sicpal复合材料钎焊用al基钎料的研究

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1、三、有色金属粉末及制品169SiCp／A1复合材料钎焊用Al基钎料的研究吴茂①何新波常玲玲曲选辉北京科技大学材料科学与工程学院北京100083摘要由于缺乏合适的Al基中温钎料，SiC。／灿复合材料的应用受到了严重阻碍。本文制备了三种m—si—Cu钎料，研究发现，随着cu含量的增加，钎料的熔点逐渐降低，但是焊料的硬度在cu超过20wt．％后迅速增加。c刖屿金属闻化合物的生成使钎料变脆且降低了钎料的抗腐蚀性能。使用舍金元素Ni部分取代cu可改善钎料的机械性能和抗腐蚀性能。采用单辊急冷法制备的舢一si—cu—Ni钎料薄带具有极细的晶粒组织和较好的柔韧性。使用此钎

2、料薄带钎焊SiC。／Al复合材料时，不需要使用钎荆，且钎焊接头具有较高的剪切强度。关键词SiC。／A

3、复合材料；AI基钎料；钎焊；金属间化舍物中图分类号：TN305．94随着信息技术的高速发展，电子器件中的芯片集成度越来越高，功率越来越大，传统的Kovar封装合金已难以满足封装散热的要求。高体积分数SiC。／AI复合材料由于具有与Si，GaAs相似的热膨胀系数，良好的热导率，低密度，以及高比强度和高比刚度等优点，使其成为封装的理想材料，尤其在航空航天、微波集成电路、功率模块、军用射频系统芯片封装方面具有极为重要的应用前景u．2J。在SiC。／A1复合材料的

4、连接过程中，由于灿基体的熔点为660℃，钎焊温度需低于此温度，所以传统的Ag—Cu等钎料将不再适用于SiC。／m复合材料的连接。根据美国机械学会和美国军用标准，芯片的连接温度一般在430—4500C进行，故在此工艺之前SiC。／m复合材料边框与引脚组件的理想焊接温度应保持在500—6000C之间。目前市场上此温度段的钎料较少，严重阻碍了SiCD／m复合材料在微电子封装领域的应用，因此迫切需要开发一种合适的钎料合金，满足工业应用的需求。有研究者对Au—Ag—Si和Au—Ag—Ge合金体系进行过研究pJ，但这类钎料的熔化温度区间较宽，不利于钎焊过程中钎料在基体

5、上的润湿铺展，且该类合金造价较高。在常见的钎焊Al合金的钎料中，m—si共晶钎料最为常见，但其共晶温度为5770C，实际的钎焊温度为590—610℃，不适合用于SiC。／AI复合材料的钎焊连接。本文在m—si钎料的基础上，加入合金元素cu以降低熔点，同时加入合金元素Ni部分取代Cu以提高钎焊接头强度，最后，用单辊急冷法制备出了m—Si—Cu—Ni钎料薄带，研究了其钎焊镀Ni后的SiC。／AI复合材料钎焊接头性能。1合金成分设计1．1AI—Si—Cu合金体系的选择对于一般的铝合金来说，最常见的商用钎料为Al—si共晶焊料，其共晶点温度为577℃，实际的钎焊温

6、度往往超过600。C，钎焊过程中容易使铝合金基体变形或破坏，故需要寻找一种低熔点的钎料钎焊铝合金。其他的二元铝基合金有Al—Ag、m—Cu、m—Ge、Al—Mg和m—zn钎料，但是Al—Ag钎料中含有大量的脆性的Ag：Al金属间化合物，且抗腐蚀能力较低。灿一Cu钎料中含有Al：cu金属间化合物，尽管其抗腐蚀性能比m—Ag钎料好，但该种钎料仍然较脆。赳一Ge钎料中的Ge非常昂贵，①通讯作者：吴茂，(1981一)，男。博士生，主要研究微电子封装材料及其封装工艺。电话：13810044463，E—nmil：wtmaa01981@yahoo．cn2009圭国粉末冶

7、金学术会议极大的增加了钎料的成本。Al—Mg钎料中存在人量的A【】M92金属问化合物，使得钎料较脆。Al—zn钎料具有良好的抗腐蚀性能，但有较宽的熔化区间”1。常见的三元系铝基钎料有AJsi—cu系共晶钎料、Al—Ag—cu系共晶{f料和AI—Si—Ag系共晶钎料，这j种钎料的熔点分别为524℃、50。℃和563“C。AI—Ag—Cu系共晶钎料中存在Agt川和Al：cu垒属问化合物．尽管其与铝台金的润湿性良好，但是钎料较脆”1。此外，其晶钎料巾Ag的质量百分含量为40％，所以钎料的成本较高。AI—Si—Ag系共晶钎料的共品温度较高，不适台与SiC。／AI复

8、台材料钎烨。综上所述，AI—Si—Cu系钎料具有较为舍适的熔点，润湿性和抗腐蚀性能。有研究表明，当Al—sl共晶钎料巾舔加的cu的含鼍小于10％时．对Al一甄钎料的熔点降低没有明显影响91。本文设计了_；三种不同cu古量的A】s—cu系钎料，在A卜sl共品钎料中分别加入的质量分数为15％，20％和30％。采用真孛高频电磁感应炉熔炼三种Al音金钎料，分剧量取一种合金各15rag，采用NETZSCHSTA499C／CD型差热分析仪测量钎料舍金的熔化特性，升温速率为5"C／rain，目1为三种钎料的DSC曲线。可以看出，随着cu含量的增加，五种钎料台金的熔点逐渐

9、降低．日AI—Si一15Cu，AI—Si20Cu和AtSi30Cu