Ag40Cu23Zn31In4Ni2银基钎料新加工工艺及其组织性能研究开题报告

微电子产业是当今世界第一大产业，也是我国国民经济的支柱产业。现代微电子产业包括设计、制造和封装三个独立分支，作为微电子产业的一部分，微电子封装是支持IT 产业发展的关键技术，近年来发展迅速，封装产业占全球微电子产业产值的比重由2004 年的17.5％上升至2009年的18.1％，预计这一比例还会继续增大。其中钎焊材料是保证封装性能与质量的关键^[1]。

银基钎料是目前应用最广泛的一种硬钎料, 它具有优良的工艺性能 、适宜的熔点 、良好的润湿和填满间隙的能力 ,且钎料及钎缝的强度 、导电性和耐腐蚀性优良 ,因此广泛用于钎焊低碳钢 、不锈钢 、高温合金、铜及铜合金 、可伐合金和难熔合金^[2]。在传统银基钎料中，含镉的 Ag-Cu-Zn-Cd钎料则具有更好的“性价比”，镉的主要作用是降低熔化温度、提高钎料的流动性和润湿铺展性、改善成形加工性能^[3]。但是在全世界普遍重视环保的大环境下, 研究新型无镉、高性能银钎料具有重要的社会意义和经济价值。但是含镉的 Ag-Cu-Zn-Cd钎料已经广泛地应用了许多年，并形成了一套完整的体系，禁用镉等有害元素后，为了能够继续使用以前的体系，现在普遍的做法是通过调整配方和添加其他合金元素来改善钎焊材料的焊接性能，使其具有与Ag-Cu-Zn-Cd钎料相似的钎焊性能。目前已开发的无镉钎料主要有：银铜锌铟（Ag-Cu-Zn-In）、银铜锌锡（Ag-Cu-Zn-Sn）、银铜锌锂（Ag-Cu-Zn-Ni）等系列无镉钎料^[4]。添加低熔点金属In可以显著降低钎料的固、液相线及熔化温度区间。当铟（In）≤5%时，In与银（Ag）、铜（Cu）等均形成固溶体，对钎料性能不产生不利影响。添加金属Sn、Ni、Mn可适当降低液相线温度、减小熔化温度区间，有利于降低钎焊温度。这一作用虽比镉弱，但是Sn能改善熔融合金的流动性、Ni有利于提高钎料抗海水腐蚀的能力、Mn有助于改善润湿力及钎焊硬质合金和粉末冶金件产品^[5]、[6]。近几年，美国和德国钎焊工作者开发出性能优良的含镓的无镉银钎料。新型的银铜锡镓（Ag-Cu-Sn-Ga）系无镉钎料的液相温度与含镉钎料相同不需要改变焊接参数，并具有极好润湿性能和优良的强度值，完全可以取代含镉钎料。但是这种无镉钎料成分中Ag的含量显著增加（比含镉钎料高40%_~50%）以保证钎料合金的可加工性、较低的熔化温度和较小的熔化温度区间。从原材料配比看，成本明显增加^[6]。但是在开发无镉银基钎料的同时，我们发现钎料的成形加工难度却激增，如用Ag-Cu、Ag-Zn、Ag-Cu-Sn、Ag-Cu-Zn等合金并添加合适元素即可获得较好的中温焊接效果，但因形成了大量的脆性相，导致塑性加工性能明显变差，难以用常规方法加工成薄片；考虑到微电子封装所用的环保钎焊材料一般由多种金属元素组成，具有尺寸小、脆性大、厚度薄等特征，而电磁成形具有模具简单、工艺重复性好、无污染、易于自动化、可控制性好、生产率高等特点，在难成形材料加工领域具有独特优势，且受自身设备能量限制，比较适合加工小型零件。将电磁成形与粉末冶金技术结合，采用电磁压制方法制备微电子封装所用的环保钎焊材料，正好可以充分利用各自的特点与优势，不仅能够较好地解决环保钎料难以加工成形的难题，还可通过有效提高压制密度和致密均匀性来进一步改善最终的焊接性能，而电子产品的高密度、小型化发展趋势又要求封装钎料的厚度尽可能减薄，钎料形状也更趋复杂和多样化，目前因暂无便于加工成形且性能优良的环保焊料作为替代，含镉银基钎料应用仍较普遍（仅国内年消耗量就达10亿元人民币）。因此,如何行之有效地加工出环保且性能满足要求、形状多样的薄片钎料是封装领域急需解决的热点和难点问题之一。

由于电磁压制与粉末冶金技术的优势，以及In和Ni对Ag-Cu-Zn系钎料的有益作用，因此，本课题采用电磁压制与粉末冶金技术相结合的方法来加工制造无镉Ag40Cu23Zn31In4Ni2银基钎料，并研究该钎料的组织性能，建立Ag-Cu-Zn-In-Ni混合粉料薄片坯致密度与组织、钎焊性能的关系，寻求最佳的压制及烧结工艺参数组合。