专利名称：低熔点、低蒸汽压、延性的铜基焊料-电真空用代银焊料的制作方法
技术领域：
本发明涉及到电真空领域内使用的钎焊料，特别是铜基焊料。
钎焊技术广泛应用于电真空器件的生产，由于电真空的要求，钎焊时填充的金属即钎焊料除了必须具有合适的熔点，很好的润湿性和填缝性，一定的强度等一般钎料应具有的性能外，还要求其具有低的蒸气压。目前我国标准牌号的电真空用银钎料有DHLAgCu28，DHLAgCu50等，其中DHLAgCu28用量最大。然而银是一种贵金属，不但价格昂贵，而且资源有限，其使用要受国家的严格限制。因此人们在不断地寻找新的无银或低银焊料以取代银焊料。
在众多的代银焊料专利中，一类是含Cd或含Zn的Cu-Ag基低银焊料，这类钎焊料虽然性能优良，但由于含有高蒸气压的Cd、Zn等元素，而不能用于电真空领域，同时Cd，Zn在钎焊过程中大部分气化了，弥漫于空气中，对人体健康也有较大的危害作用。另一类代银焊料是通过快速凝固技术制备的Cu-P基系列代银焊料，这类钎焊料特别适用于钎焊铜及铜合金，但由于含有大量的P元素，而不能用来钎焊镍，可伐，金属化陶瓷，不锈钢等电真空常用材料。如我国公布的四项代银焊料的发明专利中，有二项钎焊料含有Zn，另二项含有P，它们都未能在电真空领域获得应用。
目前能用于电真空领域含银量相对较低的钎料主要有含Sn或含Si的Cu-Ag基或Ag-Cu基钎料。如US Patent No4,416,853描述了一种含Si的Cu-Ag基低银电真空用焊料，它蒸气压低，对镍润湿性好，钎焊强度高，但为使其熔点较低(＜800℃)，它需含有相当量的Si(7wt％左右)，因而它不适于在含H2气氛中焊接，而且由于高的含Si量，这类钎料非常脆，几乎不能成型为薄带或丝条状，只适于粉状或膏状使用。再如日本专利特公昭44-11009(Ag＝47～70，Cu＝25～40、Sn＝2～6、In＝3～7)、特开昭51-132147(Ag＝28.8～50.4、Cu＝11.2～19.6、Sn＝15～30、In＝15～30)、特开昭63-53915(Ag＝7.5～35、Cu＝40～60、Sn＝25～37.5)及JP05132369(Ag＝18～60、Cu＝20～50、Sn＝18～35、Gc＝1～5)都是可用于电真空领域的Cu-Ag-Sn基钎料，但它们或含有大量的Ag，或因含有大量的Sn等元素导致材料太脆，而不能成型为薄带或丝条状，从而大大地限制了它们的应用。
本发明的目的在于寻求一种含银量低，具有低熔点、低蒸气压，且可以成型为薄带或丝条状的，又可用于电真空领域，能取代AgCu28的Cu基钎焊料。
本发明的钎焊料，其成份范围为Ag5～25wt％、Sn10～25wt％、In0～10wt％，余量为Cu。在此基础上还可以通过添加0.003～1.0wt％的B、Fe、Ni、Co、Ce中的一种或数种，进一步改善其润湿性，填缝性等性能。
钎料的制备主要包括二方面1).钎料的熔炼。将原材料纯铜、纯银、纯锡等用酸清洗干净并烘干，按要求配料，然后先将铜置于真空感应炉的氧化铝坩埚内加热至全部熔化，加入脱氧剂，再加入余料，搅动到成分均匀后浇铸成锭；2).钎料的成型。将上述熔炼浇铸而成的铸锭，按要求切割成一定的形状，再用快速凝固制取非晶或微晶薄带的技术，将钎料制成厚0.05～0.15mm，成分均匀，具有较好韧塑性的薄带，较好的韧塑性是指能将薄带弯曲至曲率半径为厚度20倍时而不发生断裂。此外钎焊料也可采用常规的方法加工成粉状或条状使用。当然它也同样可以取代AgCu28焊料而用于其它领域。
本发明所研制的铜基钎焊料，与现有焊料相比，具有以下特点1).低的含银量，低的成本2).其熔化温度，对无氧铜，可伐、镍的润湿性和填缝性与AgCu28钎料相当3).可在惰性气氛、含H2气氛、真空及大气中钎焊4).可通过快速凝固技术制成成分均匀，韧塑性良好的薄带，薄带可冲裁成型5).用此钎料取代AgCu28用于陶瓷管壳的封接、各项性能(如焊缝外观，气密性，封接强度、耐温度循环及振动性能)均符合标准的要求。
实施例取一本发明的钎料，按其成分为20wt％Sn，10wt％Ag，5wt％In，0.005wt％B，余量Cu配料，用上述方法熔炼成合金铸件。首先测定了焊料本身的一些基础性能，包括熔化温度，对镍、可伐的润湿性及填缝性，同时与AgCu28进行了比较。其中熔化温度是采用差热分析法测定的，润湿性及填缝性是依据GB11364-89的要求测定的，润湿性以钎料在母材上的铺展面积S表征，填缝性以填缝长度L表征，润湿性试验所用钎料为0.1g，填缝试验所用钎料为0.8g，试验温度为840℃，氢气氛中加热。表1是其实验结果表1，钎料的基础性能
从表中看出，新钎料具有与AgCu28相近的液相线温度，对Ni的润湿性稍逊于AgCu28，但对Kovar的润湿性要优于AgCu28，填缝性能与AgCu28相当。
将上述钎料制备及加工成厚0.12mm，内、外径分别为Φ30，Φ40的环片，试用于电力半导体器件用陶瓷管壳的封接，并按照专业标准ZBK46003-87对管壳的要求，对其焊缝外观，焊接强度，温度循环试验等进行了检测，以下是具体检测结果用新钎料在840℃，分解氨气氛中钎焊的10只管壳，焊缝外观全部满足标准的要求，即金属与陶瓷间的焊缝光洁、平滑、无积聚残渣，焊料无溅散，焊缝无通孔、流球、缝隙，且无盲孔。将10只管壳用氦质谱仪示踪气体法进行检漏，结果表明管壳漏率均低于1×10-7Pa·m3/S，经温度循环、振动试验后，外观及气密性仍符合要求。最后测定了焊接强度，焊接强度以陶瓷标准抗拉件强度来衡量，试验结果如表2，可以看出五只抗拉件，其强度均大于所要求的400kg/cm2。
以上结果说明本发明的钎焊料可以取代AgCu28焊料用于电力半导体器件用陶瓷管壳的封接。当然它也同样可应用于其它钎焊铜、无氧铜，镍、可伐，金属化陶瓷的场合。
表2，陶瓷标准抗拉件的强度
权利要求
1.一种低熔点、低蒸汽压、延性的低银铜基钎焊料，为电真空用代银焊料，其特征在于组份范围为Ag5～25wt％、Sn10～25wt％、In0～10wt％，余量为Cu。
2.根据权利要求1所述的低熔点、低蒸汽压、延性的铜基焊料，其特征在于上述焊料中可添加0.003～1.0wt％的B、Fe、Ni、Co、Ce中的一种
3.根据权利要求1或2所述的低熔点、低蒸汽压、延性的铜基焊料，其特征在于上述焊料中可添加0.003～1.0wt％的B、Fe、Ni、Co、Ce数种。
4.根据权利要求1或2或3所述的低熔点、低蒸汽压、廷性的铜基钎焊料，其特征在于成型后的焊料为薄带状或丝条状。
全文摘要
一种低熔点，低蒸汽压、延性的铜基钎焊料，为电真空用代银焊料，主要成分为Cu、Ag、Sn、In。本发明的钎料其钎焊温度对无氧铜，可伐、镍的润湿性及填缝性均与AgCu28相当，而其成本仅为其三分之一左右，可取代AgCu28用于陶瓷管封接，及其它钎焊铜、无氧铜，镍、可伐，金属化陶瓷的场合。
文档编号B23K35/28GK1120480SQ95111020
公开日1996年4月17日 申请日期1995年4月26日 优先权日1995年4月26日
发明者朱平, 冯珊 申请人:东南大学, 中国轻工总会电光源材料研究所