專利名稱：用于強(qiáng)化復(fù)合無(wú)鉛焊料的納米陶瓷顆粒的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米碳化硅顆粒表面改性工藝，具體的說(shuō)是采用化學(xué)鍍的方法在納米碳化硅顆粒表面鍍一層厚度約為2-lOnm的納米銀，該顆?？梢詰?yīng)用到錫銀銅復(fù)合無(wú)鉛焊料的制備，改善其機(jī)械性能，同時(shí)解決納米陶瓷顆粒與錫銀銅合金結(jié)合較差的問(wèn)題。
背景技術(shù)：
本發(fā)明的重點(diǎn)在于提供一種對(duì)納米陶瓷顆粒表面進(jìn)行改性的工藝。碳化硅是一種性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，具有硬度高、高溫強(qiáng)度大、抗蠕變性能好、耐化學(xué)腐蝕、抗氧化性能好、熱膨脹系數(shù)小、高熱傳導(dǎo)率等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到制造、冶金、電子、機(jī)械，化工以及航空等領(lǐng)域中。借助納米碳化硅顆粒自身的優(yōu)異性能，通過(guò)與其他材料混合，組成復(fù)合材料，以提升材料的性能是納米陶瓷的重大應(yīng)用領(lǐng)域之一。在微電子封裝互聯(lián)領(lǐng)域，以納米碳化硅顆粒作為強(qiáng)化材料，提高錫銀銅無(wú)鉛焊料機(jī)械性能的研究已經(jīng)展開(kāi)。目前，無(wú)鉛焊料已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但是隨著電子封裝密度不斷增高，尺寸不斷減小，芯片功率不斷增大的趨勢(shì)，無(wú)鉛焊料也需要進(jìn)一步提高其機(jī)械性能。為了提高無(wú)鉛焊料的機(jī)械性能，其中一種有效的手段是使用微小顆粒對(duì)無(wú)鉛焊料進(jìn)行強(qiáng)化，形成復(fù)合焊料。但是復(fù)合焊料并沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。主要原因就是強(qiáng)化顆粒與基體之間的在熱學(xué)， 電學(xué)，力學(xué)方面的失配，極易容易在應(yīng)用過(guò)程中造成焊點(diǎn)失效或性能下降。典型的例子是強(qiáng)化顆粒和基體間熱膨脹系數(shù)的失配及硬度的失配，容易在設(shè)備使用過(guò)程中易在焊點(diǎn)連接區(qū)域產(chǎn)生裂紋，最終造成焊點(diǎn)熱機(jī)疲勞失效。因此本發(fā)明中的關(guān)鍵點(diǎn)就是如何解決納米碳化硅顆粒與錫銀銅合金結(jié)合較差的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是合成一種用于電子元器件焊接及表面封裝的納米陶瓷顆粒。本發(fā)明的特點(diǎn)是采用化學(xué)鍍的方法在碳化硅納米顆粒的表面鍍一層厚度約為2-5nm的納米銀顆粒，將此表面鍍銀的碳化硅納米顆粒加入錫基無(wú)鉛焊料，用于增加焊料的強(qiáng)度，同時(shí)不影響原焊料的傳熱性和導(dǎo)電性。本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。在超聲震動(dòng)下，將50-100nm的碳化硅納米顆粒加入到濃度為0. 05-0. 5M的氯化亞錫的稀鹽酸溶液中于20-80°C浸漬0. 5-3h,進(jìn)行表面活化。表面活化完成后在離心分離器上離心分離，將過(guò)量的亞錫離子與活化的碳化硅顆粒分離，離心分離器的操作參數(shù)為轉(zhuǎn)速 3000-8000rpm,時(shí)間0. 5_2h，去離子水洗兩次，無(wú)水乙醇洗滌一次。在超聲攪拌下將分離后的顆粒加入到濃度為0. 01-0. IM的銀氨溶液中，反應(yīng)溫度為20-80°C，反應(yīng)時(shí)間為0. 5_3h， 在碳化硅納米顆粒表面形成初步的納米銀顆粒，離心分離上述溶液，離心分離器的操作參數(shù)為轉(zhuǎn)速3000-8000rpm，時(shí)間0. 5_2h，去離子水洗兩次，無(wú)水乙醇洗滌一次，將離心后的納米顆粒加入到含有保護(hù)劑的硝酸銀溶液，這種保護(hù)劑可以防止納米銀顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象，其中所述的保護(hù)劑為下述中的一種或多種壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸鈉，該保護(hù)劑的在溶液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%_60%。然后在該溶液中加入一種還原劑， 將銀離子還原為銀顆粒，其中所述的還原劑為下述中的一種或多種葡萄糖、甲醛、雙氧水。 重復(fù)加入上述硝酸銀溶液和還原劑，使原先負(fù)載在碳化硅表面的銀顆粒繼續(xù)長(zhǎng)大，形成完整連續(xù)的納米銀殼，離心分離上述溶液，離心分離器的操作參數(shù)為轉(zhuǎn)速3000-8000rpm，時(shí)間0. 5-2h，去離子水洗兩次，無(wú)水乙醇洗滌一次。獲得最終產(chǎn)品顆粒。


圖1為碳化硅納米顆粒鍍銀前后表面形態(tài)的SEM圖像，(a)為純碳化硅納米顆粒， (b)為表面鍍銀的碳化硅納米顆粒。圖2為碳化硅納米顆粒鍍銀前后表面形態(tài)的TEM圖像，(a)為純碳化硅納米顆粒， (b)為表面鍍銀的碳化硅納米顆粒。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
在超聲震動(dòng)下，將Ig直徑約為50nm的碳化硅納米顆粒加入到50mL濃度為0. IM氯化亞錫的稀鹽酸溶液中，與35°C浸漬lh，進(jìn)行表面活化。表面活化完成后在離心分離器上離心分離，將過(guò)量的亞錫離子與活化的碳化硅顆粒分離，離心分離器的操作參數(shù)為轉(zhuǎn)速 4000rpm，時(shí)間0.證，去離子水洗兩次，無(wú)水乙醇洗滌一次。在超聲攪拌下將分離后的顆粒加入到50mL濃度為0. 04M的銀氨溶液中，反應(yīng)溫度為30°C，反應(yīng)時(shí)間為lh。離心分離上述溶液，離心分離器的操作參數(shù)為轉(zhuǎn)速5000rpm，時(shí)間0.5h，去離子水洗兩次，無(wú)水乙醇洗滌一次，將離心后的納米顆粒加入到50mL濃度為0. 3mM含有0. 25 wt%壬基酚聚氧乙烯醚的硝酸銀溶液，然后在該溶液中分別加入ImL葡萄糖和Iml ( %)的氨水溶液，將銀離子還原為銀顆粒，重復(fù)三次加入上述硝酸銀溶液和還原劑，離心分離上述溶液，離心分離器的操作參數(shù)為轉(zhuǎn)速5000rpm，時(shí)間0. 5h，去離子水洗兩次，無(wú)水乙醇洗滌一次。獲得最終產(chǎn)品顆粒。
權(quán)利要求
1.用于強(qiáng)化復(fù)合無(wú)鉛焊料的納米陶瓷顆粒的制備工藝，其特征在于采用化學(xué)鍍的方法在納米碳化硅顆粒表面鍍一層厚度為2-lOnm的納米銀，該顆粒可以應(yīng)用到錫銀銅復(fù)合無(wú)鉛焊料的制備，改善其機(jī)械性能，同時(shí)解決納米陶瓷顆粒與錫銀銅合金結(jié)合較差的問(wèn)題。
2.如權(quán)利要求書(shū)1所述的用于強(qiáng)化復(fù)合無(wú)鉛焊料的納米陶瓷顆粒的制備工藝，其特征在于在超聲震動(dòng)下，將顆粒直徑在50-100nm的碳化硅納米顆粒加入到濃度為0. 05-0. 5M的氯化亞錫的稀鹽酸溶液中于20-80°C浸漬0. 5-池，進(jìn)行表面活化。
3.如權(quán)利要求書(shū)1所述的一種用于強(qiáng)化復(fù)合無(wú)鉛焊料的新型納米陶瓷顆粒的制備工藝，其特征在于表面活化完成后在離心分離器上離心分離，將過(guò)量的亞錫離子與活化的碳化硅顆粒分離，離心分離器的操作參數(shù)為轉(zhuǎn)速3000-8000rpm，時(shí)間0. 5_2h，去離子水洗兩次，無(wú)水乙醇洗滌一次。
4.如權(quán)利要求書(shū)1所述的一種用于強(qiáng)化復(fù)合無(wú)鉛焊料的新型納米陶瓷顆粒的制備工藝，其特征在于在超聲攪拌下將分離后的顆粒水懸浮液加入到濃度為0. 01-0. IM的銀氨溶液中，顆粒水懸浮液與銀氨溶液二者之間的體積比為1:5 1:20，反應(yīng)溫度為20-80°C，反應(yīng)時(shí)間為0. 5-3h，在碳化硅納米顆粒表面形成初步的納米銀顆粒，離心分離上述溶液，離心分離器的操作參數(shù)為轉(zhuǎn)速3000-8000rpm，時(shí)間0. 5_2h，去離子水洗兩次，無(wú)水乙醇洗滌一次，將離心后的納米顆粒加入到含有保護(hù)劑的硝酸銀溶液，這種保護(hù)劑可以防止納米銀顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象，其中所述的保護(hù)劑為下述中的一種或多種壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸鈉，該保護(hù)劑的在溶液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%_60%。
5.如權(quán)利要求書(shū)1所述的一種用于強(qiáng)化復(fù)合無(wú)鉛焊料的新型納米陶瓷顆粒的制備工藝，其特征在于加入一種還原劑，將銀離子還原為銀顆粒，其中所述的還原劑為下述中的一種或多種葡萄糖、甲醛、雙氧水。
6.重復(fù)加入上述硝酸銀溶液和還原劑，使原先負(fù)載在碳化硅表面的銀顆粒繼續(xù)長(zhǎng)大，形成完整連續(xù)的納米銀殼，離心分離上述溶液，離心分離器的操作參數(shù)為轉(zhuǎn)速 3000-8000rpm,時(shí)間0. 5_2h，去離子水洗兩次，無(wú)水乙醇洗滌一次。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米碳化硅顆粒表面改性工藝，具體的說(shuō)是采用化學(xué)鍍的方法在納米碳化硅顆粒表面鍍一層厚度約為2-10nm的納米銀，主要技術(shù)路線如下采用氯化亞錫對(duì)納米碳化硅顆粒表面進(jìn)行功能化處理，再加入銀氨溶液，銀離子被還原且吸附在碳化硅顆粒表面，形成初步的種子。離心分離后將固形物加入到含有保護(hù)劑的硝酸銀溶液中，向該懸浮液體系中加入還原劑，使附著在碳化硅顆粒表面的銀種子不斷長(zhǎng)大形成完整的銀殼將碳化硅顆粒包裹起來(lái)。此特種顆粒具有機(jī)械性能優(yōu)良，熱傳導(dǎo)率高，同時(shí)可以與其他金屬有良好的親和性。將其應(yīng)用到錫銀銅復(fù)合無(wú)鉛焊料的制備，改善其機(jī)械性能，增強(qiáng)設(shè)備的熱傳遞，同時(shí)解決納米陶瓷顆粒與錫銀銅合金結(jié)合較差的問(wèn)題。
文檔編號(hào)C23C18/42GK102400121SQ20111034559
公開(kāi)日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月5日
發(fā)明者劉建影 申請(qǐng)人:上海上大瑞滬微系統(tǒng)集成技術(shù)有限公司