本发明涉及固态锡合金材料及其制备方法和应用，尤其是涉及一种锡球颗粒及其制备方法和应用。
背景技术：
：随着当前工业以及消费电子市场对产品的小型化、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发展。芯片的封装技术随着芯片技术的发展而不断地发展，每一代芯片都需要有与之技术要求相应的封装技术，而表面组装技术(SMT)的发展，对封装技术的要求达到了一个新的高度。BGA封装技术(球栅阵列结构的PCB)的出现，成为CPU、图形芯片等高密度高性能芯片封装的最佳选择，消费电子产品如手机、笔记本电脑、数码相机等也广泛的采用BGA封装形式。中国专利CN1954946A公开了一种无铅焊锡球的制备方法,其步骤为:A)在无铅焊锡原料组份中加入抗氧化剂和晶粒细化剂,熔炼成液体状；抗氧化剂为重量比为1∶1的磷和铊,其加入量为原料重量的0.006-0.03％；晶粒细化剂加入量为焊锡重量的0.003-0.005％；B)一表面设置有若干呈半圆状圆坑的球状模具,其至少一半以上置于焊锡熔融液体中,旋转该模具,使模具表面的小圆坑盛满焊锡熔融液体,待球状模具旋转至氮气口时,在氮气保护下冷却凝固定型,由模具的继续旋转,定型的焊锡球从出料口落下。本申请所述的锡球制备方法，由于生产全程由惰性气体保护，不需要在熔融的锡合金液体中加入抗氧化剂以及晶粒细化剂。本申请所述的锡球制备方法可以精确的按照锡球合金所需各种金属成分的比例混合成熔融合金液体，减少杂质。同时生产速度最高达可到每秒2000pcs,，合金球大小均匀，且在生产过程中通过频率的变化，对产品的粒径进行精确调整，操作简单便捷。与专利CN1954946A相比，所获得的锡球合金球成分更精确，不需要填加除原料外的 任何抗氧化材料即可保证产品的超低含氧量。同时，生产效率更高，能非常灵活地生产不同尺寸的产品。技术实现要素：本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种克服了现有技术中锡球中的银比例和银含量无法精确控制，三元锡球的制备工艺复杂，制得的锡球易变质发黑，发生氧化的缺陷，提供了一种锡球颗粒及其制备方法。本发明的制备工艺简单，简化成型流程，适用于大规模生产，制得的锡球颗粒组分含量稳定，品质佳，不易变黑并且表面无氧化现象。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种锡球颗粒的制备方法，采用以下步骤：1)在惰性气体气氛下，加热无铅焊料使其熔融，混合搅拌后制成直径为0.2～0.8mm的合金液滴；2)用液氮间接冷却惰性气体气流至-10～-190℃，然后利用冷却后的惰性气体气流冷凝合金液滴，得到锡球成型体；3)将锡球成型体置于恒温恒湿和惰性气体气氛中，稳定化处理1～3天；4)对稳定化处理后的锡球成型体的成分进行检测，其中各种合金的成分含量公差在1wt％的范围内，即为合格的锡球颗粒。所述的无铅焊料包括锡铟、锡铋、锡锑、锡银、锡铜、锡银铜、锡银铋铟、锡银铜铟或锡银铜铋合金。具体来说，无铅焊料的成分可以如下表所示。步骤1)中无铅焊料加热到350～450℃，在熔融后经气流鼓泡混合搅拌，混合搅拌的时间为1～3h，混合时的压力为1～25psi，因此，所使用的容器的材质可选用任何能够承受500℃而不软化不变形的，且能够承受100psi压力的材料。本发明中，所述容器的材质较佳地为铁、铜、不锈钢、陶瓷和玻璃中的任一种，更佳地为不锈钢。采用喷嘴制备得到合金液滴，对熔融的无铅焊料溶液施加50～70psi的压力，使溶液通过振动的喷嘴形成合金液滴，喷嘴的振动频率为200～2000Hz；振动幅度为0.1～0.8mm。所述的惰性气体为氮气、氩气或氦气。步骤2)采用双层套管进行间接冷却，液氮通入双层套管内层管和外层管之间的区域，惰性气体气流从内层管中流过，实现冷却。步骤3)中采用数控控制进行稳定化处理，恒温温度为0～15℃，湿度为20～40RH％。步骤4)采用原子发射光谱检测锡球成型体的成分。在本发明一较佳的实施方式中，通过一排风过滤系统将制备过程中产生的金属粉尘收集，净化制备环境，避免对工作人员和外界环境的伤害。本发明还提供了由上述制备方法制得的锡球颗粒。其中，所述锡球颗粒的形状一般为球状。所述锡球颗粒的平均粒径一般为0.2～0.8mm。本发明的锡球颗粒在室温下为固态。本发明中，按本领域常识，所述的锡球颗粒，需在无水、无氧、填充惰性气体的手套箱中进行封装，存储于干净的玻璃瓶内。通过上述制备方法制得的锡球颗粒可以在BGA封装中的应用。与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、本发明的锡球的制备方法将现有技术中分开进行熔融的工艺合并成单一工艺，简化了成型流程。2、本发明的制备方法中始终保持容器内的原料处于惰性气体的保护，避免受氧和水汽污染，制得的锡球质量佳。3、本发明的制备方法改变炉腔内部的压力差，使得熔融合金液体鼓泡沸腾，从鼓泡的大小精确可调节上说明充分融合的优点。成分控制在预期范围带过就好。能有效地将无铅焊料的二元或多元成分控制在预期范围内。4、本发明的制备方法在成型的全过程中，由惰性气体保护，同时成型前对合金液体进行鼓泡沸腾处理，使得各个成分充分混合，成型后的锡球颗粒的不发黑，无氧化、各个成分含量精确可靠。5、本发明中利用液氮作为介质，可快速冷却高温液滴，节约时间和成本。因为是间接的冷却方式，球体不接触冷却介质，从根本上杜绝二次污染，并且可省去脱脂的繁琐步骤，再次简化流程，提高生产效率。6、在本发明优选的实施方式中，整个工艺流程产生的金属粉尘都被过滤系统吸收过滤，保护生产环境和工人人身安全。具体实施方式下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。实施例1锡、银、铜按重量比配比Sn:Ag:Cu＝96.5:3:0.5，制备平均重量为1.7mg的锡球颗粒。锡球颗粒的制备方法：1)在氩气气氛下，将原料(锡银3铜0.5)加入密闭容器内，升温至400℃使原料熔融，于20psi的压力下混合1.5小时至混合均匀得合金溶液；在惰性气体气氛下，通过施压，压力控制在55psi，将合金溶液压出，通过振动喷嘴形 成合金液滴，频率和振幅分别控制在800Hz和0.3mm，将合金溶液制成合金液滴；2)用液氮间接冷却惰性气体气流，用冷却后的惰性气体气流于-100℃冷凝所述合金液滴，得锡球成型体；3)将锡球成型体置于恒温10℃，恒湿30RH％和惰性气氛中，进行(1～3)天稳定化处理；4)采用ICP分析进行成分检测，检测结果为：Sn96.6％，Ag2.79％，Cu0.48％.制得的锡球颗粒其银和铜的含量均在设计含量的范围内。该锡球颗粒的平均重量为1.629mg。效果实施例：将实施例1的锡球颗粒与同规格的进口的以及市售的锡球进行比对。表1采用实施例1的锡球颗粒与进口及市售的锡球参数测试数据项目Y&L锡球K1进口锡球K2豪岑K3TasscomK4Qualitek平均直径0.7550.7590.760.7620.761真圆度1.00481.00611.00421.00471.0029平均质量1.6291.6691.6821.6911.677质量Cpk2.051.344.442.041.82Max质量1.6571.7451.6981.7281.714Min质量1.6071.6181.6661.6611.628极差0.050.1270.0320.0670.086Sn96.696.1695.2796.4796.60Ag2.792.782.882.492.80Cu0.480.510.490.500.53合计99.8799.4598.6399.4599.93实施例2一种锡球颗粒的制备方法，采用以下步骤：1)在氮气气氛下，加热锡铟无铅焊料使其熔融，无铅焊料加热到350℃，在熔融后经气流鼓泡混合搅拌，混合搅拌的时间为1h，混合时的压力为1psi，混合搅拌后制成直径为0.2mm的合金液滴，采用喷嘴制备得到合金液滴，对熔 融的无铅焊料溶液施加50psi的压力，使溶液通过振动的喷嘴形成合金液滴，喷嘴的振动频率为200Hz；振动幅度为0.1mm；2)用液氮间接冷却氮气气流至-10℃，然后利用冷却后的氮气气流冷凝合金液滴，得到锡球成型体，采用双层套管进行间接冷却，液氮通入双层套管内层管和外层管之间的区域，氮气气流从内层管中流过，实现冷却；3)将锡球成型体置于恒温恒湿和氮气气氛中，稳定化处理1天，采用数控控制进行稳定化处理，恒温温度为0℃，湿度为20RH％；4)对稳定化处理后的锡球成型体的成分进行检测，采用原子发射光谱检测锡球成型体的成分，其中银的成分含量公差在1wt％的范围内，即为合格的锡球颗粒，可以在BGA封装中的应用。实施例3一种锡球颗粒的制备方法，采用以下步骤：1)在氩气气氛下，加热锡锑无铅焊料使其熔融，无铅焊料加热到450℃，在熔融后经气流鼓泡混合搅拌，混合搅拌的时间为3h，混合时的压力为25psi混合搅拌后制成直径为0.8mm的合金液滴，采用喷嘴制备得到合金液滴，对熔融的无铅焊料溶液施加70psi的压力，使溶液通过振动的喷嘴形成合金液滴，喷嘴的振动频率为2000Hz；振动幅度为0.8mm；2)用液氮间接冷却氩气气流至-190℃，然后利用冷却后的氩气气流冷凝合金液滴，得到锡球成型体，采用双层套管进行间接冷却，液氮通入双层套管内层管和外层管之间的区域，氩气气流从内层管中流过，实现冷却；3)将锡球成型体置于恒温恒湿和氩气气氛中，采用数控控制进行稳定化处理，恒温温度为15℃，湿度为40RH％，稳定化处理3天；4)对稳定化处理后的锡球成型体的成分进行检测，可以采用原子发射光谱检测锡球成型体的成分，其中银的成分含量公差在1wt％的范围内，即为合格的锡球颗粒，可以在BGA封装中的应用。当前第1页1 2 3