一種低熔點釬料球形粉末的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金行業(yè)和電子行業(yè)用合金釬料粉末加工技術領域，具體涉及一種低熔點釬料球形粉末的制造方法。
【背景技術】
[0002]球形焊料制造技術已相當成熟，廣泛應用于球柵陣列封裝(BGA)、激光熔覆、熱噴涂、堆焊焊接等領域。制備球形焊料的主要技術有:液滴噴射凝固成球的有氣體霧化法和離心霧化法，如專利CN100484669C公布了一種微小釬料合金焊球的制作裝置，采用氣體壓力噴射，液態(tài)金屬在惰性氣體中球化，該專利主要在裝置上進行了改進；機械剪切成球的切絲或打孔重熔法，適用于塑性較好的低熔點釬料金屬；均勻液滴噴射法和脈沖小孔噴射法，如專利CN1220571C公布了一種微球焊料的制備方法及所用微噴裝置，采用精密噴射技術制造出適用于BGA的焊料，對設備的要求較高，球形顆粒尺寸大于10um,專利CN1253279C公布了單分散球形金屬粒子及其生產(chǎn)方法，該方法采用孔膜使液態(tài)金屬分散在液相中制得球形金屬粒子，受限于制備的熔點為250°C或更低的金屬，而且主要為錫釬焊料。然而，霧化法制備的低熔點釬料球形粉末的生產(chǎn)效率較低、顆粒尺寸分布較大、不易制備尺寸20微米以下的球形粉末、設備維護成本高、保護氣體消耗大、不環(huán)保，而均勻液滴法或切絲打孔重熔法無法制備100微米以下的球形金屬粉末、含氧量較高、且效率低。專利申請?zhí)朇N201410462791.X公布了一種微米和納米金屬球形粉末的制造方法，提出通過金屬液滴/碳材料或陶瓷材料界面(即:液/固界面)的方法制備微米、納米金屬球。該方法簡單易行，無需特殊的精密設備，能夠廉價的制造各種合金球形粒子。但該方法對于低恪點釬料的成分和工藝未具體涉及和研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的在于，提供一種適用含有Sn、In、Ag、Pb、Cd、Zn、Bi等低熔點元素以及復雜元素添加的低熔點釬料球形粉末的制造方法，比如錫基釬料、銦基釬料、銀基釬料、鉛基釬料、鎘基釬料、鋅基釬料和鉍基釬料。
[0004]本發(fā)明的技術方案是:一種低熔點釬料球形粉末的制造方法，包括如下步驟:
[0005](I)準備低熔點釬料粉末；
[0006](2)準備低熔點釬料粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的均勻混合粉末；
[0007](3)熱處理使低熔點釬料熔融并凝固成金屬球；熱處理的溫度是達到所述合金熔融的溫度，優(yōu)選是低熔點釬料熔點溫度以上40到100°C的范圍內(nèi)；
[0008](4)分離碳材料粉末或陶瓷材料粉末獲得球形低恪點釬料粉末。
[0009]所述低熔點釬料包括錫基釬料、銦基釬料、銀基釬料、鉛基釬料、鎘基釬料、鋅基釬料和鉍基釬料。
[0010]準備所述低熔點釬料原料粉末包括:1)將金屬氧化物或金屬鹽粉末與碳材料或陶瓷材料粉末混合再還原獲得低熔點釬料粉末和碳材料或陶瓷材料粉末的混合粉末；2)通過霧化法獲得低熔點釬料粉末；3)通過真空熔煉低熔點釬料，快淬成條帶后破碎成金屬粉末；4)通過其他方法獲得的低熔點釬料粉末。所述低熔點釬料粉末尺寸范圍為10nm-2000 μ m。
[0011]碳材料粉末為石墨、石墨烯、金剛石、碳粉或煤粉之一以及它們二種或二種以上的混合物；陶瓷材料粉末為碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、氧化物陶瓷或氮化物陶瓷以及它們二種或二種以上的混合物。
[0012]準備低熔點釬料粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的均勻混合粉末的方法:1)將低熔點釬料粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末混合的方法，i)采取機械方法均勻混合；ii)在液體(水、乙醇等)中攪拌均勻混合；iii)通過分散劑輔助分散后，與碳材料粉末或陶瓷材料粉末混合，混合后干燥得到用碳材料或用陶瓷材料包覆的低熔點釬料顆粒的均勻的混合粉末。
[0013]所述低熔點釬料粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的質(zhì)量比應滿足所稱量的低熔點釬料粉末的總表面積小于所配比的碳材料粉末或陶瓷材料粉末的總表面積；低恪點釬料粉末的質(zhì)量在金屬/碳材料粉末或陶瓷材料粉末混合物中所占質(zhì)量比在1%到98%之間；所述碳材料粉末或陶瓷材料粉末可以是任意大小的尺寸，優(yōu)選的尺寸范圍為1nm-1OOumo碳材料粉末或陶瓷材料粉末的形貌可以是片狀、球狀、線狀、管狀或其他形狀。
[0014]將混合均勻的低熔點釬料/碳材料或陶瓷材料混合粉末在真空或氣氛(包括氫氣、氮氣、氬氣和氨氣等)中退火，溫度:達到或高于合金的熔點，優(yōu)選的溫度為高于低熔點釬料熔點40?100°C ;保溫時間:保證低熔點釬料完全熔化，優(yōu)選時間為Imin?1min ;冷卻方式:1)快冷，讓金屬固體顆粒保持液態(tài)金屬球的形狀，同時，可以克服合金材料成分宏觀偏析和減少高溫下碳材料或陶瓷材料向金屬顆粒的擴散。
[0015]將退火處理的金屬/碳材料或陶瓷材料混合粉末中的碳材料粉末或陶瓷材料粉末分離，獲得微米、納米金屬球形粉末。清洗方法包括:1)在液體(如:水或有機溶劑等)中浸泡后，利用金屬與碳材料或與陶瓷材料大的密度差，超聲清洗，除掉碳材料粉末或陶瓷材料粉末，獲得低熔點釬料球形粉末；2)在液體中浸泡后，采用外加磁場、離心或過濾的方法獲得低熔點釬料球形粉末；3)利用低熔點釬料顆粒與碳材料或與陶瓷材料的形狀、大小不同，使用合適的篩子將二者分離。
[0016]本發(fā)明的有益效果，本發(fā)明制造低熔點釬料球形粉末的工藝方法簡單，粉末球形度高，表面質(zhì)量好，無宏觀偏析，顯微組織一致性好。制造過程中作固體分散劑用的碳材料或陶瓷材料分離后可循環(huán)使用，制造成本低，生產(chǎn)效率高，是一種環(huán)境友好、可規(guī)?；a(chǎn)微米低熔點釬料球形粉末的制造方法?？梢詽M足在噴(釬)焊金屬粉末、電子封裝，金屬3D打印等領域的應用。
【附圖說明】
[0017]圖1通過本發(fā)明用氧化錫和400nm石墨混合得到的微米銅球的掃描電子顯微鏡照
【具體實施方式】
[0018]以下是本發(fā)明制造低熔點釬料球形粉末的實施案例。
[0019]實施例1
[0020]球形錫粉的制備，取I克氧化錫粉末與尺寸為400nm左右的石墨粉，按重量比為I: I配比，機械攪拌方法均勻混合。將混合好的氧化錫/400nm石墨混合粉末放入氧化鋁坩禍中，坩禍放進退火爐的加熱區(qū)，通入氫氣，壓強為0.02MPa，加熱到500°C，保溫30分鐘，然后停止加熱，隨爐冷卻。用水浸泡錫/石墨混合粉，通過超聲清洗得到錫球。圖1為得到的錫球外觀的掃描電子顯微鏡照片，球形顆粒尺寸在40 μ m-80 μ m。根據(jù)本發(fā)明的錫球形粉末的制造方法，如圖1所示，確認能夠得到錫球。
[0021]實施例2
[0022]AgCu301n5合金球形粉的制備，首先，將購買的100 μ m左右水霧法制備的不規(guī)則銀銅銦合金粉末作為原料。取I克該原料粉末與尺寸小于I μπι左右的石墨烯粉，按重量比為5:1配比，機械攪拌后，均勻混合。
[0023]將混合好的銀銅銦合金/石墨烯混合粉放入氧化鋁坩禍中，坩禍放進退火爐的非加熱區(qū)，抽真