一种金属锡粉及其制备工艺的制作方法

本技术涉及锡基合金焊粉领域，更具体地说，它涉及一种金属锡粉及其制备工艺。

背景技术：

1、金属锡粉是锡膏中的主体成分，所占比例比较高，一般在85％以上，是保障焊接接头可靠性和电气互连的重要物质。在钎焊的过程中，钎料合金粉末熔化并与基体金属产生冶金反应生成中间相或者固溶体，从而实现电子元器件和基板互连。

2、随着电子行业的高速发展，锡焊的应用场合日益复杂，对金属锡粉的性能提出了更高的要求。由于sn-bi系金属锡粉具有优异的润湿性能、较低的焊接温度、廉价的成本等突出优点，可用于替代传统的sn-pb合金，适用于低温焊接领域。然而，在sn-bi系金属锡粉中，bi元素在锡膏中易结晶粗化进而降低合金延展性，容易发生脆性断裂，且富bi相分布在焊点界面的金属间化合物，导致焊点力学性能降低。

技术实现思路

1、为了改善sn-bi系金属锡粉焊点力学性能降低的问题，本技术提供一种金属锡粉及其制备工艺。

2、本技术提供的一种金属锡粉及其制备工艺采用如下的技术方案：

3、第一方面，本技术提供一种金属锡粉，采用如下的技术方案：

4、一种金属锡粉，以金属锡粉的总量为基准，按重量百分含量计，包括有以下组分：bi30-42％、zr0.001-0.005％、co1.0-1.2％、ni0.4-1.0％、pt0.8-1.2％、ag0.1-0.5％、cu0.1-0.5％，其余为sn，其中上述组分来自于纯铋粉、纳米二氧化锆颗粒、纳米钴颗粒、纳米镍颗粒、纳米铂颗粒、纳米ag3sn颗粒、纳米cu6sn5颗粒、纯锡粉。

5、通过采用上述技术方案，sn、bi、zr、co、ni、pt、ag、cu等金属元素协同增效，形成的合金组织中，bi通过降低合金的熔点使得合金组织具有优异的润湿性能、较低的焊接温度，且bi成本的廉价，纳米二氧化锆颗粒能细化sn-bi共晶合金，提高焊点的硬度，且纳米二氧化锆颗粒引入了适量氧元素。纳米钴颗粒、纳米镍颗粒、纳米铂颗粒能够更有效地抑制界面sn-bi粗晶的过度生长，提高焊料的力学性能并提高焊点跌落性能。ni元素还使得sn-bi显微组织细化，增强合金组织抗氧化性能和润湿性能提高。ag元素可与cu元素作用，从而在接头界面周围形成cu-ag合金层，在老化的snbiag/cu界面上抑制bi偏析，在老化的snbiag/cu焊点处将不会发生脆化。ag加入到sn-bi共晶合金提高了合金的凝固温度，降低了合金的熔合潜热，但对合金的熔点影响不大。sn、bi、zr、co、ni、pt、ag、cu协同增效，进而改善了sn-bi系金属锡粉焊点力学性能降低，不适用于低温焊接散热器的问题。

6、可选的，所述纳米ag3sn颗粒的制备方法，包括以下步骤：

7、配制待反应溶液：以无水甲醇为溶剂，加入c16h30o4sn、agno3、c12h8n2·h2o，搅拌混合均匀，配置成待反应溶液，其中n(c16h30o4sn)为0.005-0.015mol/l，n(agno3)为0.025-0.035mol/l，n(c12h8n2·h2o)为0.020-0.030mol/l；

8、配制nabh4碱性溶液：将nabh4、nh3·h2o、h2o搅拌混合，其中nabh4浓度为0.4-0.6mol/l，vol(nh3·h2o):vol(h2o)＝(3.5-4.5):1；

9、在38-42℃的温度下，将nabh4碱性溶液缓慢滴加入待反应溶液中，超声振荡并搅拌，反应结束后静置1.5-2.5h；

10、将反应结束后的溶液离心，取离心所得固体，用水洗涤，置于真空干燥箱中干燥8-12h。

11、通过采用上述技术方案，纳米ag3sn颗粒的制备方法反应迅速，转换率高，且制备工艺较为简单，利于生产。

12、可选的，所述纳米cu6sn5颗粒的制备方法，包括以下步骤：

13、配制待反应溶液：以无水甲醇为溶剂，加入c16h30o4sn、cu(ch3coo)2·h2o、c12h8n2·h2o，搅拌混合均匀，配置成待反应溶液，其中n(c16h30o4sn)为0.005-0.015mol/l，n(agno3)为0.010-0.014mol/l，n(c12h8n2·h2o)为0.020-0.030mol/l；

14、配制nabh4碱性溶液：将nabh4、nh3·h2o、h2o搅拌混合，其中nabh4浓度为0.4-0.6mol/l，vol(nh3·h2o):vol(h2o)＝(3.5-4.5):1；在38-42℃的温度下，将nabh4碱性溶液缓慢滴加入待反应溶液中，超声振荡并搅拌，反应结束后静置1.5-2.5h；

15、将反应结束后的溶液离心，取离心所得固体，用纯水洗涤，置于真空干燥箱中干燥8-12h。

16、通过采用上述技术方案，纳米cu6sn5颗粒的制备方法反应迅速，转换率高，且制备工艺较为简单，利于生产。

17、第二方面，本技术提供一种金属锡粉的制备工艺，采用如下的技术方案：

18、一种上述的金属锡粉的制备工艺，包括有以下步骤：

19、熔融：将纯锡粉、纯铋粉熔融得到金属熔融液；离心雾化：采用离心雾化设备，在空气、氦气、氩气中的一种气氛下，将金属熔融液温度升高30-70℃，即过热30-70℃，再离心雾化，雾化温度为219-226℃，金属熔融液流量为65-120kg/h,离心雾化设备的旋转盘的直径为60-80mm,离心雾化设备的旋转盘的形状采用平底圆盘、平底凸边盘、锥形圆盘中的一种，旋转盘的转速为32000-45000r/min,加入的金属锡液流直径在1.0-3.0mm；冷却：离心雾化后，冷却至常温集粉，得到冷却粉料；筛分：采用超声波气体保护筛对冷却分料进行多次筛分，得到筛分粉料；

20、混合：在惰性气体保护下，将筛分粉料与纳米二氧化锆颗粒、纳米钴颗粒、纳米镍颗粒、纳米铂颗粒、纳米ag3sn颗粒、纳米cu6sn5颗粒混合均匀，得到金属锡粉；

21、气调包装：将金属锡粉先抽真空再充氮气或者氩气包装。

22、通过采用上述技术方案，熔融、离心雾化、冷却、筛分、混合、气调包装等步骤制备的金属锡粉改善了sn-bi系金属锡粉焊点力学性能降低，不适用于低温焊接散热器的问题，离心雾化步骤中，保护气氛、过热度、雾化温度、金属熔融液流量、旋转盘的直径、旋转盘的形状、旋转盘的转速、加入的金属锡液流直径等因素均对金属锡粉的粒度、形貌产生重要影响。离心雾化法控制气氛相对容易，产品球形度好，氧化程度小，粒度控制容易，成品率较高，产量大。筛分步骤可去除过大或过小的颗粒，使得最终金属锡粉的粒度分布符合要求。气调包装可以减小制备金属锡粉的过程中金属锡粉氧化的可能性。熔融、离心雾化、冷却、筛分、混合、气调包装等步骤简单，利于大规模生产。

23、可选的，所述熔融步骤中，熔融温度为280-350℃。

24、通过采用上述技术方案，在280-350℃的温度下，纯锡粉、纯铋粉能较好地熔融，且在280-350℃的温度下熔融纯锡粉、纯铋粉节约了能源，比较环保。

25、可选的，所述离心雾化设备的旋转盘直径为70mm，形状为平面凸边盘。

26、通过采用上述技术方案，离心雾化设备的旋转盘直径为70mm，形状为平面凸边盘，离心雾化设备的雾化破碎的能力强，雾化粉末粒度相对集中，噪音也相对较小，因而对环境产生的影较小。

27、可选的，所述旋转盘采用陶瓷旋转盘。

28、通过采用上述技术方案，陶瓷旋转盘具有耐锡液腐蚀性。长期使用陶瓷旋转盘时，陶瓷旋转盘的表面也不会被锡液腐蚀，陶瓷旋转盘的表面仍然光滑，雾化效果好，成粉率高。

29、可选的，所述筛分步骤中，进行两次筛分，第一次筛分时，超声波气体保护筛的筛网采用325目的筛网，将第一次筛分得到的粉料进行第二次筛分，第二次筛分时，超声波气体保护筛的筛网采用625目的筛网。

30、通过采用上述技术方案，进行两次筛分，第一次筛分时，超声波气体保护筛的筛网采用325目的筛网，第一次筛分可以得到小于39微米的粉料，将第一次筛分得到的粉料进行第二次筛分，第二次筛分时，超声波气体保护筛的筛网采用625目的筛网，经过第二次筛分可以得到粒径在20-39微米之间的粉料，粒径在20-39之间的粉料适用于低温焊接散热器。

31、可选的，所述离心雾化步骤中，在氦气的气氛下，将金属熔融液温度升高。

32、通过采用上述技术方案，雾化气氛中如果存在氧，雾化过程中，高温熔融的金属与氧反应，生成氧化膜改变了液滴表面张力与球化速度的平衡，使得液滴凝固过程中球化阻力增大，粉末未来得及球化就凝固，形成非球形粉末。氮气的气氛隔绝了氧气，氮气的气氛雾化的焊锡粉末平均粒径差距较小，平均粒径较细，且粉末粒度分布向20-39微米集中。而且，氮气成本低。

33、可选的，所述混合步骤中，惰性气体采用氮气。

34、通过采用上述技术方案，氮气成本低，有利于大规模生产时节约成本。

35、综上所述，本技术具有以下有益效果：

36、1、由于本技术的金属锡粉采用纯铋粉、纳米二氧化锆颗粒、纳米钴颗粒、纳米镍颗粒、纳米铂颗粒、纳米ag3sn颗粒、纳米cu6sn5颗粒、纯锡粉，由于sn、bi、zr、co、ni、pt、ag、cu等金属元素协同增效，进而改善了sn-bi系金属锡粉焊点力学性能降低。

37、2、本技术中离心雾化步骤中，优选采用氦气的气氛下，将金属熔融液温度升高。由于氮气的气氛隔绝了氧气，氮气的气氛雾化的焊锡粉末平均粒径差距较小，平均粒径较细，且粉末粒度分布向20-39微米集中。而且，氮气成本低。

38、3、本技术的制备方法，通过熔融、离心雾化、冷却、筛分、混合、气调包装等步骤制备的金属锡粉改善了sn-bi系金属锡粉焊点力学性能降低的问题，步骤简单，利于大规模生产。