一种微晶锡球的工艺及其应用的制作方法

1.本发明涉及电子封装材料及钎焊技术领域，分类号为b23k35/26，具体的，涉及一种微晶锡球的工艺及其应用。


背景技术：

2.锡球主要用途广泛用于马口铁、助熔剂、有机合成、化工生产、合金制造，以及电子行业中多组集成电路的装配等，还用于测定砷、磷酸盐的试剂、还原剂，镀锡制品等。焊锡是利用低熔点的金属焊料加热熔化后，渗入并充填金属件连接处间隙或在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的焊接方法；在锡焊的过程中，需要用到焊锡锡球作为焊料，而焊锡锡球适用于pcb厂电镀生产；现有技术中的的焊锡锡球，存在以下问题，光泽度不高，抗氧能力弱、耐腐蚀性能差等。
3.中国专利cn103157962b公开了一种斜轧锡球的制备方法，其采用斜轧工艺制备锡球，所制得的产品一致性好、表面光滑，可实现不同直径斜轧锡球的生产，但其生产工艺较为复杂，难以进行大批量生产，除此之外，其抗氧化性能还有待提升。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明的第一个方面提供了一种微晶锡球的工艺，所述微晶锡球工艺的步骤如下：
5.(1)提纯；
6.将15-25公斤的锡锭加热后，过滤，去除上层漂浮的杂质，得到半成品；
7.(2)压铸；
8.将半成品导入模具中后压铸，模具的半径为2-3cm，形状为半圆形，在完全封闭的状态下，使用压铸机将半成品压铸成型；
9.(3)后处理。
10.将步骤(2)中压铸成型后的半成品冷却后，即得到20-30个微晶锡球。
11.优选的，所述步骤(1)中除杂的具体步骤为：锡锭的加热温度为240-260℃，加热时间为0.5-2h。
12.进一步优选的，所述步骤(1)中除杂的具体步骤为：锡锭的加热温度为250℃，加热时间为1h。
13.优选的，所述步骤(2)中压铸的压力为1-3pa。
14.进一步优选的，所述步骤(2)中压铸的压力为1.5-2pa。
15.压力太大，空气的排出速率太快，会使得在压铸过程中产生溅射现象，而压力过小，空气的挤出速率过慢，会使得微晶球出现“空球现象”，导致微晶球的结晶性较差，密度低，进而影响耐腐蚀性能、硬度和抗氧化性能。本技术人发现，当压力为1.5-2pa时，空气的排出速率适中，对于本技术的锡锭，同时可以使得微晶球饱满，密度高，结晶性佳，不仅提高了微晶锡球的耐腐蚀性能和硬度，还提高了微晶锡球的抗氧化性能。
16.进一步优选的，所述步骤(2)中压铸的压力为1.8pa。
17.优选的，所述步骤(2)中压铸的时间为1-4s。
18.进一步优选的，所述步骤(2)中压铸的时间为1-2s。
19.当压铸时间过长，此时熔体流动速度变慢，使得熔体液内卷入的气体太少，导致微晶锡球表面粗糙度较高，进而影响其光泽度，除此之外，熔体流动速度太慢会使得熔体还没进入模具之前就已经冷却，当压铸时间太短，熔体液内卷入的气体太多，也会造成微晶锡球内出现“空球”现象，影响其抗氧化性能、硬度和耐腐蚀性能。本技术人发现，当压铸时间为1-2s，熔体流动速度适中，适当的卷入了气体，使得微晶锡球表面粗糙度较低，不仅提高了微晶锡球表面的光泽度，还提高了其硬度、抗腐蚀和抗氧化性能。
20.进一步优选的，所述步骤(2)中压铸的时间为2s。
21.优选的，所述后处理包括冷却，冷却时间为5-10s。
22.进一步优选的，所述后处理包括冷却，冷却时间为6-8s。
23.进一步优选的，所述后处理包括冷却，冷却时间为7s。
24.优选的，所述锡锭的制备原料，包括：第三周期元素、第四周期元素、第五周期元素和第六周期元素中的至少一种。
25.进一步优选的，所述锡锭的制备原料，包括：第三周期元素的铝和硫，第五周期元素的镉、锡、锑和银，第六周期元素的铅和铋。
26.优选的，所述锡锭的制备原料包括第四周期元素的铁、铜、镍、锌、镓、砷、钙、钴中的至少一种。
27.进一步优选的，所述锡锭的制备原料包括第四周期元素的铁、铜、镍、锌、砷和钴。
28.优选的，所述锡锭的制备原料，按质量分数计，包括：砷0.003-0.008％，铁0.002-0.007％，铜0.004-0.008％，铅0.0035-0.025％。
29.进一步优选的，所述锡锭的制备原料，按质量分数计，包括：砷0.003％，铁0.004％，铜0.004％，铅0.02％。
30.优选的，所述锡锭的制备原料，按质量分数计，还包括：铋0.0025-0.006％、锑0.0015-0.02％、镉0.0003-0.0008％、锌0.0003-0.0010％、铝0.0005-0.001％、硫0.0005-0.0012％、银0.0005％、镍和钴0.0006-0.0050％，余量为锡。
31.进一步优选的，所述锡锭的制备原料，按质量分数计，还包括：铋0.006％、锑0.014％、镉0.0005％、锌0.0008％、铝0.0008％、硫0.0010％、银0.0005％、镍和钴0.0050％，余量为锡。
32.本发明第二方面提供了一种微晶锡球的工艺所制备的微晶锡球在pcb板上的应用。
33.有益效果：
34.本发明提供了一种微晶锡球的工艺，所得到的微晶锡球饱满、结晶性好，密度高，不仅提高了微晶锡球的耐腐蚀性能和硬度，还提高了微晶锡球的抗氧化性能，除此之外，限定1-2s的压铸时间提高了微晶锡球的光泽度，使得锡球表面光滑无气孔，得到的产品精度高、一致性好。本发明的微晶锡球工艺简单，适用于大批量生产。
附图说明：
35.图1：本实施例1所制备的微晶锡球的起始状态。
36.图2：本实施例1所制备的微晶锡球经抗氧化实验后的表面状态。(温度50℃，湿度80％的条件下，放置60h后)
37.图3：普通锡球的起始状态。
38.图4：普通锡球经抗氧化实验后的表面状态。(温度50℃，湿度80％的条件下，放置60h后)
39.图5：本实施1所制备的微晶锡球经耐腐蚀实验后的表面状态。温度60℃，湿度80％，氯离子浓度25.37％的条件下，放置15h后)
40.图6：普通锡球经耐腐蚀实验后的表面状态。(温度60℃，湿度80％，氯离子浓度25.37％的条件下，放置15h后)
实施例
41.实施例1
42.一种微晶锡球的工艺，所述微晶锡球的步骤工艺如下：
43.(1)提纯；
44.将20公斤的锡锭在250℃下加热1h后，过滤，去除上层漂浮的杂质，得到半成品；
45.(2)压铸；
46.将半成品导入模具中后压铸，压力为1.8pa，时间为2s，模具的半径为2.5cm，形状为半圆形，在完全封闭的状态下，使用压铸机将半成品压铸成型；
47.(3)后处理。
48.将步骤(2)中压铸成型后的半成品冷却7s后，即得到25个微晶锡球。
49.所述锡锭的制备原料，按质量分数计，包括：砷0.003％，铁0.004％，铜0.004％，铅0.02％、铋0.006％、锑0.014％、镉0.0005％、锌0.0008％、铝0.0008％、硫0.0010％、银0.0005％、镍和钴0.0050％，余量为锡，所述锡锭购自云锡基团或华锡基团。
50.本发明还提供了一种微晶锡球的工艺所制备的微晶锡球在pcb板上的应用。
51.实施例2
52.一种微晶锡球的工艺，所述微晶锡球的步骤工艺如下：
53.(1)提纯；
54.将20公斤的锡锭在250℃下加热1h后，过滤，去除上层漂浮的杂质，得到半成品；
55.(2)压铸；
56.将半成品导入模具中后压铸，压力为2pa，时间为1s，模具的半径为2.5cm，形状为半圆形，在完全封闭的状态下，使用压铸机将半成品压铸成型；
57.(3)后处理。
58.将步骤(2)中压铸成型后的半成品冷却8s后，即得到25个微晶锡球。
59.所述锡锭的制备原料，按质量分数计，包括：砷0.003％，铁0.004％，铜0.004％，铅0.02％、铋0.006％、锑0.014％、镉0.0005％、锌0.0008％、铝0.0008％、硫0.0010％、银0.0005％、镍和钴0.0050％，余量为锡，所述锡锭购自云锡基团或华锡基团。
60.本发明还提供了一种微晶锡球的工艺所制备的微晶锡球在pcb板上的应用。
61.实施例3
62.一种微晶锡球的工艺，所述微晶锡球的步骤工艺如下：
63.(1)提纯；
64.将20公斤的锡锭在250℃下加热1h后，过滤，去除上层漂浮的杂质，得到半成品；
65.(2)压铸；
66.将半成品导入模具中后压铸，压力为1.5pa，时间为2s，模具的半径为2.5cm，形状为半圆形，在完全封闭的状态下，使用压铸机将半成品压铸成型；
67.(3)后处理。
68.将步骤(2)中压铸成型后的半成品冷却6s后，即得到25个微晶锡球。
69.所述锡锭的制备原料，按质量分数计，包括：砷0.003％，铁0.004％，铜0.004％，铅0.02％、铋0.006％、锑0.014％、镉0.0005％、锌0.0008％、铝0.0008％、硫0.0010％、银0.0005％、镍和钴0.0050％，余量为锡，所述锡锭购自云锡基团或华锡基团。
70.本发明还提供了一种微晶锡球的工艺所制备的微晶锡球在pcb板上的应用。
71.对比例1
72.将al的质量分数改为0.0002％，将zn的质量分数改为0.0014％，其余同实施例1。
73.对比例2
74.将bi的含量改为0.009％，不加入ag，其余同实施例1。
75.对比例3
76.将所述步骤(2)中压铸的压力改为1pa，所述压铸的时间改为5s，其余同实施例1。
77.对比例4
78.将所述步骤(2)中压铸的压力改为3pa，所述压铸的时间改为0.5s，其余同实施例1。
79.性能评价
80.(1)硬度测试：参照astm-e92-17标准测试方法进行，使用维氏硬度测量仪量测实施例与比较例的微晶锡球的硬度。测试方法是将各锡球制作为长20mm、宽20mm及高10mm平的板形样本，样品的测试表面需先经过研磨抛光处理，接着以维氏硬度测量仪的标准测试压头对样本进行压痕测试(压载条件为荷重500g，荷重持续时间10秒)，再经由锡球样本留下的压痕尺寸计算出锡球的硬度结果。
81.(2)抗氧化性测试：在温度为50℃，湿度为80％的条件下，对实施例1-5和对比例1-4所得到的微晶锡球进行抗氧化性能测试，经60h后，观察锡球表面，如果无发暗发黑现象，即为合格，否则为不合格。
82.(3)耐腐蚀性能测试：在温度为60℃，湿度为80％，氯离子浓度为25.37％的环境下，对实施例和对比例1-4所得到的锡晶微球进行耐盐雾腐蚀性能测试，经15h后，观察锡球表面，如果无发暗发黑现象，即为合格，否则为不合格。
83.表1
84.测试项目硬度(hv)抗氧化性能耐腐蚀性能实施例127.56合格合格实施例227.13合格合格实施例327.08合格合格
对比例122.42不合格不合格对比例220.12不合格不合格对比例318.35不合格不合格对比例418.21不合格不合格