焊膏用納米錫合金粉末的製備方法

2023-06-08 00:20:41

焊膏用納米錫合金粉末的製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種焊膏用納米錫合金粉末的製備方法，該方法將可溶性錫鹽和其他可溶性金屬鹽中的至少一種通過還原劑還原得到粒徑為600-999納米的錫合金粉末，該方法操作簡便，反應設備要求不高，所得錫合金粉末粒徑為納米級，且該錫合金粉末的熔點比傳統方法製備出的同比例錫合金粉末的熔點低20-50℃，熔點更低保證了電子元器件能夠在更低溫度條件下組裝，且節約能源，從而滿足電子行業中進行更小、更輕、更薄、更穩定及更環保電子產品的裝配焊接要求。
【專利說明】焊實用納米錫合金粉末的製備方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種合金粉末的製備方法，尤其涉及一種焊膏用納米錫合金粉末的制 備方法，屬於電子器件組裝用焊接和表面處理材料的加工領域，尤其屬於錫焊膏用焊粉加 工領域。

【背景技術】
[0002] 在當前科學技術飛速發展的時代，電子產品的更新換代日益加快。80年代時人們 還在使用CRT的黑白電視，而到了 2000年人們開始購買比較薄的LCD液晶電視，電視的厚 度發生了巨大變化，而近年來H星、索尼等科技巨頭研究的OL邸柔性電視的厚度更是與一 張紙的厚度差不多。隨著電子產品更新換代需求加快的同時，人們對電子產品更小、更輕、 更薄、更穩定W及更環保的要求越來越高。
[0003] 在電子組裝方面，傳統電子產品的焊接材料經最開始的插件所需使用的焊錫絲演 變到目前電子組裝焊接材料所需的焊膏或銀漿等材質，其中焊膏W錫膏最為常見。焊膏是 由球形合金粉末（即焊粉）和助焊劑機械混合而成的，通常合金粉末約佔焊膏質量分數的 90%或焊膏體積分數的55%，且合金粉末（即焊粉）的粒徑、球形度和烙點等均會對焊膏焊 接性能產生至關重要的影響。
[0004] 目前現有技術中，錫膏所使用的錫合金粉末的粒徑主要在15?50微米之間，其烙 點都在22CTC W上，且該類傳統錫合金粉末的生產方法均採用如下所述的方式，如限制式噴 嘴氣體霧化法、高壓水霧法、超聲駐波霧化法和固態相變法等，但上述方法均無法得到納米 級別的錫合金粉末。且此類現有技術中錫合金粉末的粒徑和烙點都只能滿足當下需求，不 能滿足人們進行更小、更輕、更薄、更穩定及更環保電子產品的裝配要求，所W如何得到一 種納米粒徑範圍內且低烙點的錫合金粉末成為當前焊膏用合金粉末亟待解決的問題。


【發明內容】

[0005] 為了克服上述現有技術中存在的不足，本發明提供了一種焊膏用納米錫合金粉末 的製備方法，該製備方法簡便易操作，製備出的納米錫合金粉末的粒徑能夠達到納米級別， 且合金粉末的烙點比傳統合金粉末烙點更低，從而滿足人們進行更小、更輕、更薄、更穩定 及更環保電子產品的裝配焊接要求。
[0006] 本發明為了解決其技術問題所採用的技術方案是：
[0007] -種焊膏用納米錫合金粉末的製備方法，包括下述步驟：
[0008] (1)將水溶性錫鹽溶解於去離子水中形成錫鹽水溶液，將其他水溶性金屬鹽溶解 於去離子水中形成其他金屬鹽水溶液，將還原劑溶解於去離子水中形成還原劑水溶液；
[0009] (2)將（1)中所得錫鹽水溶液和其他金屬鹽水溶液混合得到混合金屬鹽溶液，該 混合金屬鹽溶液中錫離子的質量和其他金屬離子的質量之比與所需錫合金粉末成分中各 相應金屬元素的質量之比一致；
[0010] (3)向（2)中所得混合金屬鹽溶液中於攬拌狀態下不斷加入巧樣酸，所述巧樣酸 的加入量為水溶性錫鹽和其他水溶性金屬鹽總質量的0. 2-0. 5倍，然後用鹽酸將抑值調節 至3-4,得到混合液；
[0011] (4)向（3)中所得混合液內邊攬拌邊緩慢滴加（1)中所制還原劑水溶液，該還原劑 水溶液中還原劑的用量為（2)中所述混合金屬鹽溶液內錫離子和其他金屬離子總摩爾量 的1. 5-3倍，滴加結束後攬拌反應直至混合液不再產生合金粉末沉澱後停止攬拌；
[0012] (5)將（4)中停止反應後的溶液和沉澱物體系進行離也分離得到溼錫合金粉末， 將該溼錫合金粉末依次進行水洗、醇洗並乾燥，得到納米錫合金粉末。
[0013] 其中其他水溶性金屬鹽為水溶性銅鹽、水溶性銀鹽、水溶性鋼鹽、水溶性鋒鹽、水 溶性媒鹽和水溶性餓鹽中的至少一種，該水溶性銅鹽、水溶性銀鹽、水溶性鋼鹽、水溶性鋒 鹽、水溶性媒鹽和水溶性餓鹽溶於去離子水後形成的金屬離子依次分別為Cu"、Ag\ In3\ 化"、化2+和Bi3+。
[0014] 其中水溶性錫鹽溶於去離子水後形成的金屬離子為Sn",本申請中水溶性錫鹽的 化學式為SnA。，其中n = 1或2,且A為C1、Br、I、CH3COO、C化C00、N03和S〇4中的一種。
[0015] 其中所述還原劑為連二亞硫酸軸、水合脫和測氨化軸中的一種。
[0016] 本申請中採用連二亞硫酸軸、水合脫和測氨化軸分別對上述金屬離子（如Sn"、 化Ag\ In3+、化"、Ni"和Bi3+)進行還原反應的機理如下所述，其中金屬離子用Mp+表示， 其中P為1、2或3。
[0017] 採用連二亞硫酸軸為還原劑：
[0018] IT+Sa O42-+4 0H-- PM+2SO32-+2H2 0
[0019] 採用水合脫為還原劑：
[0020] MP++N2H4 . &0+4 0H- - pM+N]巧&0
[0021] 採用測氨化軸為還原劑：
[0022] ]\r+Na 肌4+8 OH- 一 M+NaB〇2+6 &0
[0023] 由前述方法製備所得的錫膏用納米錫合金粉末的粒徑為200-999nm，最優為 200-600nm。
[0024] 由前述方法製備所得的錫膏用納米錫合金粉末的烙點比傳統方法製備出的同比 例錫合金粉末的烙點低20-5(TC。
[00巧]本發明的有益技術效果是；本發明將可溶性錫鹽和其他可溶性金屬鹽中的至少一 種通過還原劑還原得到粒徑為600-999納米的錫合金粉末，該方法操作簡便，反應設備要 求不高，所得錫合金粉末粒徑為納米級，且該錫合金粉末的烙點比傳統方法製備出的同比 例錫合金粉末的烙點低20-5(TC，烙點更低保證了電子元器件能夠在更低溫度條件下組裝， 且節約能源。

【具體實施方式】
[0026] 下面結合本申請的具體實施例與傳統錫膏所用錫合金粉末進行主要性能的對比， 並詳細說明本申請技術方案所解決的問題和能達到的技術效果。
[0027] 本發明W製備納米錫合金粉末錫96. 5銀3銅0. 5為例進行製備方法的詳細說明， 且下述實施例中所述錫合金粉末中的金屬元素後的數字為每種金屬元素的質量百分比，例 如錫96. 5銀3銅0. 5表示100份質量的該合金中96. 5份為錫、3份為銀、W及0. 5份為銅， 如IOOg錫96. 5銀3銅0. 5合金粉末中錫為96. 5g，銀為3g，銅為0. 5g，此外本發明實施例 中未提及製備方法均採用本領域常規方法，或本領域技術人員根據實際情況結合本領域常 識能夠得出的操作方法，本申請中不再費述。
[002引錫96. 5銀3銅0. 5納米錫合金粉末簡寫為SngejAgjCu。.。納米合金粉末。下述實 施例中製備IOg Srige.sAgg化(1.5納米合金粉末，其製備方法包括如下步驟：
[002引 （1)將氯化亞錫袖化）、硝酸銀（AgN03)和硫酸銅（CuS04)分別溶於去離子水中 分別得到質量百分比為10 %的氯化亞錫水溶液、硝酸銀水溶液和硫酸銅水溶液備用，並將 測氨化軸（化肌4)溶於去離子水中配製成質量百分比為5%的測氨化軸水溶液；
[0030] 似根據所需製備的Snge. sAgsCu。. 5納米合金粉末中錫、銀和銅的質量比為 96. 5:3:0. 5,取（1)中配製所得的氯化亞錫水溶液154. 2g，硝酸銀水溶液4. 72g，硫酸銅水 溶液1. 25g，並將上述H種金屬鹽水溶液混合均勻得到混合金屬鹽溶液；
[0031] (3)向（2)中所得混合金屬鹽溶液中於攬拌狀態下不斷加入4g巧樣酸，然後用鹽 酸將抑值調節至3-4,得到混合液；
[003引 （4)向（3)中所得混合液中邊攬拌邊緩慢滴加（1)中所配製的測氨化軸水溶液 61. 5g，滴加結束後攬拌反應直至混合液不再產生合金粉末沉澱後停止攬拌；
[0033] (5)將（4)中停業反應後的溶液和沉澱物體系進行離也分離得到溼納米錫合金粉 末，將該溼納米錫合金粉末依次進行水洗、醇洗和乾燥，得到納米錫合金粉末，該納米錫合 金粉末的組成為Srige.日AggCUci.S。
[0034] 上述製備過程中涉及到的化學反應式為：
[00巧]4CuS〇4+NaBH4+棚aOH 一 4Cu+4Na2S〇4+NaB〇2+6H2〇
[0036] 2SnCl2+NaBH4+8Na0H 一 2Sn+4Na2Cl+NaB〇2+6H2〇
[0037] 4AgN〇3+NaBH4+8化OH 一 4Ag+4Na2N〇3+NaB〇2+6H2〇
[0038] 上述製備方法中所用原料的計算方法可W根據所需要製備的納米合金粉末的組 成來進行計算。例如需製備IOg的SnJVIyN,的納米合金粉末，貝U
[0039] 所需可水溶性錫鹽的水溶液的質量為：
[0040] 片*1〇*17臟性錫鹽摩爾質量)/^錫離子摩爾質量《￥7臟性錫鹽7請?量百分比*1〇〇)
[0041] 所需可水溶性M鹽水溶液的質量為：
[0042] (y ? 10 ? 溶性M鹽摩爾質量)/(Mm離子摩爾質量? 溶性M鹽溶液質量百分比* 100)
[0043] 所需可水溶性N鹽水溶液的質量為：
[0044] (Z ? 10 ? 溶性N鹽摩爾質量)/(Mn離子摩爾質量? 溶性N鹽溶液質量百分比* 100)
[0045] 由上述製備方法製備所得的能形成共晶體的納米錫合金粉末與市售錫膏所用傳 統錫合金粉末進行粒徑與烙點的對比，所得結果如表1所示。其中錫合金粉末的粒徑尺寸 為通過統計學方法進行統計，根據錫合金粉末粒徑尺寸的正態分布圖得出，傳統錫合金粉 末50-80%的顆粒尺寸為25-40 U m ;本發明方法製備所得納米錫合金粉末50-80%顆粒尺 寸為200-600nm，本發明所得錫合金粉末顆粒尺寸均在200-999nm範圍內。
[0046] 表 1
[0047]

【權利要求】
1. 一種焊膏用納米錫合金粉末的製備方法，其特徵在於：包括下述步驟： (1) 將水溶性錫鹽溶解於去離子水中形成錫鹽水溶液，將其他水溶性金屬鹽溶解於去 離子水中形成其他金屬鹽水溶液，將還原劑溶解於去離子水中形成還原劑水溶液； (2) 將（1)中所得錫鹽水溶液和其他金屬鹽水溶液混合得到混合金屬鹽溶液，該混合 金屬鹽溶液中錫離子的質量和其他金屬離子的質量之比與所需錫合金粉末成分中各相應 金屬元素的質量之比一致； (3) 向（2)中所得混合金屬鹽溶液中於攪拌狀態下不斷加入檸檬酸，所述檸檬酸的加 入量為水溶性錫鹽和其他水溶性金屬鹽總質量的〇. 2-0. 5倍，然後用鹽酸將pH值調節至 3-4,得到混合液； (4) 向（3)中所得混合液內邊攪拌邊緩慢滴加（1)中所制還原劑水溶液，該還原劑水 溶液中還原劑的用量為（2)中所述混合金屬鹽溶液內錫離子和其他金屬離子總摩爾量的 1. 5-3倍，滴加結束後攪拌反應直至混合液不再產生合金粉末沉澱後停止攪拌； (5) 將（4)中停止反應後的溶液和沉澱物體系進行離心分離得到溼錫合金粉末，將該 溼錫合金粉末依次進行水洗、醇洗並乾燥，得到納米錫合金粉末； 其中所述其他水溶性金屬鹽為水溶性銅鹽、水溶性銀鹽、水溶性銦鹽、水溶性鋅鹽、水 溶性鎳鹽和水溶性鉍鹽中的至少一種；所述還原劑為連二亞硫酸鈉、水合肼和硼氫化鈉中 的一種。
2. 根據權利要求1所述的錫膏用納米錫合金粉末的製備方法，其特徵在於：所述水溶 性錫鹽溶於去離子水後形成的金屬離子為Sn2+，所述水溶性銅鹽、水溶性銀鹽、水溶性銦鹽、 水溶性鋅鹽、水溶性鎳鹽和水溶性鉍鹽溶於去離子水後形成的金屬離子依次分別為Cu 2+、 Ag+、In3+、Zn2+、Ni2+和 Bi3+。
3. 根據權利要求2所述的錫膏用納米錫合金粉末的製備方法，其特徵在於：所述水溶 性錫鹽的化學式為SnAn，其中η = 1或2,且A為Cl、Br、I、CH3COO、C2H5COO、N0 3和S04中的 一種。
4. 由權利要求1至3所述方法製備所得的錫膏用納米錫合金粉末，其特徵在於：所述 納米錫合金粉末的粒徑為200-999nm。
5. 根據權利要求4所述的錫膏用納米錫合金粉末，其特徵在於：所述納米錫合金粉末 的粒徑為200-600nm。
【文檔編號】B22F9/24GK104259479SQ201410527846
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月9日 優先權日:2014年10月9日
【發明者】晏和剛, 蘇傳猛, 蘇傳港, 蘇燕旋, 何繁麗, 謝明貴 申請人:崑山成利焊錫製造有限公司