一种BGA金属球形颗粒的制备方法与流程

本发明涉及一种bga金属球形颗粒的制备方法，属于金属球形粉末制备。

背景技术：

1、随着球栅阵列封装技术的兴起，bga焊球逐渐得到广泛应用，目前已成为集成电路封装不可缺少的关键材料，同时在满足小型化和易安装的封装形式在信息设备等方面的应用正在不断取得进展。当前国内bga焊球金属粉末的制备存在难度大、产量小、产品性能低等问题，高质量金属粉末大部分都依赖进口。

2、目前芯片封装用bga焊锡球的生产工艺主要有：裁剪成型法、离心雾化法和均匀液滴法等多种。其中离心雾化和均匀液滴法均在气体中成球，导致锡球表面光洁度较差，而锡球的表面光滑度将直接影响后续的装配焊接成品率。采用这些方法制备球形金属粉虽然效率高，但粉末球形度差，流动性不好，含氧量高，尺寸分散度大，易形成气孔，易产生卫星球等粘附现象。

3、因此，探索一种高效、高品质微细球形金属粉末的制备方法。

技术实现思路

1、针对现有球形金属粉出现的粉末球形度差，流动性不好，含氧量高，尺寸分散度大，易形成气孔，易产生卫星球等粘附问题，本发明提出一种bga金属球形颗粒的制备方法，即利用保护气体给金属熔体施加压力，克服液态金属本身表面张力自喷嘴匀速喷射出金属液滴，在有机介质的粘性作用下分散成金属液滴，金属液滴在梯度温度场和重力作用下缓慢下降冷凝形成单分散球体。

2、一种bga金属球形颗粒的制备方法，具体步骤如下：

3、(1)将金属置于保护气体条件下加热熔炼得到均匀的金属熔体；所述金属熔点为50～300℃；

4、(2)根据有机介质的粘度对液态金属成球特点，选择尺寸为10-32g的喷射喷嘴，设置由保护气体提供的喷射压力为0.1-0.8mpa，有机介质的梯度温度场高度为50-100cm；其中梯度温度场为竖直方向上从高温至低温匀速变化的温度场；

5、(3)金属熔体经喷嘴逐滴喷入梯度温度场的有机介质中，金属液滴在梯度温度场的有机介质中缓慢下降冷凝成金属球，固液分离，固体经洗涤干燥得到bga金属球形颗粒。

6、所述步骤(1)金属为金属单质、二元合金、三元合金、四元合金或高熵合金。

7、所述保护气体为氮气或氦气。

8、所述步骤(2)有机介质的梯度温度场起始端温度为金属熔点过热10～20℃，末端温度为合金熔点以下20～80℃。

9、所述步骤(2)有机介质为苯乙烯、全氯乙烯、三乙醇胺、甲苯、基础油n500和聚α烯烃等。

10、bga金属球形颗粒的制备原理：在保护气体给金属熔体施加压力，克服液态金属本身表面张力自喷嘴匀速喷射出金属液滴，金属液滴在有机介质的粘性中分散成金属液球并在重力的作用下降，下降过程由于有机介质的梯度温度场使其形成单分散的微小金属液滴并冷凝成球，微小金属液滴尺寸恒定，下降速度基本一致，下降路线虽然一致，但是在有机介质的包裹下呈现分散状态，互不干扰，因此各个小液滴不会相互碰撞造成聚合或卫星球。

11、本发明的有益效果是：

12、(1)本发明利用保护气体氮气压力通过喷嘴进行喷射金属液滴，通过控制热场和表面张力使其液态金属在梯度温度场的有机溶剂中收缩成球；其工艺流程短，工艺参数可控性强，生产效率高，金属利用率高，可有效控制熔融金属液流实现分离，在固定喷嘴的限制下可获得高球形度，粒径分布窄，无粘附团聚的金属粉末；

13、(2)本发明金属粉末粒径可在30-500μm可控可调，粒径分布窄，金属粉体球形度高(≥90％)，流动性好，含氧率低(≤100ppm)。

技术特征：

1.一种bga金属球形颗粒的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述bga金属球形颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(1)金属为金属单质、二元合金、三元合金、四元合金或高熵合金。

3.根据权利要求1或2所述bga金属球形颗粒的制备方法，其特征在于：保护气体为氮气或氦气。

4.根据权利要求1所述bga金属球形颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(2)有机介质的梯度温度场起始端温度为金属熔点过热10～20℃，末端温度为合金熔点以下20～80℃。

5.根据权利要求1所述bga金属球形颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(2)有机介质为苯乙烯、全氯乙烯、三乙醇胺、甲苯、基础油n500或聚α烯烃。

技术总结
本发明涉及一种BGA金属球形颗粒的制备方法，属于金属球形粉末制备技术领域。本发明将金属置于保护气体条件下加热熔炼得到均匀的金属熔体；根据有机介质的粘度对液态金属成球特点，选择喷射喷嘴尺寸，设置喷射压力和有机介质的梯度温度场高度，其中梯度温度场为竖直方向上从高温至低温匀速变化的温度场；金属熔体经喷嘴逐滴喷入梯度温度场的有机介质中，金属液滴在梯度温度场的有机介质中缓慢下降冷凝成金属球，固液分离，固体经洗涤干燥得到BGA金属球形颗粒。在保护气体给金属熔体施加压力，克服液态金属本身表面张力自喷嘴匀速喷射出金属液滴，在有机介质的粘性、梯度温度场和重力作用下形成单分散球体。

技术研发人员：邓华铭,胡劲,陈媛,台继明,蔡昌礼
受保护的技术使用者：云南前沿液态金属研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25