一种可锡焊镍导体电极及其制备方法
【专利摘要】本发明公开一种可锡焊镍导体电极及其制备方法，所述方法为：将镍、硼、铝、锌粉按预定比例混合，将混合料以6.0-9.0吨/cm2的压强压结，将压结块在2.40-3.33帕，1200-1300℃中保温8-10小时，冷却后将压结块粉碎至80-120nm，制得镍合金粉；将镍合金粉、玻璃粉、乙基纤维素、松油醇粘合剂按预定比例混合轧制得到镍浆料；将制得的镍浆料印刷到氧化铝基片上烘干，空气中烧结得到镍电极。相较于现有镍电极，本发明镍电极具有较高导电性，同时本发明镍电极耐酸碱腐蚀，且化学镀镍前无需对镀件粗化，也无需PdCl2活化工序，使得本发明制备方法不仅简化工序，还大大降低了成本，提高了产品的市场竞争力。
【专利说明】一种可锡焊镍导体电极及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及粉末冶金及化学制备领域，尤其涉及一种可锡焊镍导体电极及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着电子信息技术的发展，电子信息材料也随着发展。电子浆料属电子信息材料中一部分。电子浆料的导体浆料很多由贵金属(如金、银、钼、钯)制成。贵金属一是资源短缺，二是价格昂贵，因而其成为限制电子浆料大范围应用的因素之一。
[0003]近年来，发展起来的半导体致冷器电极，一种是用高纯气体保护烧结的铜导体浆料制成，可以锡焊，但成本太高；另一种是用W-Mn (Mo)浆在1500-1600°C钥片炉中，氢气保护下烧结在Al2O3基片上。由于温度太高，Al2O3基片已变形，需在800°C校正。得到的电极电阻大，且不可锡焊。为解决可锡焊，要进行化学镀镍(即将电极清洗、SnCl2敏化、PdCl2S化处理等工序)，处理后的电极导电性大大提闻、锡焊(Pb36Sn62Ag2焊锡)，附着力也可以满足使用。但上述方法制备镀镍电极的工序复杂，设备及材料(如PdCl2)昂贵、耗时、耗电耗工时。综上所述，贵金属需要寻找代用品，铜导体浆料虽然可锡焊但制造成本高，W-Mn (Mo)浆料成本低廉，但烧结方法复杂、耗时、制造成本高。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。
【发明内容】
[0005]鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可锡焊镍导体电极及其制备方法，旨在解决目前的镍电极制造工艺工序复杂、耗时、制造成本高的问题。
[0006]本发明的技术方案如下:
一种可锡焊镍导体电极的制备方法，其中，所述方法包括以下步骤:
将镍、硼、铝、锌粉按预定比例混合，将混合料以6.0-9.0吨/cm2的压强进行压结，将压结得到的压结块在2.40-3.33帕真空环境，1200-1300°C温度中保温8_10小时，冷却后将压结块粉碎至80-120nm，制得镍合金粉；
将镍合金粉、玻璃粉、乙基纤维素、松油醇粘合剂按预定比例混合轧制得到镍浆料，其中所述玻璃粉由MgO、CaO、A1203、SiO2, B203、PbO熔制后粉碎制成；
将制得的镍浆料印刷到氧化铝基片上并烘干，最后在空气中烧结得到镍导体电极。
[0007]所述的可锡焊镍导体电极的制备方法，其中，所述镍、硼、铝、锌粉混合的预定比例为:按重量百分比计，硼粉1.0-8.0、铝粉0.1-1.0、锌粉0.3-3.0和平衡量镍粉，各组分之和为 100%ο
[0008]所述的可锡焊镍导体电极的制备方法，其中，所述烧结温度为850-1000°C。
[0009]所述的可锡焊镍导体电极的制备方法，其中，所述镍粉的粒度< 30 μπι。
[0010]所述的可锡焊镍导体电极的制备方法，其中，所述镍合金粉、玻璃粉、乙基纤维素、松油醇粘合剂混合的预定比例为:按重量百分比计，镍合金粉70-80，玻璃粉5-10，乙基纤维素及松油醇粘合剂10-25。
[0011]所述的可锡焊镍导体电极的制备方法，其中，所述玻璃粉由MgO、CaO、A1203、SiO2,B2O3、PbO熔制后粉碎制成具体为:按重量百分比计，将2-5%的MgO、3-5%的CaO、5-10%的A1203、10-23%的Si02、13-20%的B203、37_67%的PbO进行混合，在1300°C温度下熔制后粉碎得到玻璃粉。
[0012]所述的可锡焊镍导体电极的制备方法，其中，所述方法还包括:对制备的镍导体电极前处理后进行酸性化学镀镍或者碱性化学镀镍，其中所述前处理具体为:先用1%重量百分比浓度的Na2CO3清洗镍导体电极镍膜表面，后用10-20%重量百分比浓度的氯化亚锡敏化5分钟。
[0013]所述的可锡焊镍导体电极的制备方法，其中，酸性化学镀镍所用的镀液中含有NiSO4WH2O 30g/L、亚磷酸二氢钠 10g/L、醋酸钠 10g/L、糖精 1-1.5g/L，镀液 PH 值为 4-6，镀液温度为90°C。
[0014]所述的可锡焊镍导体电极的制备方法，其中，碱性化学镀镍所用的镀液中含有NiS04*7H20 30g/L、亚磷酸二氢钠 10g/L、NH4Cl 20g/L、柠檬酸铵 50g/L，镀液 PH 值为 8-10，镀液温度为90°C。
[0015]一种可锡焊镍导体电极，其中，所述可锡焊镍导体电极采用如上所述的方法制备得到。
[0016]有益效果:本发明提供一种可锡焊镍导体电极及其制备方法，相较于现有的镍电极，本发明镍导体电极合金化程度及致密性具有大幅提高，同时，本发明的镍导体电极耐酸碱试剂腐蚀，且在化学镀镍前无需对镀件进行粗化，也无需进行PdCI2活化工序，因而本发明的镍导体电极的制备方法不仅简化了工序，而且还降低了加工成本，相应提高了产品的市场竞争力。
【具体实施方式】
[0017]本发明提供一种可锡焊镍导体电极及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0018]本发明提供一种可锡焊镍导体电极的制备方法，其中，所述方法包括以下步骤:
镍合金粉的制备:将镍、硼、铝、锌粉按预定比例混合，将混合料装入钢模以6.0-9.0
吨/cm2的压强进行压结，将压结得到的压结块装入氧化铝坩埚，密封于石英管抽真空到
2.40-3.33帕，1200-1300°C温度中保温8_10小时，冷却后将压结块粉碎至80_120nm(较佳的是粉碎至IOOnm),制得镍合金粉。
[0019]6.0-9.0吨/cm2压强的压结及1200_1300°C温度中保温8_10小时反应条件能够
保证镍合金的固相化学反应彻底，更有利于其合金化，并且正是由于本发明的镍合金合金化程度高，才能将反应后的合金粉碎至100 nm左右，并最终使得所制备的镍导体电极更加致密，最终使其导电性得到提高。
[0020]其中，所述镍、硼、铝、锌粉混合的预定比例为:按重量百分比计，硼粉1.0-8.0、铝粉0.1-1.0、锌粉0.3-3.0和平衡量镍粉(镍粉的粒度≤30 μ m)，各组分之和为100%。
[0021] 镍浆料制备:将镍合金粉、玻璃粉、乙基纤维素、松油醇粘合剂按预定比例混合均匀轧制得到镍浆料。其中，所述镍合金粉、玻璃粉、乙基纤维素、松油醇粘合剂混合的预定比例为:按重量百分比计，镍合金粉70-80，玻璃粉5-10，乙基纤维素及松油醇粘合剂10-25。
[0022] 另外，所述玻璃粉由Mg0、Ca0、Al203、Si02、B203、Pb0熔制后粉碎制成。具体为:按重量百分比计，将 2-5% 的 MgO,3-5% 的 CaO,5-10% 的 Al2O3^ 10-23% 的 SiO2U3-20% 的 B2O3'37-67%的PbO进行混合，在1300°C温度下熔制后经机械粉碎得到玻璃粉。添加到镍浆料中的玻璃粉有利于烧结的镍导体电极耐酸碱试剂浸泡而不被腐蚀，有利于化学镀镍的镍电极附着力的提闻。
[0023]镍导体电极的制备:将制得的镍浆料通过丝网印刷到氧化铝基片上并烘干，最后在850-1000°C空气中烧结得到镍导体电极。
[0024]用电桥测镍导体电极方阻为30-40πιΩ / □。用Pb36Sn62Ag2焊锡在225_240°C浸焊，本发明的镍导体电极不被焊锡浸润。
[0025]另外，对制备的镍导体电极前处理后进行酸性化学镀镍或者碱性化学镀镍，其中所述前处理具体为:先用1%重量百分比浓度的Na2CO3清洗镍导体电极镍膜表面，后用10-20%重量百分比浓度的氯化亚锡敏化5分钟。
[0026]若镍导体电极采用酸性化学镀镍，则所用的镀液中含有NiS04*7H20 30g/L、亚磷酸二氢钠10g/L、醋酸钠10g/L、糖精l-1.5g/L，镀液PH值为4-6，镀液温度为90°C。
[0027]若镍导体电极采用碱性化学镀镍，碱性化学镀镍所用的镀液中含有NiSO4WH2O30g/L、亚磷酸二氢钠10g/L、NH4Cl 20g/L、柠檬酸铵50g/L，镀液PH值为8_10，镀液温度为90。。。
[0028]经化学镀镍后的镍导体电极用去离子水洗干净，在100_120°C内烘干，得镍导体电极，再用电桥测量方阻为12-18πιΩ/ □.用Pb36Sn62Ag2焊锡在225_240°C进行浸焊，焊接点焊锡浸润饱满。
[0029]本发明还提供一种可锡焊镍导体电极，其中，所述可锡焊镍导体电极采用如上所述的方法制备得到。本发明的镍导体电极可做一般导体使用，其导电性比传统的含硼镍基导体和含铝镍基导体的提高一倍左右。
[0030]本发明提供的可锡焊镍导体电极及其制备方法，相较于现有的镍电极，本发明镍导体电极致密性和导电性都有大幅提高，同时，本发明的镍导体电极耐酸碱剂腐蚀，且在化学镀镍前无需对镀件进行粗化(机械粗化、化学腐蚀粗化)，也无需进行PdCI2活化工序，省时省电，由于无需Pdci2活化工序,节约了贵金属PdCl2
本发明的制备方法用廉价的贱金属代替贵金属。因此当电极方阻为20-30πιΩ/ □时，可以代替AgPd20 ;当电极方阻为10-20πιΩ/ □时，可以代替AgPdlO ;另外可在本发明制备方法的基础上进一步工艺改进，增加镀层厚度，方阻可以小于ΙΟπιΩ/ □，这时镍导体电极可以代替纯Ag电极使用。所制备的镍电极导电性良好，可以用含铅或无铅焊锡浸焊，对基体的附着力合格。这样就节约了贵金属，极大降低了成本。
[0031]本发明的制备方法可完全替代使用W-Mn(Mo)浆料的制备方法。改用本发明的镍浆料后，只需在850-1000°C一次烧结。省去了昂贵的钥片炉，同时无需使用保护气体，也无需在800°C左右校正的Al2O3基片，化学镀时不用PdCl2活化，总之，本发明的镍导体电极制备方法大大简化了现有的制备工艺，省电、省时，其制备成本仅为传统工艺的20%。[0032]同时，本发明的制备方法可完全代替保护气氛烧结的铜浆。本发明采用空气烧结镍导体电极，无需专用炉子，不用高纯保护气体(如氮气)，因而相较于保护气氛烧结铜浆的传统工艺，本发明的工艺大大简化，成本也大幅降低。
[0033]本发明对镍合金粉制备进行工艺改进，同时使用耐酸碱玻璃粉与镍合金粉结合，使所制备的镍导体电极可以部分取代贵金属电极、W-Mn(Mo)电极及铜电极。
[0034]下面通过实施例进一步阐述本发明的方案 实施例1
1.镍合金粉的制备
(1)制备的原料组分如表1所示:
表1、制备镍合金粉的组分及含量
【权利要求】
1.一种可锡焊镍导体电极的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 将镍、硼、铝、锌粉按预定比例混合，将混合料以6.0-9.0吨/cm2的压强进行压结，将压结得到的压结块在2.40-3.33帕真空环境，1200-1300°C温度中保温8_10小时，冷却后将压结块粉碎至80-120nm，制得镍合金粉； 将镍合金粉、玻璃粉、乙基纤维素、松油醇粘合剂按预定比例混合轧制得到镍浆料，其中所述玻璃粉由MgO、CaO、A1203、SiO2, B203、PbO熔制后粉碎制成； 将制得的镍浆料印刷到氧化铝基片上并烘干，最后在空气中烧结得到镍导体电极。
2.根据权利要求1所述的可锡焊镍导体电极的制备方法，其特征在于，所述镍、硼、铝、锌粉混合的预定比例为:按重量百分比计，硼粉1.0-8.0、铝粉0.1-1.0、锌粉0.3-3.0和平衡量镍粉，各组分之和为100%。
3.根据权利要求1所述的可锡焊镍导体电极的制备方法，其特征在于，所述烧结温度为 850-1000。。。
4.根据权利要求2所述的可锡焊镍导体电极的制备方法，其特征在于，所述镍粉的粒度;^ 30 μ m。
5.根据权利 要求2所述的可锡焊镍导体电极的制备方法，其特征在于， 所述镍合金粉、玻璃粉、乙基纤维素、松油醇粘合剂混合的预定比例为:按重量百分比计，镍合金粉70-80，玻璃粉5-10，乙基纤维素及松油醇粘合剂10-25。
6.根据权利要求5所述的可锡焊镍导体电极的制备方法，其特征在于， 所述玻璃粉由MgO、CaO、A1203、SiO2, B2O3> PbO熔制后粉碎制成具体为:按重量百分比计，将 2-5% 的 MgO,3-5% 的 CaO,5-10% 的 Al2O3'10-23% 的 SiO2U3-20% 的 B203>37-67% 的PbO进行混合，在1300°C温度下熔制后粉碎得到玻璃粉。
7.根据权利要求6所述的可锡焊镍导体电极的制备方法，其特征在于，所述方法还包括:对制备的镍导体电极前处理后进行酸性化学镀镍或者碱性化学镀镍，其中所述前处理具体为:先用1%重量百分比浓度的Na2CO3清洗镍导体电极镍膜表面，后用10-20%重量百分比浓度的氯化亚锡敏化5分钟。
8.根据权利要求7所述的可锡焊镍导体电极的制备方法，其特征在于，酸性化学镀镍所用的电镀液中含有NiS04*7H20 30g/L、亚磷酸二氢钠10g/L、醋酸钠10g/L、糖精1-1.5g/L，电镀液PH值为4-6，电镀温度为90°C。
9.根据权利要求7所述的可锡焊镍导体电极的制备方法，其特征在于，碱性化学镀镍所用的电镀液中含有NiS04*7H20 30g/L、亚磷酸二氢钠10g/L、NH4Cl 20g/L、柠檬酸铵50g/L,电镀液PH值为8-10，电镀温度为90°C。
10.一种可锡焊镍导体电极，其特征在于，所述可锡焊镍导体电极采用如权利要求1-9任一项所述的方法制备得到。
【文档编号】B22F3/22GK103978219SQ201410220467
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】谭浩巍, 迟超, 谭富彬, 杨环 申请人:深圳市富邦新能源技术有限公司