[发明专利]金锡薄膜的制备装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜制备领域，涉及一种金锡薄膜的制备装置和方法。

背景技术

金锡(简称为AuSn)焊料因其优异的力学性能及热性能受到了广泛的关注，由于合金成分中金占了一定比重，材料的表面氧化程度较低，如果在钎焊过程中采用真空或还原性气体如氮气和氢气的混合气，就不必使用化学助焊剂，这是最令人瞩目的特点之一，对电子器件，尤其是光电子器件封装最为重要。AuSn合金具有良好的浸润性且对镀金层无铅锡焊料的浸蚀现象，金锡合金与镀金层的成分接近，因而通过扩散对很薄镀层的浸溶程度很低，没有迁移现象。AuSn合金的屈服强度很高，即使在250～260℃的温度下，其强度也能胜任气密性的要求。

金锡薄膜的制备主要有以下几种方法：

⑴金锡合金电镀，即采用湿法电镀，直接在基材上电镀金锡合金薄膜，采用该方法在成本花费上比较低，但是存在混合电镀液难以配置，电镀液的稳定性差，电镀沉积出来的膜层质量较差，金锡的成分比例难以控制、烧结时存在多孔等问题；

⑵金锡分层电镀，即采用湿法电镀的方式，在基材上分别电镀金层和锡层，该方法虽然操作简单，但工艺控制较难，电镀沉积出来的膜层质量也较差，而且还需要后扩散处理；

⑶热蒸发蒸镀，即在基材上蒸镀金层和锡层，然后进行后处理，该方法具有高的沉积速率，沉积材料纯度高，制备出的薄膜质量好，是目前最主要的制备方法。

采用热蒸发工艺制备薄膜，主要是蒸发块状金锡合金或是先蒸发Au，再蒸发Sn制备不同厚度不同比例的薄膜，但该两种方法都很难控制薄膜中Au和Sn的比例。

发明内容

本发明目的在于克服现有薄膜制备方式的不足及薄膜中成分比例控制和成膜质量不理想的问题，提供一种金锡薄膜的制备装置和方法，可以精确控制AuSn薄膜中Au和Sn的厚度和比例，得到的薄膜具有结构致密、成分分布均匀的特点，在半导体激光器封装领域具有很高的应用价值。

本发明的技术解决方案如下：

一种金锡薄膜制备装置，其特点在于包括蒸发室、公转轴、公转盘、固定轴、工件架、推杆、支撑架、滑槽、电极和蒸发舟，所述的公转轴的一端联接在蒸发室顶部的中央位置，另一端固定联接所述的公转盘的中心位置，公转盘中心下面通过所述的固定轴固定联接所述的工件架，；所述的滑槽通过所述的支撑架与所述的蒸发室的底部固定，两个电极与所述的公转轴对称地固定在蒸发室底部，两个电极上固定所述的蒸发舟，上端滑槽在蒸发舟上方供金属Au球和金属Sn球置放；所述的推杆与所述的公转盘相连或所述的推杆通过所述的蒸发室并由蒸发室外部控制在滑槽内移动；推杆的移动推动滑槽内的Au球和Sn球滚落到所述的蒸发舟里实现蒸镀。

所述的滑槽最底端在蒸发舟上方为5～10cm。

所述的滑槽为不锈钢或钨制成的。

所述的滑槽材料为不锈钢或钨。

一种金锡薄膜制备方法，该方法包括下列步骤：

①预先确定待蒸镀工件的蒸镀的Au层和Sn层的层数，再根据金锡合金的总厚度及Au和Sn的比例，计算出每一Au层的厚度和每一Sn层的厚度；

②根据Au层和Sn层的厚度计算出蒸镀的Au球和Sn球的质量和Au球和Sn球的直径，制备相应的Au球和Sn球；

③把待蒸镀工件的待蒸镀面朝下安装在所述的工件架上；

④将一个Au球放在蒸发舟里，其他Sn球和Au球依次放在所述的滑槽最上端位置，并保持不动；

⑤所述的蒸发室抽真空，当真空度达到2.0×10^-4Pa～4.0×10^-4Pa时给电极加电，加电电流为200～300A，蒸发舟开始加热，当达到Au的蒸发温度后，Au蒸气分子沉积到零件表面实现Au层成膜；

⑥当蒸发舟里的Au蒸发干净后，驱动所述的推杆沿着滑槽移动，推杆与滑槽上的最右端的金属球接触并推动所有金属球向前移动，当最前端的球，即Sn球滚落到蒸发舟里后停止推杆的推动，所述的Sn球受蒸发舟加热开始蒸发，Sn蒸气分子沉积到零件表面实现Sn层成膜；

⑦每当蒸发舟里的金属蒸发干净后，重复步骤⑥，实现Au层和Sn层交替成膜；

⑧金属球都蒸发干净后，停止电极加电；

⑨在200～300℃下共晶扩散处理5～10min完成薄膜制备。

本发明的优点是：