一种高导热Sn-In-Ag-Zn合金钎料及其制备方法和应用

本发明属于无铅钎料，具体涉及一种高导热sn-in-ag-zn合金钎料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着集成电路、功率器件、人工智能芯片及新能源汽车功率模块等电子器件不断向高功率密度、高集成度和小型化方向发展，芯片在工作过程中产生的热量显著增加，器件内部热流密度持续升高。若芯片工作产生的热量不能及时传导至散热结构并有效释放，将导致芯片结温升高，进而引起器件性能衰减、热失效甚至封装结构损坏。因此，降低芯片与散热器之间的界面热阻、提高封装结构的整体散热能力，已成为电子封装领域亟需解决的重要问题。

2、热界面材料通常设置于芯片、基板、热沉或散热器之间，用于填充接触界面的微观空隙，改善界面传热性能。传统聚合物基热界面材料虽然具有一定的可压缩性和工艺适应性，但其本征热导率较低，在高热流密度电子器件中的散热能力有限。金属基热界面材料具有较高的热导率，能有效降低界面热阻，在高功率电子封装散热领域具有重要应用价值。

3、在现有金属基热界面材料中，纯in具有较低的熔点、较好的塑性变形能力和较高的热导率，可在一定压力或温度条件下与接触表面形成较好的贴合，因此常被用作高性能热界面材料或低温钎料。然而，纯in在实际服役过程中仍存在一定不足。例如，纯in力学强度较低，在长期热循环、压力加载或高温服役条件下易发生蠕变、挤出或形状稳定性下降；同时，纯in与基板或金属化层之间润湿较差，可能发生界面反应，影响界面结合稳定性和长期服役可靠性。此外，单一纯in材料在熔化特性、组织稳定性、润湿行为及力学性能调控方面存在一定局限，难以同时满足高热导率、低界面热阻和高可靠性的综合要求。因此，亟需开发一种适用于电子封装散热领域的高热导率in基钎料合金，可为替代纯in热界面材料提供新的材料方案，满足高功率芯片封装对高效散热和长期可靠性的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有热界面材料用纯in钎料无法兼顾高热导率、界面服役可靠性的技术问题。而提供一种高导热sn-in-ag-zn合金钎料及其制备方法和应用。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明的目的之一在于提供一种高导热sn-in-ag-zn合金钎料，所述钎料按原子百分比计为：in：70~90%，ag：0.01~5%，zn：0~20%，余量为sn。

4、进一步限定，所述钎料中zn原子百分比为5~15%。

5、进一步限定，所述钎料中ag原子百分比为2~5%。

6、本发明的目的之二在于提供一种高导热sn-in-ag-zn合金钎料的制备方法，所述方法按以下步骤进行：

7、s1：根据成分配比称量高纯度sn、in、ag、zn金属粉，并放入石英玻璃管中抽真空密封；

8、s2：将石英玻璃管置于可摇摆管式炉内熔炼，冷却得到合金锭；

9、s3：将合金锭用松香完全包裹，在感应熔炼炉中加热至200-400℃，并保温20-40min，期间每间隔10min搅拌一次，保温后浇铸到石墨模具中，得到合金钎料。

10、进一步限定，s1中sn、in、ag、zn金属粉的纯度均≥99.99%。

11、进一步限定，s1中将金属粉按照熔点从高到低的顺序依次放入石英玻璃管内。

12、进一步限定，s2中熔炼温度为750-850℃，时间为1.5-2.5h，升温速度为8-12℃/min。

13、更进一步限定，s2中熔炼温度为800℃，时间为2h，升温速度为10℃/min。

14、进一步限定，s3中加热至300℃，并保温30min。

15、本发明的目的之三在于提供一种高导热sn-in-ag-zn合金钎料作为热界面材料在电子封装领域的应用。

16、本发明与现有技术相比，优势在于：

17、本发明选取sn、in、ag、zn作为钎料组成元素，通过调配其比例得到兼具高热导率、低界面热阻和高可靠性的不含铅元素的新型无铅钎料合金，具体优点如下：

18、（1）本发明sn-in-ag-zn钎料的熔点低于纯in钎料，且具有与纯in钎料相当的热导率，同时表现出较纯in更好的润湿性，可用于替代纯in钎料满足热界面材料使用需求。

19、（2）本发明sn-in-ag-zn钎料制备方法简单，所需熔炼设备简单，制备所需温度低、能耗少，防氧化效果好，便于应用到工业化生产中。能够避免浇铸过程合金液冷却过快所带来的成分偏析、铸造裂纹等缺陷。

1.一种高导热sn-in-ag-zn合金钎料，其特征在于，所述钎料按原子百分比计为：in：70~90%，ag：0.01~5%，zn：0~20%，余量为sn。

2.根据权利要求1所述的合金钎料，其特征在于，所述钎料中zn原子百分比为5~15%。

3.根据权利要求1所述的合金钎料，其特征在于，所述钎料中ag原子百分比为2~5%。

4.权利要求1-3任一项所述的高导热sn-in-ag-zn合金钎料的制备方法，其特征在于，所述方法：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，s1中sn、in、ag、zn金属粉的纯度均≥99.99%。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，s1中将金属粉按照熔点从高到低的顺序依次放入石英玻璃管内。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，s2中熔炼温度为750-850℃，时间为1.5-2.5h，升温速度为8-12℃/min。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，s2中熔炼温度为800℃，时间为2h，升温速度为10℃/min。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，s3中加热至300℃，并保温30min。

10.权利要求1-3任一项所述的高导热sn-in-ag-zn合金钎料作为热界面材料在电子封装领域的应用。