一种含硼化物颗粒的锡铋焊料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种含硼化物颗粒的锡铋焊料，其中硼化物粉末和锡铋粉末的重量比在1:1000～1:10之间，焊料实际密度达到理论密度的95％或以上。还提供了制备该焊料的方法，主要包括：1)混粉；2)高能球磨；3)筛分；4)真空压型；5)真空烧结；6)压力加工。本发明专利技术的锡铋焊料的抗冲击性能和抗蠕变性能远高于普通的锡铋焊料，并且设备投资小，有利于实现材料的工业化生产。

A tin bismuth solder containing boride particles and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种含硼化物颗粒的锡铋焊料及其制备方法
本专利技术涉及电子元器件封装用焊接材料领域，特别涉及一种含硼化物颗粒的锡铋焊料及其制备方法。
技术介绍
锡铋焊料材料因为其润湿性好、低熔点的焊接特性，以及对比其它无铅焊料的成本优势，目前逐步被应用于非耐热电子元件、LED灯具甚至于便携式电脑的电路封装等，低温焊接过程中，随着低温焊接工艺的推广，这类焊接材料具有广泛的应用前景。但是锡铋焊料也具有其明显的缺陷，由于其中的铋具有典型的菱方晶系特征，其抗冲击能力较差，在承受冲击载荷时容易出现脆性断裂，影响了其使用的可靠性。因此有必要针对现有锡铋焊料存在的缺陷，做进一步的改进。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术通过向锡铋焊料中添加硼化物颗粒，从而提高锡铋作为低温焊料使用时的抗冲击性能和抗蠕变能力。本专利技术贴近工业化生产实践，操作简便，容易实现对该类无铅焊料产品的批量化生产。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术手段：一种含硼化物颗粒的锡铋焊料，硼化物粉末和锡铋粉末的重量比在1:1000～1:10之间，焊料实际密度达到理论密度的95％或以上。优选的，硼化物粉末和锡铋粉末的重量比在1:500～1:100之间。硼化物由于密度、导电、导热性能都比较接近锡铋粉末，并且具有很高的热稳定性，只要加入很少量的硼化物，在合理控制硼化物粉末粒度以及锡铋粉末粒度的前提下，就能实现对锡铋焊料强度的大幅提升，达到性能强化的效果。进一步的，所述的硼化物为二硼化锆、二硼化钛、二硼化铬、二硼化钼中的一种或者几种。本专利技术所选的硼化物可以更好地实现对锡铋焊料性能的强化。优选的，所述的硼化物为二硼化锆、二硼化钛中的一种或者两种。二硼化锆和二硼化钛的热稳定性好，同时它们具有接近于金属的导电性能，对焊料本身导电导热性能影响最小。本专利技术还提供上述含硼化物颗粒的锡铋焊料的制备方法，包括以下步骤：1)混粉：将一定比例的硼化物粉末和锡铋粉末进行混合；所选用的硼化物粉末原料的粒度在10～1000纳米之间，锡铋粉末原料的粒度小于45微米；2)高能球磨：将上述混合粉末在球磨机中进行高能球磨，使硼化物颗粒和锡铋颗粒界面之间实现冶金结合；3)筛分：对完成高能球磨的粉末进行筛分处理，去除颗粒尺度较大的筛上物；4)真空压型：把满足筛分要求的粉末，在真空环境下进行压型，制备具有一定致密度的压坯；5)真空烧结：将压型得到的压坯在真空炉中进行烧结，烧结温度接近锡铋粉末的液相线；控制烧结温度接近锡铋合金的液相线，使烧结时的压坯中具有部分的液相组织，以提高烧结体的相对密度，可以获得接近材料的理论密度值的焊料。6)压力加工：采用压力加工方法对烧结体进行加工，得到成型的含硼化物颗粒的锡铋焊料。压力加工方法如常规的轧制或者挤压等。在高能球磨前对粉末进行简单混合，可以减少高能球磨工序所需的时间，提高硼化物在锡铋合金中分布的均匀性，降低偏聚。优选的，所述硼化物粉末的粒度在50～150纳米之间。进一步的，步骤2)中所述混合粉末的球料比在1:1～50:1之间，球磨机的转速不低于500转/分钟的条件下进行高能球磨处理，实现硼化物和锡铋粉末达到一定程度的冶金结合。优选的，高能球磨时混合粉末的球料比控制在1:1～10:1之间，球磨机的转速不低于1000转/分钟。高能球磨过程将设备运转的机械能转变为混合粉末本身的内能，从而改善硼化物和锡铋粉末之间的界面结合情况，通过不断破碎形成新鲜的锡铋颗粒原子面，并将硼化物分子压入新鲜的锡铋原子面中，实现两者之间一定程度的冶金结合。但是过长时间的高能球磨也会造成粉末内能的过度上升，而造成粉末的温度上升，使得粉末出现团聚甚至结块的倾向，这对后续的加工是不利，因此对于不同硼化物添加量，高能球磨的时间需要适应调整，本专利技术高能球磨的时间为1～50小时为宜，优选20～50小时。进一步的，步骤3)需要将完成高能球磨的粉末过筛网进行筛分，主要目的是去除粉末中的大颗粒，因为大颗粒对后续的粉末压型装模会构成影响，使其松装密度降低，进而降低最终产品的实际密度，增加焊料中的气孔率。进一步的，步骤4)中，所述在真空室中进行压型，压制时真空室内的气压不大于100Pa，压型压力为10～100MPa，保压时间为30～300秒。优选的，气压不大于10Pa，压型压力为50～75MPa，保压时间为30～60秒。进一步的，完成压制后的压坯密度达到锡铋材料理论密度的70～85％。这样的压坯既有一定的结合强度，又不会在未致密的压坯中形成过多的闭孔，从而影响最终的烧结体密度。进一步的，步骤5)中，所述烧结时气压不大于100Pa，烧结温度在锡铋粉末的固相线温度的80％～120％，烧结时间在0.5～3小时之间。优选的，烧结气压不大于10Pa，烧结温度在锡铋粉末的固相线温度的95％～105％，烧结时间在1～2小时之间。较大的真空度有助于压坯中残留的气体排出，合适的烧结温度可以使压坯中出现部分液相的特征，这也是有利于提高材料最终的烧结体密度的。烧结时间太短会使得焊料的致密化过程未能完成，烧结时间过长又会促使焊料的组织长大，因此选择合适的烧结时间也是十分重要的。最终完成烧结后的烧结体密度应能达到合金材料理论密度的95％～100％。进一步的，步骤6)所述压力加工将烧结体进一步加工成0.1～3mm厚度的带材或者Φ0.8～Φ5mm直径的丝材，具体尺寸规格视实际的使用需求而定。压力加工手段可以进一步地消除烧结体中可能存在的一些微观缺陷(如空洞、气孔等)，并改善焊接材料的表面质量。本专利技术通过以上工序，可以生产出强度高于一般锡铋焊料，提高无铅锡铋低温焊料的承受抗冲击载荷的能力。现有技术相比较，本专利技术的优势在于：(1)硼化物增强相颗粒在锡铋中分布的均匀性好，并且增强相颗粒的加入量可根据实际需要适当调节。(2)材料的致密度高，其实际密度可以接近或达到其理论密度值，因而焊料中的气体含量少，有利于降低最终焊料应用时的焊接面上的气孔率。(3)本专利技术的锡铋焊料的抗冲击性能和抗蠕变性能远高于普通的锡铋焊料。(4)制备用到的设备都是普通工业生产设备，设备投资小，有利于实现材料的工业化生产。附图说明图1是本专利技术的实施方法流程图。图2是本专利技术实施例一制得的材料微观组织图，在图上可以看到均匀分布在晶界处的强化颗粒。具体实施方式为了更好的说明本专利技术技术方案所要解决的问题、采用的技术方案和达到的有益效果，现结合具体实施方式进一步阐述。值得说明的是，本专利技术技术方案包含但不限于以下实施方式。本专利技术实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购等途径获得的常规产品。实施例一如图1所示，本实施例制备方法包括如下几个工序：1)混粉：将2公斤325目(粒径小于45微米)Sn42B本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含硼化物颗粒的锡铋焊料，其特征在于，硼化物粉末和锡铋粉末的重量比在1:1000～1:10之间，焊料实际密度达到理论密度的95％或以上。/n

【技术特征摘要】
1.一种含硼化物颗粒的锡铋焊料，其特征在于，硼化物粉末和锡铋粉末的重量比在1:1000～1:10之间，焊料实际密度达到理论密度的95％或以上。


2.根据权利要求1所述的含硼化物颗粒的锡铋焊料，其特征在于，所述的硼化物为二硼化锆、二硼化钛、二硼化铬、二硼化钼中的一种或者几种。


3.一种含硼化物颗粒的锡铋焊料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)混粉：将一定比例的硼化物粉末和锡铋粉末进行混合；所选用的硼化物粉末原料的粒度在10～1000纳米之间，锡铋粉末原料的粒度小于45微米；
2)高能球磨：将上述混合粉末在球磨机中进行高能球磨，使硼化物颗粒和锡铋颗粒界面之间实现冶金结合；
3)筛分：对完成高能球磨的粉末进行筛分处理，去除颗粒尺度较大的筛上物；
4)真空压型：把满足筛分要求的粉末，在真空环境下进行压型，制备具有一定致密度的压坯；
5)真空烧结：将压型得到的压坯在真空炉中进行烧结，烧结温度接近锡铋粉末的液相线；
6)压力加工：采用压力加...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁江天，张宇杰，杜昆，黄耀林，
申请(专利权)人：广州汉源新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44