專(zhuān)利名稱(chēng)：一種含有鉆石顆粒的焊接材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含有鉆石顆粒的焊接材料及制備方法，尤其是應(yīng)用于微電子封裝 及散熱結(jié)構(gòu)中含有鉆石顆粒的焊接材料。
背景技術(shù)：
一般電子組件的封裝或?qū)㈦娮咏M件如(LED，CPU，GPU等)結(jié)合于金屬散熱器上，通 常需要利用焊接技術(shù)使焊接材料作為連接層，將高功率的電子組件產(chǎn)生的熱量傳到金屬散 熱器進(jìn)行散熱。焊接材料中含有錫，錫的熱導(dǎo)率為66. 6ff/(m ·Κ)，遠(yuǎn)低于銅的401W/(m ·Κ)， 因此在熱傳的過(guò)程中，低導(dǎo)熱率的焊錫層會(huì)造成很大的熱阻，降低熱傳效率。美國(guó)專(zhuān)利US6，365，973，揭示一種填充焊錫材料，包括一焊錫材料內(nèi)含有多個(gè) 鍍膜填充顆粒，其中該鍍膜填充顆粒改變填充焊錫材料的熱膨脹系數(shù)(coefficient of thermal expansion) 0鍍膜填充顆粒是由具有低熱膨脹系數(shù)的材料涂布一層可與焊錫材 料產(chǎn)生潤(rùn)濕作用的涂布層所制成；填充顆粒的材料如石墨(graphite)、碳纖維(carbon fiber)、鉆石(diamond)、氮化硼(boron nitride)、氮化招(aluminum nitride)、碳化娃 (silicon carbide)、氮化娃(silicon nitride)、氧化鋒(zinc oxide)、招(alumina)、二硼 化鈦(titanium diboride)和氧化硅(silica)等；涂布層的材料如鈷，銅，氧化銅、鎳、鐵、 錫、二氧化錫、鋅和其合金等。上述美國(guó)專(zhuān)利揭示的填充焊錫材料雖含有鉆石顆粒，可以增加其導(dǎo)熱效率，但鉆 石顆粒若直接涂布一層可與焊錫材料潤(rùn)濕作用的金屬材料，鉆石無(wú)法與金屬產(chǎn)生化學(xué)鍵結(jié) 結(jié)合，該金屬材料很難牢固附著于鉆石顆粒的表面，經(jīng)過(guò)多次循環(huán)的升溫及降溫，因?yàn)閮烧?的熱膨脹系數(shù)差異太大，很容易造成金屬材料與鉆石顆粒產(chǎn)生脫離，降低焊接強(qiáng)度及增加 熱阻，使填充焊錫材料失去焊接的功能。

發(fā)明內(nèi)容
為改善已知含有鉆石顆粒的焊接材料，使鉆石顆粒與焊錫材料的結(jié)合更穩(wěn)固，并 藉由選擇鉆石顆粒的大小及占有的比率，制作適合各種用途的焊接材料，而提出本發(fā)明。一種含有鉆石顆粒的焊接材料，包括一焊錫材料；多個(gè)鍍膜鉆石顆粒，與該焊錫 材料相混合；其中該多個(gè)鍍膜鉆石顆粒分別包括—鉆石顆粒，其表面具有一金屬碳化物涂層；至少一層金屬鍍層，結(jié)合于該金屬碳化物涂層表面；其中該金屬碳化物涂層用以幫助該鉆石顆粒與該金屬鍍層穩(wěn)定結(jié)合。一種含有鉆石顆粒的焊接材料的制備方法，包括如下步驟步驟1 ；將鉆石顆粒以微蒸鍍或真空蒸鍍或?yàn)R射沉積程序涂布一層與鉆石顆粒形 成碳化物的金屬材料，包括有鉻、鉬、鎢、鈦、釩、鉭、鋯或硅材料，然后經(jīng)過(guò)高溫程序反應(yīng)后， 上述涂布的金屬材料與鉆石顆粒的碳反應(yīng)形成金屬碳化物涂層，有CrC，MoC, WC, TiC, VC, TaC, ZrC,SiC0
步驟2 ；將上述具有金屬碳化涂層的鉆石顆粒以化學(xué)鍍或電鍍的程序，鍍上一層 金屬鍍層形成鍍膜鉆石顆粒；該金屬鍍膜層的金屬包含但不限于下列材料金、銀、銅、鐵、 鋁、鎳、鈷、鈦、鎢、鉻、錫、鋅或其合金材料。步驟3 ；將鍍膜鉆石顆粒與焊錫材料均勻混合形成鉆石顆粒的焊接材料；其中鍍 膜鉆石顆粒的金屬鍍層能夠與焊錫材料產(chǎn)生潤(rùn)濕作用以利均勻混合；焊錫材料的材料包含 但不限于下列材料錫、銀、銅、鉍或鉛。一種含有鉆石顆粒的焊接材料的用途，含有鍍膜鉆石顆粒的焊接材料用于使LED、 CPU或GPU電子組件焊接于金屬散熱器上。本發(fā)明的主要目的，在提供一種含有鉆石顆粒的焊接材料，其中的鉆石顆粒與潤(rùn) 濕作用的金屬鍍層之間具有一金屬碳化物涂層，金屬鍍層因此可與鉆石顆粒與金屬焊料穩(wěn) 固結(jié)合，使鍍膜鉆石顆粒可均勻的混合焊錫材料中。本發(fā)明的另一目的，在提供一種含有鉆石顆粒的焊接材料，藉由調(diào)整鍍膜鉆石顆 粒的大小及占有的體積比率，制作不同性質(zhì)的焊接材料，使含有鉆石顆粒的焊接材料可適 合不同的用途。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為由于鉆石顆粒表面的金屬碳化物涂層幫助鉆石顆粒與金屬鍍層 穩(wěn)定結(jié)合，較不會(huì)因?yàn)榻?jīng)過(guò)多次循環(huán)的升溫及降溫而產(chǎn)生脫離失去結(jié)合作用，使鍍膜鉆石 顆?？删鶆虻幕旌显诤稿a材料中；并藉由調(diào)整鍍膜鉆石顆粒的大小及占有的比率，制作不 同性質(zhì)的焊接材料，使含有鉆石顆粒的焊接材料可適合不同的用途。本發(fā)明的其它目的、功效，請(qǐng)參閱圖及實(shí)施例，詳細(xì)說(shuō)明如下。


當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過(guò)參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以 及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)，但此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解， 構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā) 明的不當(dāng)限定，其中圖1為本發(fā)明含有鉆石顆粒的焊接材料的示意圖。圖2為本發(fā)明鍍膜鉆石顆粒的示意圖。圖3為本發(fā)明含有鉆石顆粒的焊接材料應(yīng)用例的示意圖。主要組件符號(hào)說(shuō)明含有鉆石顆粒的焊接材料1 ；焊錫材料11 ；鍍膜鉆石顆粒12 ；鉆石顆粒121 ；金屬 碳化物涂層122 ；金屬鍍層123 ；電子組件2 ；金屬散熱器3。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1至圖3對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。如圖1、2、3所示，本發(fā)明系在焊錫材料11中加入一定體積比例及一定大小的鍍 膜鉆石顆粒12，由于鉆石顆粒121的熱導(dǎo)率為1200-2000W/(m · K)，遠(yuǎn)大于錫的熱導(dǎo)率為 66. 6ff/(m ·Κ)，因此可以大幅增加焊接材料1的熱導(dǎo)率。但是因?yàn)殂@石顆粒121與焊錫材料 11之間沒(méi)有潤(rùn)濕作用，所以當(dāng)焊錫材料11受熱融化時(shí)，比重較輕的鉆石顆粒121會(huì)被焊錫 材料11中的助焊劑帶走，飄浮在焊錫材料11的表面而無(wú)法使用，因此需要在鉆石顆粒121的表面鍍上一層可與焊錫材料11產(chǎn)生潤(rùn)濕作用的金屬鍍層123。但是，鉆石顆粒121的表 面無(wú)法直接電鍍金屬鍍層123，所以需要先利用微蒸鍍或真空蒸鍍或?yàn)R射沉積，然后經(jīng)過(guò)高 溫程序反應(yīng)等方法在鉆石顆粒121的表面生成一層金屬碳化物涂層122，再于碳化物涂層 122表面鍍上所需的金屬鍍層123，才能與焊錫材料11產(chǎn)生潤(rùn)濕作用。如圖1、2、3所示，本發(fā)明含有鉆石顆粒的焊接材料1，包括一焊錫材料lKsolder material)及與其相混合的多個(gè)鍍膜鉆石顆粒12 ；該鍍膜鉆石顆粒12包括在鉆石顆粒121 表面的金屬碳化物涂層122表面結(jié)合至少一層金屬鍍層123 ；藉由鉆石顆粒121表面的金 屬碳化物涂層122幫助鉆石顆粒121與金屬鍍層122穩(wěn)定結(jié)合。金屬碳化物涂層122的熱 膨脹系數(shù)介于鉆石顆粒121的熱膨脹系數(shù)與金屬鍍層123的熱膨脹系數(shù)之間。本發(fā)明鍍膜鉆石顆粒12的鉆石顆粒121與金屬鍍層123之間具有緩沖的金屬碳化物涂層122，雖經(jīng)過(guò)多次循環(huán)的升溫及降溫，較不會(huì)因?yàn)殂@石顆粒121與金屬鍍層123兩 者的熱膨脹系數(shù)差異太大，而造成金屬鍍層123與鉆石顆粒121產(chǎn)生脫離而失去結(jié)合作用， 使含有鉆石顆粒的焊接材料1具有較穩(wěn)固的焊接功能。本發(fā)明鍍膜鉆石顆粒121的體積為焊錫材料11的體積的5%至30%，其中以10% 至20%為最佳，當(dāng)超過(guò)30%時(shí)，會(huì)降低焊接強(qiáng)度。鉆石顆粒121的大小為0. 001mm(毫米) 至0. 2mm，其中以0. 005至0. 02mm為最佳。鉆石顆粒121的種類(lèi)可為高溫高壓(HTHP)人造鉆石。如圖1、2、3所示，本發(fā)明含有鉆石顆粒的焊接材料1的制法，包括如下步驟1.將鉆石顆粒121以微蒸鍍或真空蒸鍍或?yàn)R射沉積程序涂布一層可與鉆石顆粒 121形成碳化物的金屬材料，如含有鉻、鉬、鎢、鈦、釩、鉭、鋯、硅(Cr，Mo, W, Ti，V，Ta, Zr，Si) 等材料，然后經(jīng)過(guò)高溫程序反應(yīng)后，上述涂布的金屬材料會(huì)與鉆石顆粒121的碳反應(yīng)形成 金屬碳化物涂層 122，如 CrC, MoC, WC, TiC, VC, TaC, ZrC, SiC 等。2.將上述具有金屬碳化涂層122的鉆石顆粒121以化學(xué)鍍或電鍍的程序，鍍上一 層金屬鍍層123形成鍍膜鉆石顆粒12 ；該金屬鍍膜層123的金屬包含但不限于下列材料 金、銀、銅、鐵、鋁、鎳、鈷、鈦、鎢、鉻、錫、鋅或其合金等材料。3.將鍍膜鉆石顆粒12與焊錫材料11均勻混合形成鉆石顆粒的焊接材料1 ；其中 鍍膜鉆石顆粒12的金屬鍍層123可以與焊錫材料11產(chǎn)生潤(rùn)濕作用以利均勻混合；焊錫材 料11的材料包含但不限于下列材料錫、銀、銅、鉍或鉛等。如圖3所示，一種含有鉆石顆粒的焊接材料的用途，含有鍍膜鉆石顆粒的焊接材 料用于使LED、CPU或GPU電子組件焊接于金屬散熱器上。本發(fā)明含有鍍膜鉆石顆粒的焊接材料1，用以使如LED、CPU、GPU等電子組件2焊 接于金屬散熱器3上；含有鍍膜鉆石顆粒的焊接材料1具有較佳的導(dǎo)熱功能，能將電子組件 2產(chǎn)生的熱量快速的傳導(dǎo)至金屬散熱器3進(jìn)行散熱作用；且含有鉆石顆粒的焊接材料1能 穩(wěn)固的結(jié)合電子組件2焊接于金屬散熱器3。本發(fā)明含有鉆石顆粒的焊接材料，其鍍膜鉆石顆粒的鉆石顆粒與潤(rùn)濕作用的金屬 鍍層之間具有一金屬碳化物涂層，金屬鍍層因此可與鉆石顆粒穩(wěn)固結(jié)合，較不會(huì)因?yàn)榻?jīng)過(guò) 多次循環(huán)的升溫及降溫而脫離失去結(jié)合作用，并使鍍膜鉆石顆?？删鶆虻幕旌嫌诤稿a材料 中；并藉由調(diào)整鍍膜鉆石顆粒的大小及占有的體積比率，制作不同性質(zhì)的焊接材料，使含有 鉆石顆粒的焊接材料可適合不同的用途。
如上所述，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)地說(shuō)明，但是只要實(shí)質(zhì)上沒(méi)有脫離本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)及效果可以有很多的變形，這對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。因此，這 樣的變形例也全部包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種含有鉆石顆粒的焊接材料，其特征在于包括一焊錫材料；多個(gè)鍍膜鉆石顆粒，與該焊錫材料相混合；其中該多個(gè)鍍膜鉆石顆粒分別包括一鉆石顆粒，其表面具有一金屬碳化物涂層；至少一層金屬鍍層，結(jié)合于該金屬碳化物涂層表面；其中該金屬碳化物涂層用以幫助該鉆石顆粒與該金屬鍍層穩(wěn)定結(jié)合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有鉆石顆粒的焊接材料，其特征在于其中該鉆石顆粒的 大小為0. 001毫米至0. 2毫米；或其中該多個(gè)鍍膜鉆石顆粒的體積為該焊錫材料的體積的 5%至 30%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有鉆石顆粒的焊接材料，其特征在于其中該鉆石顆粒的大 小為0. 005毫米至0. 02毫米；該多個(gè)鍍膜鉆石顆粒的體積為該焊錫材料的體積的10%至 20% ；或其中該鉆石顆粒為高溫高壓人造鉆石。
4.根據(jù)權(quán)利要求2至3所述的中任一項(xiàng)所述的含有鉆石顆粒的焊接材料，其特征在于 其中該鉆石顆粒系以微蒸鍍或真空蒸鍍或?yàn)R射沉積程序其中之一者，涂布一層可與該鉆石 顆粒形成碳化物的金屬材料，然后經(jīng)過(guò)高溫程序反應(yīng)后，該金屬材料與該鉆石顆粒反應(yīng)形 成該金屬碳化物涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含有鉆石顆粒的焊接材料，其特征在于其中該金屬碳化物涂 層表面系被以化學(xué)鍍或電鍍的程序其中之一者，結(jié)合該至少一層金屬鍍層；該金屬碳化物 涂層的熱膨脹系數(shù)介于該鉆石顆粒的熱膨脹系數(shù)與該金屬鍍層的熱膨脹系數(shù)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有含有鉆石顆粒的焊接材料，其特征在于其中該金屬碳化 物涂層是鉻、鎢、鈦、釩、鉬、鉭、鋯或硅分別與碳的化合物其中之一者。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有含有鉆石顆粒的焊接材料，其特征在于其中該至少一層 金屬鍍層的材料是金、銀、銅、鐵、鋁、鎳、鈷、鈦、鎢、鉻、錫、鋅或其合金其中之一者。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有含有鉆石顆粒的焊接材料，其特征在于其中該焊錫材料 包含錫、銀、銅、鉍或鉛其中之一者。
9.一種含有鉆石顆粒的焊接材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟步驟1 ；將鉆石顆粒以微蒸鍍或真空蒸鍍或?yàn)R射沉積程序涂布一層與鉆石顆粒形成碳 化物的金屬材料，包括有鉻、鉬、鎢、鈦、釩、鉭、鋯或硅材料，然后經(jīng)過(guò)高溫程序反應(yīng)后，上述 涂布的金屬材料與鉆石顆粒的碳反應(yīng)形成金屬碳化物涂層，有CrC，MoC, WC, TiC, VC, TaC, ZrC, SiC0步驟2 ；將上述具有金屬碳化涂層的鉆石顆粒以化學(xué)鍍或電鍍的程序，鍍上一層金屬 鍍層形成鍍膜鉆石顆粒；該金屬鍍膜層的金屬包含但不限于下列材料金、銀、銅、鐵、鋁、 鎳、鈷、鈦、鎢、鉻、錫、鋅或其合金材料。步驟3 ；將鍍膜鉆石顆粒與焊錫材料均勻混合形成鉆石顆粒的焊接材料；其中鍍膜鉆 石顆粒的金屬鍍層能夠與焊錫材料產(chǎn)生潤(rùn)濕作用以利均勻混合；焊錫材料的材料包含但不 限于下列材料錫、銀、銅、鉍或鉛。
10.一種含有鉆石顆粒的焊接材料的用途，其特征在于含有鍍膜鉆石顆粒的焊接材料 用于使LED、CPU或GPU電子組件焊接于金屬散熱器上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種含有鉆石顆粒的焊接材料及制備方法，包括一焊錫材料及與其相混合的多個(gè)鍍膜鉆石顆粒；鍍膜鉆石顆粒包括在鉆石顆粒表面形成一金屬碳化物涂層及于金屬碳化物涂層表面結(jié)合有至少一層金屬鍍層；藉由鉆石顆粒表面的金屬碳化物涂層幫助鉆石顆粒與金屬鍍層穩(wěn)定結(jié)合，較不會(huì)因?yàn)榻?jīng)過(guò)多次循環(huán)的升溫及降溫而產(chǎn)生脫離失去結(jié)合作用，使鍍膜鉆石顆粒可均勻的混合在焊錫材料中；并藉由調(diào)整鍍膜鉆石顆粒的大小及占有的比率，制作不同性質(zhì)的焊接材料，使含有鉆石顆粒的焊接材料可適合不同的用途。
文檔編號(hào)B23K35/40GK101804526SQ201010127960
公開(kāi)日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者陳偉恩, 陳盈同 申請(qǐng)人:陳盈同;陳偉恩