本发明涉及软钎焊，具体涉及一种预置金锡连接层的焊接件及其制备方法与应用。
背景技术：
1、金基系au80sn20材料具有屈服强度高、耐疲劳性优、润湿性好、耐腐蚀性强、导电/热性能好等特点，并且其钎焊温度适中，因此作为软钎焊连接层材料被广泛应用在航天、汽车、通讯等领域。
2、目前，预置au80sn20材料连接层的形成方法主要包括以下两种方法：第一种方法是直接将现成的au80sn20材料压延成箔片，随后钎焊在焊接件上。这种方法操作简单，但是由于au80sn20材料脆性较高，箔片压延一般只能维持在10μm以上，无法制备出更薄的金锡连接层，加工成本高，材料利用率低，同时压延得到的箔片在后续热轧过程中极易氧化，影响产品品质。第二种方法则是在整个待焊接面交替式电镀金层和锡层直至所需厚度，相比于第一种方法尺寸可控性高并且材料利用率高，但这种工艺得到的复合镀层在在钎焊时金和锡相互扩散均匀性低，难以得到成分均匀且元素比例准确的金锡连接层。此外，也有现有技术以电镀方式同时电镀金和锡从而一步得到金锡连接层，但该产品的成分均匀性和成分比例准确性依然难以达到预期，并且该过程干扰因素过多，难以在工厂进行批量生产。
技术实现思路
1、基于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供了一种预置金锡连接层的焊接件的制备方法，该方法以特定设置的掩膜为模板进行金层和锡层的特殊沉积，所得复合沉积层在经过退火处理时金层和锡层扩散效果好，形成的金锡连接层组分均匀性高，金和锡的成分比例与预期结果匹配度高。
2、为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
3、一种预置金锡连接层的焊接件的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)在焊接面基底上沉积第一金层；所述第一金层的厚度≤0.2μm；
5、(2)在第一金层上覆盖第一掩膜，所述第一掩膜设有网格分布的若干镂空圆孔，所述镂空圆孔在第一掩膜上的面积占比为48～52％；所述第一掩膜中单个镂空圆孔的面积≤0.05mm2；
6、(3)在第一掩膜的镂空圆孔区域沉积第一锡层，所述第一锡层与第一金层的厚度之比为(3.8～4.2)：1；
7、(4)移除第一掩膜，随后在第一锡层上覆盖第二掩膜并在未覆盖第二掩膜的区域沉积第二金层，所述第二金层的厚度与第一锡层的厚度相同；
8、(5)移除第二掩膜，随后在第一锡层和第二金层的平面上沉积第三金层；所述第三金层的厚度与第一金层的厚度相同；
9、(6)在第三金层上覆盖第一掩膜，在第一掩膜的镂空圆孔区域沉积第四金层，所述第四金层的厚度与第一锡层的厚度相同；
10、(7)移除第一掩膜，随后在第四金层上覆盖第二掩膜并在未覆盖第二掩膜的区域沉积第二锡层，所述第二锡层的厚度与第四金层的厚度相同；
11、(8)移除第二掩膜，随后重复步骤(1)～(7)直至所得复合沉积层达到预定厚度，经过退火处理后，即得所述预置金锡连接层的焊接件；所述退火处理时的温度为200～220℃。
12、现有的预置金锡连接层一般采用现有金锡材料au80sn20直接压延成箔片随后钎焊得到，或者采用交替沉积的方法形成复合金锡层，随后再退火使得层间相互扩散得到金锡连接层，然而前者受限于au80sn20材料的脆性无法得到较薄尺寸的产品，同时该过程对材料的利用率低，且压延后的箔片需要进一步热轧，进而容易发生氧化，影响产品品质；后者虽然可以制备出各种厚度尺寸的产品，但该类产品成分不均匀，并且元素比例难以精确控制。为此，在本发明技术方案中，发明人研发了一种预置金锡连接层的焊接件，该产品在制备时首先设置第一金层作为底层，随后以设有网格分布的镂空圆孔的第一掩膜作为沉积模板覆盖在第一金层上，在镂空圆孔对应的裸露区域中沉积特定厚度的第一锡层，待锡层沉积完成后，以第二掩膜完全覆盖各圆柱形的锡层，再在没有覆盖掩膜的第一金层上进行第二金层的沉积，并限定第二金层的厚度与第一锡层相同，则该第二金层可均匀包裹锡层并形成平整的复合层；随后，与上述步骤类似，在复合层上沉积一层金层后，利用第一和第二掩膜构建结构相同、但金层和锡层位置互换的另一复合层，最终形成完整的复合沉积层。所述复合沉积层可根据实际需求进行多次重复设置从而调控最终所得焊接件的厚度，克服了传统工艺制备产品时受工艺或材料限制无法对产品厚度实施大范围调控的缺陷；本发明所得复合沉积层在进行退火处理时，多个复合层中第一金层和锡层可以上下层间进行扩散，同时在同一复合层平面内锡层和第二金层间也会发生相互扩散，因此整体焊接件在形成金锡连接层后成分均匀性高。基于层间厚度和掩膜镂空圆孔面积占比的特定限制，形成的金锡连接层可实现较为精确的au80sn20成分比例，产品使用效果优异。
13、此外，发明人经过实验发现，以扩散效率和扩散均匀性而论，在本发明所述锡层的沉积过程中，如果使用的第一掩膜中镂空结构并非限定的圆孔状，则可能会导致形成的锡层或金层无法在退火时实现均匀的扩散，金锡连接层的成分均匀性不合预期。
14、优选地，所述第一掩膜中单个镂空圆孔的面积为0.01～0.05mm2。
15、更优选地，所述第一掩膜中单个镂空圆孔的面积为0.01mm2、0.015mm2、0.02mm2、0.03mm2、0.04mm2、0.05mm2中的一者或任意两者的范围值。
16、镂空圆孔的面积大小决定着沉积的圆柱形锡层的尺寸大小，如果面积过大，制备的锡层尺寸过大，会导致同一平面内金层和锡层相互扩散的距离太远，平面内扩散效果不佳；但镂空圆孔的面积过小又会导致掩膜的加工难度增大，生产成本增大，因此当镂空圆孔的面积优选在上述范围内时，整体产品的制备难度低、成本低，制备的产品品质更优。
17、优选地，所述第一金层、第三金层的厚度为0.15～0.2μm。
18、更优选地，所述第一金层、第三金层的厚度为0.15μm、0.16μm、0.17μm、0.18μm、0.19μm、0.2μm中的一者或任意两者的范围值。
19、第一金层、第三金层的厚度与锡层及与形成的复合层厚度有所关联，若第一金层和第三金层的厚度增大，则复合层的厚度也有所增大，金层和锡层上下层间的扩散距离增大，则层间的扩散均匀性有所降低，但若第一金层、第三金层的厚度太薄，则可能导致由于形成的复合层过薄，需要重复多次沉积步骤才能达到预期厚度，加工步骤增多，生产成本提升，而当第一金层、第三金层的厚度优选在上述范围内时，可兼顾产品的生产难度、生产成本以及产品品质，产品生产性价比更高。
20、优选地，所述第一掩膜、第二掩膜为pet掩膜。
21、pet具有良好的气密性和机械性能，与金属层贴合紧密度高，在金属沉积过程中不会被穿透，并且韧性、抗张强度高于其他聚合物材料，尺寸稳定性好，因此更适用于本发明所述焊接件的生产工艺。
22、优选地，所述步骤(1)中，焊接面基底在沉积第一金层前还经过清洗处理，所述清洗处理所用清洗剂包括丙酮、异丙醇中的至少一种。
23、优选地，所述沉积金层和/或锡层时采用电镀法进行。
24、优选地，所述退火处理时的真空度≤200pa。
25、优选地，所述退火处理时的时间为3～4h。
26、本发明所述预置金锡连接层的焊接件基于特殊的层间结构设计，所述复合沉积层在进行退火处理后可以准确地达到au80sn20材料的金锡成分比，同时形成的金锡连接层中成分均匀性优异，因此具有优异的使用效果。
27、而在退火处理时，采用上述优选的退火条件不仅可以有效控制退火过程中金属层的氧化程度至较低水平，同时可以在较低能耗的情况下保障各层的金锡扩散效果，产品的组分均匀性更优。
28、本发明的再一目的在于提供所述预置金锡连接层的焊接件的制备方法制备得到的焊接件，所述焊接件包括焊接面基底和金锡连接层。
29、优选地，所述复合沉积层在退火处理后形成的金锡连接层中金元素和锡元素的质量之比为(78:22)～(82:18)。
30、本发明的另一目的在于提供所述预置金锡连接层的焊接件在软钎焊中的应用。
31、本发明的有益效果在于，本发明提供了一种预置金锡连接层的焊接件的制备方法，该方法以特定设置的掩膜为模板进行金层和锡层的特殊沉积，所得复合沉积层在经过退火处理时金层和锡层扩散效果好，形成的金锡连接层组分均匀性高，金和锡的成分比例与预期结果匹配度高。
1.一种预置金锡连接层的焊接件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述预置金锡连接层的焊接件的制备方法，其特征在于，所述第一掩膜中单个镂空圆孔的面积为0.01～0.05mm2。
3.如权利要求1所述预置金锡连接层的焊接件的制备方法，其特征在于，所述第一金层、第三金层的厚度为0.15～0.2μm。
4.如权利要求1所述预置金锡连接层的焊接件的制备方法，其特征在于，所述第一掩膜、第二掩膜为pet掩膜。
5.如权利要求1所述预置金锡连接层的焊接件的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，焊接面基底在沉积第一金层前还经过清洗处理，所述清洗处理所用清洗剂包括丙酮、异丙醇中的至少一种。
6.如权利要求1所述预置金锡连接层的焊接件的制备方法，其特征在于，所述退火处理时的真空度≤200pa。
7.如权利要求1～6任一项所述预置金锡连接层的焊接件的制备方法制备得到的焊接件。
8.如权利要求7所述的焊接件，其特征在于，所述焊接件包括焊接面基底和金锡连接层。
9.如权利要求8所述的焊接件，其特征在于，所述金锡连接层中金元素和锡元素的质量之比为(78:22)～(82:18)。
10.如权利要求7～9任一项所述的焊接件在软钎焊中的应用。
