專利名稱：用于陶瓷或玻璃的納米陶瓷復(fù)合釬焊料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于玻璃與玻璃、陶瓷與陶瓷之間，玻璃或陶瓷與金屬之間的復(fù)合釬焊料。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于玻璃與玻璃、陶瓷與陶瓷之間，玻璃或陶瓷與金屬之間的連接通常是使用低溫的釬焊焊接方法，所使用的釬焊焊料為金(Au)錫(Sn)合金焊料，因?yàn)榻疱a焊料具有強(qiáng)度高，抗氧化性能好，抗熱疲勞和蠕變性優(yōu)良，熔點(diǎn)低，流動(dòng)性能好等特點(diǎn)。但是由于Au是IB族的元素，Sn是IVA族元素，Au和Sn的擴(kuò)散機(jī)制是間隙機(jī)制，擴(kuò)散速度很快，金錫二元合金相圖很復(fù)雜，存在許多中間相，并且這些中間相都是硬脆相，因此往往會(huì)影響到釬焊接頭的質(zhì)量，例如，強(qiáng)度較差，氣密性能達(dá)不到要求等，特別是在光電子封裝的使用中尚不能滿足使用要求。隨著光電子器件的快速發(fā)展，對(duì)高質(zhì)量的低溫焊接材料的需求也越來(lái)越大，如何提高現(xiàn)有的金錫焊料的焊接性能至今仍是一個(gè)技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于玻璃與玻璃、陶瓷與陶瓷之間，或玻璃、陶瓷與金屬之間的納米陶瓷復(fù)合釬料，能減少硬脆相的產(chǎn)生，增強(qiáng)焊縫的抗熱疲勞性，從而得到具有高氣密性能、高強(qiáng)度的焊接接頭。本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的用于陶瓷或玻璃的納米陶瓷復(fù)合釬焊料，由復(fù)合釬焊粉料經(jīng)機(jī)械裝置壓制成絲狀或帶狀構(gòu)成，或在復(fù)合釬焊粉料中加入粘結(jié)劑均勻混合成膏狀構(gòu)成，其復(fù)合釬焊粉料中包括有金屬金(Au)和金屬錫(Sn)的混合粉末，其特征在于，該復(fù)合釬焊粉料中還包括有納米陶瓷粉末，其納米陶瓷粉末的質(zhì)量含量占釬焊料總質(zhì)量的1_10%，金屬金與金屬錫混合粉末的含量占釬焊料總質(zhì)量的90-99% ;所述的納米陶瓷粉末是氧化銦、氧化錫，氧化銅和氧化鋁中的任一中或幾種的混合物；所述的金屬金與金屬錫的混合粉末中，金粉與錫粉的質(zhì)量比為(3-4. 5) 1 ;所述金屬金、金屬錫粉末的顆粒直徑均在lnm-5Mm范圍內(nèi)；陶瓷粉末的顆粒直徑在lnm-500nm范圍內(nèi)。本發(fā)明的用于陶瓷或玻璃的納米陶瓷復(fù)合釬焊料，所述在復(fù)合釬焊粉料中加入粘結(jié)劑均勻混合成膏狀，其粘結(jié)劑是乙基纖維素的松油醇溶液，或三乙醇胺、PVB系列和正癸醇等，粘結(jié)劑的加入質(zhì)量占復(fù)合釬焊粉料質(zhì)量的10- 25%。本發(fā)明的用于陶瓷或玻璃的納米陶瓷復(fù)合釬焊料的制備方法，包括首先制備復(fù)合 釬焊粉料，然后利用粉末冶金機(jī)械裝置將粉料壓制成絲狀或帶狀得到成品，或者在復(fù)合釬焊粉料中加入粘結(jié)劑均勻混合成膏狀后使用，其中粘結(jié)劑的加入質(zhì)量占復(fù)合釬焊粉料質(zhì)量的10-25 %，所述的粘結(jié)劑是乙基纖維素的松油醇溶液，或三乙醇胺、PVB系列和正癸醇等。本發(fā)明的用于陶瓷或玻璃的低溫釬焊的納米陶瓷復(fù)合釬焊料，利用陶瓷粉體作為添加劑，通過(guò)納米陶瓷顆粒在釬焊焊接過(guò)程中的作用，減少了中間硬脆相的產(chǎn)生，促使釬焊過(guò)程中晶體相和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使釬焊層更加均勻，結(jié)構(gòu)更合理，從而增強(qiáng)焊縫的抗熱疲勞性，提高釬焊縫的氣密性能、焊接接頭的強(qiáng)度。本發(fā)明的用于陶瓷或玻璃的低溫釬焊的納米陶瓷復(fù)合釬焊料，由于添加了具有和陶瓷熱性能相似的納米陶瓷顆粒，使得釬焊焊料具有更良好熱膨脹系數(shù)匹配，預(yù)定位功能粘度較高，釬焊縫的厚度均勻性能控制得更好。本復(fù)合釬焊料的熔點(diǎn)溫度在280°c以上、焊接溫度為310°C。由于本復(fù)合釬焊料用于釬焊時(shí)的溫度低，因此可以在保護(hù)氣氛下進(jìn)行，例如氮?dú)?，氬氣等惰性氣體下，甚至可以使用手套箱和加熱平臺(tái)，降低了對(duì)釬焊設(shè)備的要求，使釬焊過(guò)程更容易實(shí)現(xiàn)和更容易操作，從而降低氣氛焊接的成本，提高了工作效率。本發(fā)明的用于陶瓷或玻璃的低溫釬焊的納米陶瓷復(fù)合釬焊料，能夠方便地應(yīng)用在 半導(dǎo)體、光電子封裝上，尤其是，在光通訊窗口、紅外窗口等各種窗口封裝中的應(yīng)用能夠滿足使用要求。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例做進(jìn)一步描述。實(shí)施例I制備膏狀的納米陶瓷復(fù)合釬焊料
1.分別準(zhǔn)備金屬金粉、金屬錫粉和氧化鋁納米陶瓷粉末，使三者的顆粒粒徑均為100nm-200 nm ( O. IMm -O. 2Mm)范圍內(nèi)；
2.取上述準(zhǔn)備好的金粉7克，錫粉2克，氧化鋁納米陶瓷粉末O.2克混合后放入混料機(jī)中攪拌使其混合均勻，即得到粉狀的納米陶瓷復(fù)合釬焊料；
3.在上述粉狀的納米陶瓷復(fù)合釬焊料中加入I.5克乙基纖維素的松油醇溶液(粘結(jié)劑)，再繼續(xù)攪拌均勻，得到膏狀的納米陶瓷復(fù)合釬焊料成品。以下對(duì)上述膏狀的納米陶瓷復(fù)合釬焊料產(chǎn)品作應(yīng)用試驗(yàn)
需釬焊焊接的兩塊材料是陶瓷與金屬可伐合金，釬焊溫度為310°C，焊接過(guò)程在氮保護(hù)氣氛中進(jìn)行，得到均勻焊縫。經(jīng)檢測(cè)，該焊縫強(qiáng)度達(dá)到450MPa以上，抗熱循環(huán)性能好。實(shí)施例2制備膏狀的納米陶瓷復(fù)合釬焊料
1.分別準(zhǔn)備金屬金粉、金屬錫粉和氧化銦陶瓷粉末，使氧化銦陶瓷粉末的顆粒粒徑為200nm-250 nm ( O. 2Mm -O. 25Mm)范圍內(nèi)，金屬金粉、金屬錫粉的顆粒粒徑在800-1000 nm范圍內(nèi)；
2.取上述準(zhǔn)備好的金粉8克，錫粉2克，氧化銦納米陶瓷粉末O.35克混合后放入混料機(jī)中攪拌使其混合均勻，即得到粉狀的納米陶瓷復(fù)合釬焊料；
3.在上述粉狀的納米陶瓷復(fù)合釬焊料中加入2克三乙醇胺(粘結(jié)劑)，再繼續(xù)攪拌均勻，得到膏狀的納米陶瓷復(fù)合釬焊料成品。實(shí)施例3制備帶狀的納米陶瓷復(fù)合釬焊料
1.分別準(zhǔn)備金屬金粉、金屬錫粉和氧化錫陶瓷粉末，使三者的顆粒粒徑均為400nm-500nm ( O. 4Mm _0.5Mm)范圍內(nèi)；
2.取上述準(zhǔn)備好的金粉8克，錫粉2克，氧化錫納米陶瓷粉末O.I克混合后放入混料機(jī)中攪拌使其混合均勻，即得到粉狀的納米陶瓷復(fù)合釬焊料；
3.將上述粉料置于粉末冶金機(jī)械裝置中壓制成3_XO.2_ (截面長(zhǎng)X寬)的帶狀產(chǎn)品O以下對(duì)上述帶狀的納米陶瓷復(fù)合釬焊料產(chǎn)品作應(yīng)用試驗(yàn)
需釬焊焊接的兩塊材料是陶瓷與玻璃，釬焊溫度為310°C，得到均勻焊縫，經(jīng)檢測(cè)，該焊縫強(qiáng)度達(dá)到460MPa，抗熱循環(huán)性能好。實(shí)施例4制備帶狀的納米陶瓷復(fù)合釬焊料
I.分別準(zhǔn)備金屬金粉、金屬錫粉和氧化銅陶瓷粉末，使陶瓷粉末的顆粒粒徑均為 400nm-500 nm ( O. 4Mm -O. 5Mm)范圍內(nèi)；金屬粉的顆粒直徑為 3000_3500nm ( 3. OMm_3. 5Mm)范圍內(nèi)。2.取上述準(zhǔn)備好的金粉8克，錫粉2克，氧化銅納米陶瓷粉末O. 4克混合后放入混料機(jī)中攪拌使其混合均勻，即得到粉狀的納米陶瓷復(fù)合釬焊料；
3.將上述粉料置于粉末冶金機(jī)械裝置中壓制成1_X0. 15_ (截面)帶狀，得到帶狀
女口
廣叩ο實(shí)施例5制備納米陶瓷復(fù)合釬焊料的粉料
I.分別準(zhǔn)備金屬金粉、金屬錫粉和氧化銅陶瓷粉末，使陶瓷的顆粒粒徑均為400nm-500nm ( O. 4Mm _0.5Mm)范圍內(nèi)；金屬粉的顆粒直徑為4500-5000nm ( 4. 5Mm _5.0Mm)范圍內(nèi)。2.取上述準(zhǔn)備好的金粉8克、錫粉2克、氧化銅納米陶瓷粉末O. 35克、氧化鋁納米陶瓷粉末O. 35克混合后放入混料機(jī)中攪拌使其混合均勻，即得到粉狀的納米陶瓷復(fù)合釬焊料。3.根據(jù)使用需求，再將粉料制備成帶狀或膏狀。
權(quán)利要求
1.一種用于陶瓷或玻璃的納米陶瓷復(fù)合釬焊料，由復(fù)合釬焊粉料經(jīng)機(jī)械裝置壓制成絲狀或帶狀構(gòu)成，或在復(fù)合釬焊粉料中加入粘結(jié)劑均勻混合成膏狀構(gòu)成，其復(fù)合釬焊粉料中包括有金屬金和金屬錫的混合粉末，其特征在于，該復(fù)合釬焊粉料中還包括有納米陶瓷粉末，其納米陶瓷粉末的質(zhì)量含量占釬焊料總質(zhì)量的1-10%，金屬金與金屬錫混合粉末的含量占釬焊料總質(zhì)量的90-99% ;所述的納米陶瓷粉末是氧化銦、氧化錫，氧化銅和氧化鋁中的任一中或幾種的混合物；所述的金屬金與金屬錫的混合粉末中，金粉與錫粉的質(zhì)量比為(3-4. 5) 1 ;所述金屬金、金屬錫粉末的顆粒直徑均在lnm-5Mm范圍內(nèi)；陶瓷粉末的顆粒直徑在lnm-500nm范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利I所述的用于陶瓷或玻璃的納米陶瓷復(fù)合釬焊料，其特征在于，所述在復(fù)合釬焊粉料中加入粘結(jié)劑均勻混合成膏狀，其粘結(jié)劑是乙基纖維素的松油醇溶液，或三乙醇胺、PVB系列和正癸醇等，粘結(jié)劑的加入質(zhì)量占復(fù)合釬焊粉料質(zhì)量的10- 25%。
全文摘要
本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及用于玻璃、陶瓷、金屬之間的復(fù)合釬焊料。該釬焊料由粉料經(jīng)機(jī)械裝置壓制成絲狀或帶狀，或在粉料中加入粘結(jié)劑均勻混合成膏狀構(gòu)成，其粉料中有金、錫粉末和納米陶瓷粉末，其納米陶瓷粉末的質(zhì)量含量占釬焊料總質(zhì)量的1-10%，金與錫粉末的含量占釬焊料總質(zhì)量的90-99%；納米陶瓷粉末是氧化銦、氧化錫，氧化銅和氧化鋁中的任一中或幾種的混合物；在金屬金與錫的混合粉末中，其粒徑為1nm-5μm，金粉與錫粉的質(zhì)量比為(3-4.5)1；陶瓷粉末的粒徑為1nm-500nm。本復(fù)合釬焊料利用陶瓷粉體作為添加劑，減少了中間硬脆相的產(chǎn)生，增強(qiáng)焊縫的抗熱疲勞性，提高了釬焊的氣密性能和焊接接頭的強(qiáng)度。
文檔編號(hào)C03C8/24GK102633517SQ20121013053
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者曹友文, 謝斌 申請(qǐng)人:滁州中星光電科技有限公司