CN114131237A - 一种泡沫焊锡及其制备方法 - Google Patents

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刘平
吴剑平
张利民
王彩霞
张玲玲
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Abstract

本发明公开了一种泡沫焊锡及其制备方法，所述泡沫焊锡包括，板状焊锡和核壳结构高熔点金属颗粒，核壳结构高熔点金属颗粒分散于板状焊锡中；所述核壳结构高熔点金属颗粒以高熔点金属颗粒为核，以锡为壳，锡包覆于高熔点金属颗粒外层；高熔点金属颗粒的熔点高于板状焊锡熔点300℃以上。所述泡沫焊锡是按照重量百分比将足量的核壳结构高熔点金属颗粒加入到熔融焊锡中搅拌，浇铸、快速冷却成胚料；将所述胚料经挤压、轧制得到。在制备时，无需加入焊剂更加环保，也无需过量加入核壳结构高熔点金属颗粒，易于得到分布均匀、含量可控的泡沫焊锡。

Description

一种泡沫焊锡及其制备方法
技术领域
本发明属于半导体元件和基板的管芯焊接领域，尤其涉及一种泡沫焊锡及其制备方法。
背景技术
泡沫焊锡是一种用于半导体元件和基板管芯焊接的材料。通过在焊锡材料中分散高熔点金属颗粒，确保焊接时焊接部位具有适量的焊锡，从而使被焊接的半导体器件不会发生倾斜，提高了结合强度。专利CN101432095B公开了一种泡沫焊锡，在板状焊锡中分散高熔点金属颗粒而成，以混合母合金法制备得到，具体为，将比实际分散到焊锡中的量多的金属颗粒与可热分解的液态焊剂混合而形成混合物；再将获得的混合物投入熔融焊锡中形成混合母合金；最后，将混合母合金投入熔融焊锡中浇铸成型，得到在板状焊锡中分散有多个金属颗粒的泡沫焊锡。
该方法制备得到的泡沫焊锡解决了其他制备方法如滚压埋入法和混合法所存在的金属颗粒和焊锡基体结合不强的问题。然而，在整个制备过程中仍存在以下问题：(1)制备时必须加入液态焊剂，受热分解的液态焊剂分解挥发产生大量烟气，烟气若直接排放不环保，而加装烟气处理装置会增加成本；(2)制备时，需要将过量的金属颗粒混和焊剂后再加入到熔融焊锡中时，大部分金属颗粒浮于熔融焊锡表面，即使搅拌也很难融入。大量加入的金属颗粒和熔融焊锡表面形成的氧化渣混在一起，导致混合母合金中金属颗粒的分布不均匀，制备得到的泡沫焊锡中实际分散的金属颗粒的数量难以定量。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提供了一种泡沫焊锡及其制备方法，在制备时无需加入焊剂更加环保，也无需过量加入核壳结构高熔点金属颗粒，易于得到分布均匀、含量可控的泡沫焊锡。
本发明具体方法如下：
本发明提供了一种泡沫焊锡，包括，板状焊锡和核壳结构高熔点金属颗粒，核壳结构高熔点金属颗粒分散于板状焊锡中；所述核壳结构高熔点金属颗粒以高熔点金属颗粒为核，以锡为壳，锡包覆于高熔点金属颗粒外层；高熔点金属颗粒的熔点高于板状焊锡熔点300℃以上。
优选地，所述核壳结构高熔点金属颗粒占板状焊锡重量的百分比为0.5-5wt％。
优选地，所述核壳结构高熔点金属颗粒中，高熔点金属颗粒的粒径为20-300μm，该高熔点金属颗粒的粒径偏差在粒径的40％以内；高熔点金属颗粒外层的锡包覆厚度为1μm-15μm。
优选地，所述高熔点金属颗粒外层的锡包覆厚度为5μm-10μm。
优选地，所述核壳结构高熔点金属颗粒中高熔点金属颗粒与锡之间冶金结合。
优选地，所述高熔点金属颗粒选自镍、银、铜、铁以及它们的合金中的一种或两种以上的组合；优选地，所述高熔点金属颗粒为镍。
本发明还提供了一种所述泡沫焊锡的制备方法，包括：按照重量百分比将足量的核壳结构高熔点金属颗粒加入到熔融焊锡中搅拌，浇铸、挤压、轧制得到。
本发明所述泡沫焊锡中的板状焊锡是以锡为主要成分并对其适当添加Ag、Cu、Sb、Bi、Zn等元素获得的锡合金。本发明所述核壳结构金属颗粒的制备方法没有具体限定，可以采用常规方法制备得到，包括但不限于CN1061180696B所公开的方法。
本发明所述泡沫焊锡，是以锡为壳将其包覆于高熔点金属颗粒外层形成核壳结构高熔点金属颗粒，所述核壳结构高熔点金属颗粒分散于板状焊锡得到。相较于现有的直接将高熔点金属颗粒分散于板状焊锡得到的泡沫焊锡，本发明有益效果为：
(1)所述核壳结构高熔点金属颗粒与熔融焊锡相容性好，无需加入焊剂也可以达到与熔融焊锡的冶金结合，由于制备过程不添加焊剂，因此不会产生烟气，清洁环保；
(2)制备时，本发明所述核壳结构高熔点金属颗粒经过简单的搅拌就可以均匀分散于熔融焊锡中，不会浮于熔融焊锡表面，解决了现有的高熔点金属颗粒与焊剂混合加入熔融焊锡时，金属颗粒无法深入熔融焊锡内部，仅浮于熔融焊锡表面，导致的实际制备得到的泡沫焊锡中金属颗粒含量难以定量的技术问题；
(3)基于以上技术优势，本发明实际分散于泡沫焊锡中的金属颗粒含量可控，在制备时，无需加入过量的核壳结构高熔点金属颗粒，直接加入足量即可。
附图说明
图1、为实施例1得到的泡沫焊锡的SEM图；
图2、为对比例1得到的泡沫焊锡的SEM图；
图3、为对比例2得到的泡沫焊锡的SEM图；
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明，但是应该明确提出这些实施例用于举例说明，但是不解释为限制本发明的范围。
本发明所述核壳结构高熔点金属颗粒参照专利CN106180696B所述方法制备得到。
实施例1
一种泡沫焊锡，包括，板状焊锡和核壳结构高熔点金属颗粒，核壳结构高熔点金属颗粒分散于板状焊锡中；核壳结构高熔点金属颗粒占板状焊锡重量的百分比为1wt％。其中，所述核壳结构高熔点金属颗粒以金属Ni颗粒为核，以Sn为壳，Sn包覆于金属Ni颗粒外层；金属Ni颗粒的粒径为20μm，Sn包覆层厚度为1μm；金属Ni颗粒的粒径偏差在粒径的40％以内。
本发明所述泡沫焊锡的制备方法为：按照重量百分比将足量(熔融焊锡重量的1wt％)的核壳结构高熔点金属颗粒加入到熔融焊锡中，搅拌后进行浇铸，快速冷却成胚料；然后将该胚料通过挤压机挤成厚带状材料，再将所得厚带状材料通过轧机进行轧制而形成薄带状材料，进一步冲裁成规定形状，即得。将得到的泡沫焊锡通过扫描电镜观察，其SEM图如图1所示。
由图1可以看出，(1)在板状焊锡中核壳结构的高熔点金属颗粒相对均匀分散；(2)核壳结构的高熔点金属颗粒基本融入焊锡中，不会浮于焊锡表面。
实施例2
一种泡沫焊锡，包括，板状焊锡和核壳结构高熔点金属颗粒，核壳结构高熔点金属颗粒分散于板状焊锡中；核壳结构高熔点金属颗粒占板状焊锡重量的百分比为5wt％。其中，所述核壳结构高熔点金属颗粒以金属Ni颗粒为核，以Sn为壳，Sn包覆于金属Ag颗粒外层；金属Ag颗粒的粒径为300μm，Sn包覆层厚度为15μm；金属Ag颗粒的粒径偏差在粒径的40％以内。
本发明所述泡沫焊锡的制备方法为：按照重量百分比将足量(熔融焊锡重量的5wt％)的核壳结构高熔点金属颗粒加入到熔融焊锡中，搅拌后进行浇铸，快速冷却成胚料；然后将该胚料通过挤压机挤成厚带状材料，再将所得厚带状材料通过轧机进行轧制而形成薄带状材料，进一步冲裁成规定形状，即得。
实施例3
一种泡沫焊锡，包括，板状焊锡和核壳结构高熔点金属颗粒，核壳结构高熔点金属颗粒分散于板状焊锡中；核壳结构高熔点金属颗粒占板状焊锡重量的百分比为0.5wt％。其中，所述核壳结构高熔点金属颗粒以金属Cu颗粒为核，以Sn为壳，Sn包覆于金属Ni颗粒外层；金属Cu颗粒的粒径为100μm，Sn包覆层厚度为10μm；金属Cu颗粒的粒径偏差在粒径的40％以内。
本发明所述泡沫焊锡的制备方法为：按照重量百分比将足量(熔融焊锡重量的0.5wt％)的核壳结构高熔点金属颗粒加入到熔融焊锡中，搅拌后进行浇铸，快速冷却成胚料；然后将该胚料通过挤压机挤成厚带状材料，再将所得厚带状材料通过轧机进行轧制而形成薄带状材料，进一步冲裁成规定形状，即得。
对比例1
一种泡沫焊锡的制备方法，按照重量百分比将足量(熔融焊锡重量的1wt％)的金属Ni颗粒加入到熔融焊锡中，搅拌后进行浇铸，快速冷却成胚料；然后将该胚料通过挤压机挤成厚带状材料，再将所得厚带状材料通过轧机进行轧制而形成薄带状材料，进一步冲裁成规定形状，即得。其中，金属Ni颗粒的粒径为20μm；金属Ni颗粒的粒径偏差与实施例1相同。将得到的泡沫焊锡在扫描电镜下进行观察，其SEM图如图2所示。
由图2可以看出，(1)相较于实施例1，直接加入的金属Ni颗粒在焊锡中较为集中，无法均匀地分布；(2)金属Ni颗粒基本浮于焊锡表面，无法融入焊锡中。
对比例2
一种泡沫焊锡的制备方法，将过量(熔融焊锡重量的2wt％)的金属Ni颗粒与可热分解的液态焊剂混合而形成混合物。将获得的混合物投入熔融焊锡中，经过搅拌后迅速冷却而形成混合母合金。将混合母合金投入熔融焊锡中进行搅拌后浇入铸型，迅速冷却而形成坯料。接着，将该坯料通过挤压机压出带状材料，进一步冲裁成规定形状，即得。其中，所述金属Ni颗粒的粒径为20μm；金属Ni颗粒的粒径偏差与实施例1相同。将得到的泡沫焊锡通过扫描电镜观察，其SEM图如图3所示。
由图3可以看出，(1)金属Ni在焊锡中分布均匀性优于对比例1，但相较于实施例1仍然表现的过于集中；(2)仅部分金属Ni颗粒能够融入焊锡中，大多金属Ni颗粒还是浮于焊锡表面。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种泡沫焊锡，其特征在于，包括，板状焊锡和核壳结构高熔点金属颗粒，核壳结构高熔点金属颗粒分散于板状焊锡中；所述核壳结构高熔点金属颗粒以高熔点金属颗粒为核，以锡为壳，锡包覆于高熔点金属颗粒外层；高熔点金属颗粒的熔点高于板状焊锡熔点300℃以上。
2.根据权利要求1所述的泡沫焊锡，其特征在于，所述核壳结构高熔点金属颗粒占板状焊锡重量的百分比为0.5-5wt％。
3.根据权利要求1或2所述的泡沫焊锡，其特征在于，所述核壳结构高熔点金属颗粒中，高熔点金属颗粒的粒径为20-300μm，该高熔点金属颗粒的粒径偏差在粒径的40％以内；高熔点金属颗粒外层的锡包覆厚度为1μm-15μm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的泡沫焊锡，其特征在于，所述高熔点金属颗粒外层的锡包覆厚度为5μm-10μm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的泡沫焊锡，其特征在于，所述核壳结构高熔点金属颗粒中高熔点金属颗粒与锡之间冶金结合。
6.根据权利要求1-5任一项所述的泡沫焊锡，其特征在于，所述高熔点金属颗粒选自镍、银、铜、铁以及它们的合金中的一种或两种以上的组合；优选地，所述高熔点金属颗粒为镍。
7.一种权利要求1-6任一项所述泡沫焊锡的制备方法，其特征在于，包括：按照重量百分比将足量的核壳结构高熔点金属颗粒加入到熔融焊锡中搅拌，浇铸、挤压、轧制得到。
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