[发明专利]用于电子封装组装钎焊的高熵合金钎料及其制备方法

说明书

本发明提供用于电子封装组装钎焊的高熵合金钎料及其制备方法，按照等摩尔比Cr、Si、Fe、Zr、Al、Ni的上述原料配方，在惰性保护气体氛围下，采用高真空电弧熔炼炉将配料熔炼，反复熔炼成成分均匀的母合金锭子；将母合金锭子通过急冷快速凝固制备成厚度为40‑90μm，宽为5‑9mm，长为1‑3m的高熵合金箔材，即高熵合金钎料，该种高熵合金钎料熔点为980‑1050℃，钎接接头性能较高，钎料柔韧性好，便于加工和装配；在焊接时润湿性好、钎缝耐蚀性能优良，接头力学性能较高，在钎焊过程中对Fe和Ni基板和元器件侵蚀性小，不含银，材料成本低。

技术领域

本发明涉及电子电气产品钎焊技术领域，更具体地说涉及一种用于电子封装组装钎焊的高熵合金钎料及其制备方法。

背景技术

作为电子元器件与元件载体之间的连接媒介，钎焊材料(以下简称钎料)是电子封装工艺必不可少的核心材料。随着近年来科技界和社会公众对电子工业所用锡—铅钎料中铅的危害作用的认知不断提高和国内外关于相关立法的相继实施，电子工业已经进入了无铅化时代。同时伴随着现代微电子及光电子器件功能的复杂化、尺寸的微(小)型化、封装的密集化，封装后的器件和系统在使用过程中承受着越来越复杂和剧烈的热、电、力及环境(湿气)交互或耦合作用，这样对电子元器件封装的可靠性和耐久性等提出了更大的挑战。长期以来，Sn-Pb钎料由于具有成本低、力学性能好、导电性能强、工艺性能好以及可焊性能好等优点已被广泛应用到电子封装领域数十年，随着电子封装技术的不断提高，微型连接领域所需要的微焊点尺寸也越来越小，与此同时焊接部位所需要承受的力、电、热能负荷量却与日剧增，对于钎焊接头的可靠性要求达到了前所未有的高度。

目前研究改善钎聊性能的方法分为两种，一种是合金化，以现有的Sn基无钎料为基础，通过添加合金元素，以添加组元的方式来改善基础钎料的性能，另一种方法是颗粒增强，即在Sn基钎料中内生成或直接加入第二相颗粒，制备出复合无铅钎料，从而改善钎料的性能，但还很难找到一种综合性能能够完全与传统Sn-Pb共晶钎料相匹敌的无铅钎料。

近年来，高熵合金由于其优异的性能(高硬度，高强度以及良好的耐高温性能等)受到科学界广泛关注。广义上来说，将五种或者五种以上的元素以等摩尔比或者近等摩尔比的形式加入合金体系，且各元素的含量在5％～35％之间，将这种合金定义为高熵合金。早在2004年，Cantor教授发现了CoCrFeNiMn多组元合金呈现出单一FCC固溶体结构，铸态下该合金为等轴晶组织，由于这五种组元性质相近，凝固过程中不会出现明显成分偏析。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种用于电子封装组装钎焊的高熵合金钎料及其制备方法，解决现有焊接方法易形成硬脆的金属间化合物导致开裂、不易于获得高性能制件的问题。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

用于电子封装组装钎焊的高熵合金钎料及其制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1，按照如下表达式CraSibFecZrdAleNif配料,其中，a、b、c、d、e、f分别表示各对应组分的原子百分比含量，a+b+c+d+e+f＝1，且a＝b＝c＝d＝e＝f，在惰性保护气体氛围下，采用高真空电弧熔炼炉将配料熔炼，原料的熔炼时间为90-150s，反复熔炼成成分均匀的母合金锭子；

步骤2，将步骤1熔制的母合金锭子通过急冷快速凝固制备成厚度为40-90μm，宽为5-9mm，长为1-3m的高熵合金箔材，即高熵合金钎料。

在步骤1中，选用高纯度的金属原料，纯度高于99.8wt％，即铬单质、硅单质、铁单质、锆单质、铝单质、镍单质的纯度均大于等于99.8wt％，进行配料，对于活泼易氧化的金属原材料需用砂纸打磨表面去除其氧化膜，然后再清洗后进行配料。

在步骤1中，选择逐个熔炼水冷铜坩埚内合金原材料，熔炼过程中使用电磁搅拌原料熔液，保证母合金锭化学成分的均匀性。