避免錫-鋁電偶（即錫與鋁擴散層)形成，從而提 高接頭抗電化學(xué)腐蝕性能。
[0030] 銀和/或銅的添加量對釬焊效果具有重要影響，若添加量過少，焊接后無法在金屬 錫與鋁及其合金之間形成連續(xù)金屬間化合物，因而無法改善焊接接頭的電化學(xué)腐蝕性問 題;若添加量過多，會提高軟釬料合金的成本，并且會使軟釬料的熔化和焊接溫度過高。軟 釬料合金中金屬銀和/或銅的添加量可以根據(jù)實際焊接環(huán)境、焊接要求等因素進行確定，根 據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，以重量計，軟釬料合金中銀和/或銅的含量均為1%~15%。
[0031] 為了去除鋁及其合金表面致密的氧化膜，本發(fā)明在金屬錫中添加金屬鎵和/或鍺。 利用本發(fā)明的軟釬料合金對鋁及其合金進行釬焊的過程中，鎵和鍺不但可以與鋁反應(yīng)，破 壞鋁及其合金表面氧化物，增加軟釬料與鋁及其合金界面的表面張力，而且與軟釬料中其 他元素相比，鎵和鍺與氧具有更高的親和力，在軟釬料熔融狀態(tài)下，鎵和鍺將向軟釬料表面