本發(fā)明涉及固態(tài)錫合金材料及其制備方法和應(yīng)用，尤其是涉及一種錫球顆粒及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：隨著當(dāng)前工業(yè)以及消費電子市場對產(chǎn)品的小型化、高可靠性、高安全性、高性能等方面的要求，片式元器件向小型化、大容量、高集成和高性能化方向發(fā)展。芯片的封裝技術(shù)隨著芯片技術(shù)的發(fā)展而不斷地發(fā)展，每一代芯片都需要有與之技術(shù)要求相應(yīng)的封裝技術(shù)，而表面組裝技術(shù)(SMT)的發(fā)展，對封裝技術(shù)的要求達到了一個新的高度。BGA封裝技術(shù)(球柵陣列結(jié)構(gòu)的PCB)的出現(xiàn)，成為CPU、圖形芯片等高密度高性能芯片封裝的最佳選擇，消費電子產(chǎn)品如手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機等也廣泛的采用BGA封裝形式。中國專利CN1954946A公開了一種無鉛焊錫球的制備方法,其步驟為:A)在無鉛焊錫原料組份中加入抗氧化劑和晶粒細化劑,熔煉成液體狀；抗氧化劑為重量比為1∶1的磷和鉈,其加入量為原料重量的0.006-0.03％；晶粒細化劑加入量為焊錫重量的0.003-0.005％；B)一表面設(shè)置有若干呈半圓狀圓坑的球狀模具,其至少一半以上置于焊錫熔融液體中,旋轉(zhuǎn)該模具,使模具表面的小圓坑盛滿焊錫熔融液體,待球狀模具旋轉(zhuǎn)至氮氣口時,在氮氣保護下冷卻凝固定型,由模具的繼續(xù)旋轉(zhuǎn),定型的焊錫球從出料口落下。本申請所述的錫球制備方法，由于生產(chǎn)全程由惰性氣體保護，不需要在熔融的錫合金液體中加入抗氧化劑以及晶粒細化劑。本申請所述的錫球制備方法可以精確的按照錫球合金所需各種金屬成分的比例混合成熔融合金液體，減少雜質(zhì)。同時生產(chǎn)速度最高達可到每秒2000pcs,，合金球大小均勻，且在生產(chǎn)過程中通過頻率的變化，對產(chǎn)品的粒徑進行精確調(diào)整，操作簡單便捷。與專利CN1954946A相比，所獲得的錫球合金球成分更精確，不需要填加除原料外的 任何抗氧化材料即可保證產(chǎn)品的超低含氧量。同時，生產(chǎn)效率更高，能非常靈活地生產(chǎn)不同尺寸的產(chǎn)品。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種克服了現(xiàn)有技術(shù)中錫球中的銀比例和銀含量無法精確控制，三元錫球的制備工藝復(fù)雜，制得的錫球易變質(zhì)發(fā)黑，發(fā)生氧化的缺陷，提供了一種錫球顆粒及其制備方法。本發(fā)明的制備工藝簡單，簡化成型流程，適用于大規(guī)模生產(chǎn)，制得的錫球顆粒組分含量穩(wěn)定，品質(zhì)佳，不易變黑并且表面無氧化現(xiàn)象。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種錫球顆粒的制備方法，采用以下步驟：1)在惰性氣體氣氛下，加熱無鉛焊料使其熔融，混合攪拌后制成直徑為0.2～0.8mm的合金液滴；2)用液氮間接冷卻惰性氣體氣流至-10～-190℃，然后利用冷卻后的惰性氣體氣流冷凝合金液滴，得到錫球成型體；3)將錫球成型體置于恒溫恒濕和惰性氣體氣氛中，穩(wěn)定化處理1～3天；4)對穩(wěn)定化處理后的錫球成型體的成分進行檢測，其中各種合金的成分含量公差在1wt％的范圍內(nèi)，即為合格的錫球顆粒。所述的無鉛焊料包括錫銦、錫鉍、錫銻、錫銀、錫銅、錫銀銅、錫銀鉍銦、錫銀銅銦或錫銀銅鉍合金。具體來說，無鉛焊料的成分可以如下表所示。步驟1)中無鉛焊料加熱到350～450℃，在熔融后經(jīng)氣流鼓泡混合攪拌，混合攪拌的時間為1～3h，混合時的壓力為1～25psi，因此，所使用的容器的材質(zhì)可選用任何能夠承受500℃而不軟化不變形的，且能夠承受100psi壓力的材料。本發(fā)明中，所述容器的材質(zhì)較佳地為鐵、銅、不銹鋼、陶瓷和玻璃中的任一種，更佳地為不銹鋼。采用噴嘴制備得到合金液滴，對熔融的無鉛焊料溶液施加50～70psi的壓力，使溶液通過振動的噴嘴形成合金液滴，噴嘴的振動頻率為200～2000Hz；振動幅度為0.1～0.8mm。所述的惰性氣體為氮氣、氬氣或氦氣。步驟2)采用雙層套管進行間接冷卻，液氮通入雙層套管內(nèi)層管和外層管之間的區(qū)域，惰性氣體氣流從內(nèi)層管中流過，實現(xiàn)冷卻。步驟3)中采用數(shù)控控制進行穩(wěn)定化處理，恒溫溫度為0～15℃，濕度為20～40RH％。步驟4)采用原子發(fā)射光譜檢測錫球成型體的成分。在本發(fā)明一較佳的實施方式中，通過一排風(fēng)過濾系統(tǒng)將制備過程中產(chǎn)生的金屬粉塵收集，凈化制備環(huán)境，避免對工作人員和外界環(huán)境的傷害。本發(fā)明還提供了由上述制備方法制得的錫球顆粒。其中，所述錫球顆粒的形狀一般為球狀。所述錫球顆粒的平均粒徑一般為0.2～0.8mm。本發(fā)明的錫球顆粒在室溫下為固態(tài)。本發(fā)明中，按本領(lǐng)域常識，所述的錫球顆粒，需在無水、無氧、填充惰性氣體的手套箱中進行封裝，存儲于干凈的玻璃瓶內(nèi)。通過上述制備方法制得的錫球顆?？梢栽贐GA封裝中的應(yīng)用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明的錫球的制備方法將現(xiàn)有技術(shù)中分開進行熔融的工藝合并成單一工藝，簡化了成型流程。2、本發(fā)明的制備方法中始終保持容器內(nèi)的原料處于惰性氣體的保護，避免受氧和水汽污染，制得的錫球質(zhì)量佳。3、本發(fā)明的制備方法改變爐腔內(nèi)部的壓力差，使得熔融合金液體鼓泡沸騰，從鼓泡的大小精確可調(diào)節(jié)上說明充分融合的優(yōu)點。成分控制在預(yù)期范圍帶過就好。能有效地將無鉛焊料的二元或多元成分控制在預(yù)期范圍內(nèi)。4、本發(fā)明的制備方法在成型的全過程中，由惰性氣體保護，同時成型前對合金液體進行鼓泡沸騰處理，使得各個成分充分混合，成型后的錫球顆粒的不發(fā)黑，無氧化、各個成分含量精確可靠。5、本發(fā)明中利用液氮作為介質(zhì)，可快速冷卻高溫液滴，節(jié)約時間和成本。因為是間接的冷卻方式，球體不接觸冷卻介質(zhì)，從根本上杜絕二次污染，并且可省去脫脂的繁瑣步驟，再次簡化流程，提高生產(chǎn)效率。6、在本發(fā)明優(yōu)選的實施方式中，整個工藝流程產(chǎn)生的金屬粉塵都被過濾系統(tǒng)吸收過濾，保護生產(chǎn)環(huán)境和工人人身安全。具體實施方式下面通過實施例的方式進一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，按照常規(guī)方法和條件，或按照商品說明書選擇。實施例1錫、銀、銅按重量比配比Sn:Ag:Cu＝96.5:3:0.5，制備平均重量為1.7mg的錫球顆粒。錫球顆粒的制備方法：1)在氬氣氣氛下，將原料(錫銀3銅0.5)加入密閉容器內(nèi)，升溫至400℃使原料熔融，于20psi的壓力下混合1.5小時至混合均勻得合金溶液；在惰性氣體氣氛下，通過施壓，壓力控制在55psi，將合金溶液壓出，通過振動噴嘴形 成合金液滴，頻率和振幅分別控制在800Hz和0.3mm，將合金溶液制成合金液滴；2)用液氮間接冷卻惰性氣體氣流，用冷卻后的惰性氣體氣流于-100℃冷凝所述合金液滴，得錫球成型體；3)將錫球成型體置于恒溫10℃，恒濕30RH％和惰性氣氛中，進行(1～3)天穩(wěn)定化處理；4)采用ICP分析進行成分檢測，檢測結(jié)果為：Sn96.6％，Ag2.79％，Cu0.48％.制得的錫球顆粒其銀和銅的含量均在設(shè)計含量的范圍內(nèi)。該錫球顆粒的平均重量為1.629mg。效果實施例：將實施例1的錫球顆粒與同規(guī)格的進口的以及市售的錫球進行比對。表1采用實施例1的錫球顆粒與進口及市售的錫球參數(shù)測試數(shù)據(jù)項目Y&L錫球K1進口錫球K2豪岑K3TasscomK4Qualitek平均直徑0.7550.7590.760.7620.761真圓度1.00481.00611.00421.00471.0029平均質(zhì)量1.6291.6691.6821.6911.677質(zhì)量Cpk2.051.344.442.041.82Max質(zhì)量1.6571.7451.6981.7281.714Min質(zhì)量1.6071.6181.6661.6611.628極差0.050.1270.0320.0670.086Sn96.696.1695.2796.4796.60Ag2.792.782.882.492.80Cu0.480.510.490.500.53合計99.8799.4598.6399.4599.93實施例2一種錫球顆粒的制備方法，采用以下步驟：1)在氮氣氣氛下，加熱錫銦無鉛焊料使其熔融，無鉛焊料加熱到350℃，在熔融后經(jīng)氣流鼓泡混合攪拌，混合攪拌的時間為1h，混合時的壓力為1psi，混合攪拌后制成直徑為0.2mm的合金液滴，采用噴嘴制備得到合金液滴，對熔 融的無鉛焊料溶液施加50psi的壓力，使溶液通過振動的噴嘴形成合金液滴，噴嘴的振動頻率為200Hz；振動幅度為0.1mm；2)用液氮間接冷卻氮氣氣流至-10℃，然后利用冷卻后的氮氣氣流冷凝合金液滴，得到錫球成型體，采用雙層套管進行間接冷卻，液氮通入雙層套管內(nèi)層管和外層管之間的區(qū)域，氮氣氣流從內(nèi)層管中流過，實現(xiàn)冷卻；3)將錫球成型體置于恒溫恒濕和氮氣氣氛中，穩(wěn)定化處理1天，采用數(shù)控控制進行穩(wěn)定化處理，恒溫溫度為0℃，濕度為20RH％；4)對穩(wěn)定化處理后的錫球成型體的成分進行檢測，采用原子發(fā)射光譜檢測錫球成型體的成分，其中銀的成分含量公差在1wt％的范圍內(nèi)，即為合格的錫球顆粒，可以在BGA封裝中的應(yīng)用。實施例3一種錫球顆粒的制備方法，采用以下步驟：1)在氬氣氣氛下，加熱錫銻無鉛焊料使其熔融，無鉛焊料加熱到450℃，在熔融后經(jīng)氣流鼓泡混合攪拌，混合攪拌的時間為3h，混合時的壓力為25psi混合攪拌后制成直徑為0.8mm的合金液滴，采用噴嘴制備得到合金液滴，對熔融的無鉛焊料溶液施加70psi的壓力，使溶液通過振動的噴嘴形成合金液滴，噴嘴的振動頻率為2000Hz；振動幅度為0.8mm；2)用液氮間接冷卻氬氣氣流至-190℃，然后利用冷卻后的氬氣氣流冷凝合金液滴，得到錫球成型體，采用雙層套管進行間接冷卻，液氮通入雙層套管內(nèi)層管和外層管之間的區(qū)域，氬氣氣流從內(nèi)層管中流過，實現(xiàn)冷卻；3)將錫球成型體置于恒溫恒濕和氬氣氣氛中，采用數(shù)控控制進行穩(wěn)定化處理，恒溫溫度為15℃，濕度為40RH％，穩(wěn)定化處理3天；4)對穩(wěn)定化處理后的錫球成型體的成分進行檢測，可以采用原子發(fā)射光譜檢測錫球成型體的成分，其中銀的成分含量公差在1wt％的范圍內(nèi)，即為合格的錫球顆粒，可以在BGA封裝中的應(yīng)用。當(dāng)前第1頁1 2 3