一種可錫焊鎳導體電極及其制備方法
【專利摘要】本發明公開一種可錫焊鎳導體電極及其制備方法，所述方法為：將鎳、硼、鋁、鋅粉按預定比例混合，將混合料以6.0-9.0噸/cm2的壓強壓結，將壓結塊在2.40-3.33帕，1200-1300℃中保溫8-10小時，冷卻后將壓結塊粉碎至80-120nm，制得鎳合金粉；將鎳合金粉、玻璃粉、乙基纖維素、松油醇粘合劑按預定比例混合軋制得到鎳漿料；將制得的鎳漿料印刷到氧化鋁基片上烘干，空氣中燒結得到鎳電極。相較于現有鎳電極，本發明鎳電極具有較高導電性，同時本發明鎳電極耐酸堿腐蝕，且化學鍍鎳前無需對鍍件粗化，也無需PdCl2活化工序，使得本發明制備方法不僅簡化工序，還大大降低了成本，提高了產品的市場競爭力。
【專利說明】一種可錫焊鎳導體電極及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及粉末冶金及化學制備領域，尤其涉及一種可錫焊鎳導體電極及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著電子信息技術的發展，電子信息材料也隨著發展。電子漿料屬電子信息材料中一部分。電子漿料的導體漿料很多由貴金屬(如金、銀、鉬、鈀)制成。貴金屬一是資源短缺，二是價格昂貴，因而其成為限制電子漿料大范圍應用的因素之一。
[0003]近年來，發展起來的半導體致冷器電極，一種是用高純氣體保護燒結的銅導體漿料制成，可以錫焊，但成本太高；另一種是用W-Mn (Mo)漿在1500-1600°C鑰片爐中，氫氣保護下燒結在Al2O3基片上。由于溫度太高，Al2O3基片已變形，需在800°C校正。得到的電極電阻大，且不可錫焊。為解決可錫焊，要進行化學鍍鎳(即將電極清洗、SnCl2敏化、PdCl2S化處理等工序)，處理后的電極導電性大大提聞、錫焊(Pb36Sn62Ag2焊錫)，附著力也可以滿足使用。但上述方法制備鍍鎳電極的工序復雜，設備及材料(如PdCl2)昂貴、耗時、耗電耗工時。綜上所述，貴金屬需要尋找代用品，銅導體漿料雖然可錫焊但制造成本高，W-Mn (Mo)漿料成本低廉，但燒結方法復雜、耗時、制造成本高。
[0004]因此，現有技術還有待于改進和發展。
【發明內容】
[0005]鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種可錫焊鎳導體電極及其制備方法，旨在解決目前的鎳電極制造工藝工序復雜、耗時、制造成本高的問題。
[0006]本發明的技術方案如下:
一種可錫焊鎳導體電極的制備方法，其中，所述方法包括以下步驟:
將鎳、硼、鋁、鋅粉按預定比例混合，將混合料以6.0-9.0噸/cm2的壓強進行壓結，將壓結得到的壓結塊在2.40-3.33帕真空環境，1200-1300°C溫度中保溫8_10小時，冷卻后將壓結塊粉碎至80-120nm，制得鎳合金粉；
將鎳合金粉、玻璃粉、乙基纖維素、松油醇粘合劑按預定比例混合軋制得到鎳漿料，其中所述玻璃粉由MgO、CaO、A1203、SiO2, B203、PbO熔制后粉碎制成；
將制得的鎳漿料印刷到氧化鋁基片上并烘干，最后在空氣中燒結得到鎳導體電極。
[0007]所述的可錫焊鎳導體電極的制備方法，其中，所述鎳、硼、鋁、鋅粉混合的預定比例為:按重量百分比計，硼粉1.0-8.0、鋁粉0.1-1.0、鋅粉0.3-3.0和平衡量鎳粉，各組分之和為 100%ο
[0008]所述的可錫焊鎳導體電極的制備方法，其中，所述燒結溫度為850-1000°C。
[0009]所述的可錫焊鎳導體電極的制備方法，其中，所述鎳粉的粒度< 30 μπι。
[0010]所述的可錫焊鎳導體電極的制備方法，其中，所述鎳合金粉、玻璃粉、乙基纖維素、松油醇粘合劑混合的預定比例為:按重量百分比計，鎳合金粉70-80，玻璃粉5-10，乙基纖維素及松油醇粘合劑10-25。
[0011]所述的可錫焊鎳導體電極的制備方法，其中，所述玻璃粉由MgO、CaO、A1203、SiO2,B2O3、PbO熔制后粉碎制成具體為:按重量百分比計，將2-5%的MgO、3-5%的CaO、5-10%的A1203、10-23%的Si02、13-20%的B203、37_67%的PbO進行混合，在1300°C溫度下熔制后粉碎得到玻璃粉。
[0012]所述的可錫焊鎳導體電極的制備方法，其中，所述方法還包括:對制備的鎳導體電極前處理后進行酸性化學鍍鎳或者堿性化學鍍鎳，其中所述前處理具體為:先用1%重量百分比濃度的Na2CO3清洗鎳導體電極鎳膜表面，后用10-20%重量百分比濃度的氯化亞錫敏化5分鐘。
[0013]所述的可錫焊鎳導體電極的制備方法，其中，酸性化學鍍鎳所用的鍍液中含有NiSO4WH2O 30g/L、亞磷酸二氫鈉 10g/L、醋酸鈉 10g/L、糖精 1-1.5g/L，鍍液 PH 值為 4-6，鍍液溫度為90°C。
[0014]所述的可錫焊鎳導體電極的制備方法，其中，堿性化學鍍鎳所用的鍍液中含有NiS04*7H20 30g/L、亞磷酸二氫鈉 10g/L、NH4Cl 20g/L、檸檬酸銨 50g/L，鍍液 PH 值為 8-10，鍍液溫度為90°C。
[0015]一種可錫焊鎳導體電極，其中，所述可錫焊鎳導體電極采用如上所述的方法制備得到。
[0016]有益效果:本發明提供一種可錫焊鎳導體電極及其制備方法，相較于現有的鎳電極，本發明鎳導體電極合金化程度及致密性具有大幅提高，同時，本發明的鎳導體電極耐酸堿試劑腐蝕，且在化學鍍鎳前無需對鍍件進行粗化，也無需進行PdCI2活化工序，因而本發明的鎳導體電極的制備方法不僅簡化了工序，而且還降低了加工成本，相應提高了產品的市場競爭力。
【具體實施方式】
[0017]本發明提供一種可錫焊鎳導體電極及其制備方法，為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0018]本發明提供一種可錫焊鎳導體電極的制備方法，其中，所述方法包括以下步驟:
鎳合金粉的制備:將鎳、硼、鋁、鋅粉按預定比例混合，將混合料裝入鋼模以6.0-9.0
噸/cm2的壓強進行壓結，將壓結得到的壓結塊裝入氧化鋁坩堝，密封于石英管抽真空到
2.40-3.33帕，1200-1300°C溫度中保溫8_10小時，冷卻后將壓結塊粉碎至80_120nm(較佳的是粉碎至IOOnm),制得鎳合金粉。
[0019]6.0-9.0噸/cm2壓強的壓結及1200_1300°C溫度中保溫8_10小時反應條件能夠
保證鎳合金的固相化學反應徹底，更有利于其合金化，并且正是由于本發明的鎳合金合金化程度高，才能將反應后的合金粉碎至100 nm左右，并最終使得所制備的鎳導體電極更加致密，最終使其導電性得到提高。
[0020]其中，所述鎳、硼、鋁、鋅粉混合的預定比例為:按重量百分比計，硼粉1.0-8.0、鋁粉0.1-1.0、鋅粉0.3-3.0和平衡量鎳粉(鎳粉的粒度≤30 μ m)，各組分之和為100%。
[0021] 鎳漿料制備:將鎳合金粉、玻璃粉、乙基纖維素、松油醇粘合劑按預定比例混合均勻軋制得到鎳漿料。其中，所述鎳合金粉、玻璃粉、乙基纖維素、松油醇粘合劑混合的預定比例為:按重量百分比計，鎳合金粉70-80，玻璃粉5-10，乙基纖維素及松油醇粘合劑10-25。
[0022] 另外，所述玻璃粉由Mg0、Ca0、Al203、Si02、B203、Pb0熔制后粉碎制成。具體為:按重量百分比計，將 2-5% 的 MgO,3-5% 的 CaO,5-10% 的 Al2O3^ 10-23% 的 SiO2U3-20% 的 B2O3'37-67%的PbO進行混合，在1300°C溫度下熔制后經機械粉碎得到玻璃粉。添加到鎳漿料中的玻璃粉有利于燒結的鎳導體電極耐酸堿試劑浸泡而不被腐蝕，有利于化學鍍鎳的鎳電極附著力的提聞。
[0023]鎳導體電極的制備:將制得的鎳漿料通過絲網印刷到氧化鋁基片上并烘干，最后在850-1000°C空氣中燒結得到鎳導體電極。
[0024]用電橋測鎳導體電極方阻為30-40πιΩ / □。用Pb36Sn62Ag2焊錫在225_240°C浸焊，本發明的鎳導體電極不被焊錫浸潤。
[0025]另外，對制備的鎳導體電極前處理后進行酸性化學鍍鎳或者堿性化學鍍鎳，其中所述前處理具體為:先用1%重量百分比濃度的Na2CO3清洗鎳導體電極鎳膜表面，后用10-20%重量百分比濃度的氯化亞錫敏化5分鐘。
[0026]若鎳導體電極采用酸性化學鍍鎳，則所用的鍍液中含有NiS04*7H20 30g/L、亞磷酸二氫鈉10g/L、醋酸鈉10g/L、糖精l-1.5g/L，鍍液PH值為4-6，鍍液溫度為90°C。
[0027]若鎳導體電極采用堿性化學鍍鎳，堿性化學鍍鎳所用的鍍液中含有NiSO4WH2O30g/L、亞磷酸二氫鈉10g/L、NH4Cl 20g/L、檸檬酸銨50g/L，鍍液PH值為8_10，鍍液溫度為90。。。
[0028]經化學鍍鎳后的鎳導體電極用去離子水洗干凈，在100_120°C內烘干，得鎳導體電極，再用電橋測量方阻為12-18πιΩ/ □.用Pb36Sn62Ag2焊錫在225_240°C進行浸焊，焊接點焊錫浸潤飽滿。
[0029]本發明還提供一種可錫焊鎳導體電極，其中，所述可錫焊鎳導體電極采用如上所述的方法制備得到。本發明的鎳導體電極可做一般導體使用，其導電性比傳統的含硼鎳基導體和含鋁鎳基導體的提高一倍左右。
[0030]本發明提供的可錫焊鎳導體電極及其制備方法，相較于現有的鎳電極，本發明鎳導體電極致密性和導電性都有大幅提高，同時，本發明的鎳導體電極耐酸堿劑腐蝕，且在化學鍍鎳前無需對鍍件進行粗化(機械粗化、化學腐蝕粗化)，也無需進行PdCI2活化工序，省時省電，由于無需Pdci2活化工序,節約了貴金屬PdCl2
本發明的制備方法用廉價的賤金屬代替貴金屬。因此當電極方阻為20-30πιΩ/ □時，可以代替AgPd20 ;當電極方阻為10-20πιΩ/ □時，可以代替AgPdlO ;另外可在本發明制備方法的基礎上進一步工藝改進，增加鍍層厚度，方阻可以小于ΙΟπιΩ/ □，這時鎳導體電極可以代替純Ag電極使用。所制備的鎳電極導電性良好，可以用含鉛或無鉛焊錫浸焊，對基體的附著力合格。這樣就節約了貴金屬，極大降低了成本。
[0031]本發明的制備方法可完全替代使用W-Mn(Mo)漿料的制備方法。改用本發明的鎳漿料后，只需在850-1000°C一次燒結。省去了昂貴的鑰片爐，同時無需使用保護氣體，也無需在800°C左右校正的Al2O3基片，化學鍍時不用PdCl2活化，總之，本發明的鎳導體電極制備方法大大簡化了現有的制備工藝，省電、省時，其制備成本僅為傳統工藝的20%。[0032]同時，本發明的制備方法可完全代替保護氣氛燒結的銅漿。本發明采用空氣燒結鎳導體電極，無需專用爐子，不用高純保護氣體(如氮氣)，因而相較于保護氣氛燒結銅漿的傳統工藝，本發明的工藝大大簡化，成本也大幅降低。
[0033]本發明對鎳合金粉制備進行工藝改進，同時使用耐酸堿玻璃粉與鎳合金粉結合，使所制備的鎳導體電極可以部分取代貴金屬電極、W-Mn(Mo)電極及銅電極。
[0034]下面通過實施例進一步闡述本發明的方案 實施例1
1.鎳合金粉的制備
(1)制備的原料組分如表1所示:
表1、制備鎳合金粉的組分及含量
【權利要求】
1.一種可錫焊鎳導體電極的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 將鎳、硼、鋁、鋅粉按預定比例混合，將混合料以6.0-9.0噸/cm2的壓強進行壓結，將壓結得到的壓結塊在2.40-3.33帕真空環境，1200-1300°C溫度中保溫8_10小時，冷卻后將壓結塊粉碎至80-120nm，制得鎳合金粉； 將鎳合金粉、玻璃粉、乙基纖維素、松油醇粘合劑按預定比例混合軋制得到鎳漿料，其中所述玻璃粉由MgO、CaO、A1203、SiO2, B203、PbO熔制后粉碎制成； 將制得的鎳漿料印刷到氧化鋁基片上并烘干，最后在空氣中燒結得到鎳導體電極。
2.根據權利要求1所述的可錫焊鎳導體電極的制備方法，其特征在于，所述鎳、硼、鋁、鋅粉混合的預定比例為:按重量百分比計，硼粉1.0-8.0、鋁粉0.1-1.0、鋅粉0.3-3.0和平衡量鎳粉，各組分之和為100%。
3.根據權利要求1所述的可錫焊鎳導體電極的制備方法，其特征在于，所述燒結溫度為 850-1000。。。
4.根據權利要求2所述的可錫焊鎳導體電極的制備方法，其特征在于，所述鎳粉的粒度;^ 30 μ m。
5.根據權利 要求2所述的可錫焊鎳導體電極的制備方法，其特征在于， 所述鎳合金粉、玻璃粉、乙基纖維素、松油醇粘合劑混合的預定比例為:按重量百分比計，鎳合金粉70-80，玻璃粉5-10，乙基纖維素及松油醇粘合劑10-25。
6.根據權利要求5所述的可錫焊鎳導體電極的制備方法，其特征在于， 所述玻璃粉由MgO、CaO、A1203、SiO2, B2O3> PbO熔制后粉碎制成具體為:按重量百分比計，將 2-5% 的 MgO,3-5% 的 CaO,5-10% 的 Al2O3'10-23% 的 SiO2U3-20% 的 B203>37-67% 的PbO進行混合，在1300°C溫度下熔制后粉碎得到玻璃粉。
7.根據權利要求6所述的可錫焊鎳導體電極的制備方法，其特征在于，所述方法還包括:對制備的鎳導體電極前處理后進行酸性化學鍍鎳或者堿性化學鍍鎳，其中所述前處理具體為:先用1%重量百分比濃度的Na2CO3清洗鎳導體電極鎳膜表面，后用10-20%重量百分比濃度的氯化亞錫敏化5分鐘。
8.根據權利要求7所述的可錫焊鎳導體電極的制備方法，其特征在于，酸性化學鍍鎳所用的電鍍液中含有NiS04*7H20 30g/L、亞磷酸二氫鈉10g/L、醋酸鈉10g/L、糖精1-1.5g/L，電鍍液PH值為4-6，電鍍溫度為90°C。
9.根據權利要求7所述的可錫焊鎳導體電極的制備方法，其特征在于，堿性化學鍍鎳所用的電鍍液中含有NiS04*7H20 30g/L、亞磷酸二氫鈉10g/L、NH4Cl 20g/L、檸檬酸銨50g/L,電鍍液PH值為8-10，電鍍溫度為90°C。
10.一種可錫焊鎳導體電極，其特征在于，所述可錫焊鎳導體電極采用如權利要求1-9任一項所述的方法制備得到。
【文檔編號】B22F3/22GK103978219SQ201410220467
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月21日 優先權日:2014年5月21日
【發明者】譚浩巍, 遲超, 譚富彬, 楊環 申請人:深圳市富邦新能源技術有限公司