CN102400121B - 用于强化复合无铅焊料的纳米陶瓷颗粒的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纳米碳化硅颗粒表面改性工艺，具体的说是采用化学镀的方法在纳米碳化硅颗粒表面镀一层厚度约为2-10nm的纳米银，主要技术路线如下：采用氯化亚锡对纳米碳化硅颗粒表面进行功能化处理，再加入银氨溶液，银离子被还原且吸附在碳化硅颗粒表面，形成初步的种子。离心分离后将固形物加入到含有保护剂的硝酸银溶液中，向该悬浮液体系中加入还原剂，使附着在碳化硅颗粒表面的银种子不断长大形成完整的银壳将碳化硅颗粒包裹起来。此特种颗粒具有机械性能优良，热传导率高，同时可以与其他金属有良好的亲和性。将其应用到锡银铜复合无铅焊料的制备，改善其机械性能，增强设备的热传递，同时解决纳米陶瓷颗粒与锡银铜合金结合较差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米碳化硅颗粒表面改性工艺，具体的说是采用化学镀的方法在纳米碳化硅颗粒表面镀一层厚度约为2-10nm的纳米银，该颗粒可以应用到锡银铜复合无铅焊料的制备，改善其机械性能，同时解决纳米陶瓷颗粒与锡银铜合金结合较差的问题。
背景技术
本发明的重点在于提供一种对纳米陶瓷颗粒表面进行改性的工艺。碳化硅是一种性能优异的结构陶瓷材料，具有硬度高、高温强度大、抗蠕变性能好、耐化学腐蚀、抗氧化性能好、热膨胀系数小、高热传导率等特点，被广泛应用到制造、冶金、电子、机械，化工以及航空等领域中。
借助纳米碳化硅颗粒自身的优异性能，通过与其他材料混合，组成复合材料，以提升材料的性能是纳米陶瓷的重大应用领域之一。在微电子封装互联领域，以纳米碳化硅颗粒作为强化材料，提高锡银铜无铅焊料机械性能的研究已经展开。
目前，无铅焊料已经得到了广泛的应用。但是随着电子封装密度不断增高，尺寸不断减小，芯片功率不断增大的趋势，无铅焊料也需要进一步提高其机械性能。为了提高无铅焊料的机械性能，其中一种有效的手段是使用微小颗粒对无铅焊料进行强化，形成复合焊料。但是复合焊料并没有得到广泛的应用。主要原因就是强化颗粒与基体之间的在热学，电学，力学方面的失配，极易容易在应用过程中造成焊点失效或性能下降。典型的例子是强化颗粒和基体间热膨胀系数的失配及硬度的失配，容易在设备使用过程中易在焊点连接区域产生裂纹，最终造成焊点热机疲劳失效。因此本发明中的关键点就是如何解决纳米碳化硅颗粒与锡银铜合金结合较差的问题。
发明内容
本发明的目的是合成一种用于电子元器件焊接及表面封装的纳米陶瓷颗粒。本发明的特点是采用化学镀的方法在碳化硅纳米颗粒的表面镀一层厚度约为2-5nm的纳米银颗粒，将此表面镀银的碳化硅纳米颗粒加入锡基无铅焊料，用于增加焊料的强度，同时不影响原焊料的传热性和导电性。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
在超声震动下，将50-100nm的碳化硅纳米颗粒加入到浓度为0.05-0.5M的氯化亚锡的稀盐酸溶液中于20-80oC浸渍0.5-3h，进行表面活化。表面活化完成后在离心分离器上离心分离，将过量的亚锡离子与活化的碳化硅颗粒分离，离心分离器的操作参数为：转速3000-8000rpm，时间0.5-2h，去离子水洗两次，无水乙醇洗涤一次。在超声搅拌下将分离后的颗粒加入到浓度为0.01-0.1M的银氨溶液中，反应温度为20-80oC，反应时间为0.5-3h，在碳化硅纳米颗粒表面形成初步的纳米银颗粒，离心分离上述溶液，离心分离器的操作参数为：转速3000-8000rpm，时间0.5-2h，去离子水洗两次，无水乙醇洗涤一次，将离心后的纳米颗粒加入到含有保护剂的硝酸银溶液，这种保护剂可以防止纳米银颗粒的团聚现象，其中所述的保护剂为下述中的一种或多种：壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠，该保护剂的在溶液中的质量分数为1%-60%。然后在该溶液中加入一种还原剂，将银离子还原为银颗粒，其中所述的还原剂为下述中的一种或多种：葡萄糖、甲醛、双氧水。重复加入上述硝酸银溶液和还原剂，使原先负载在碳化硅表面的银颗粒继续长大，形成完整连续的纳米银壳，离心分离上述溶液，离心分离器的操作参数为：转速3000-8000rpm，时间0.5-2h，去离子水洗两次，无水乙醇洗涤一次。获得最终产品颗粒。
附图说明
图1为碳化硅纳米颗粒镀银前后表面形态的SEM图像，(a)为纯碳化硅纳米颗粒，(b)为表面镀银的碳化硅纳米颗粒。
图2为碳化硅纳米颗粒镀银前后表面形态的TEM图像，(a)为纯碳化硅纳米颗粒，(b)为表面镀银的碳化硅纳米颗粒。
具体实施方式
实施例1
在超声震动下，将1g直径约为50nm的碳化硅纳米颗粒加入到50mL浓度为0.1M氯化亚锡的稀盐酸溶液中，与35oC浸渍1h，进行表面活化。表面活化完成后在离心分离器上离心分离，将过量的亚锡离子与活化的碳化硅颗粒分离，离心分离器的操作参数为：转速4000rpm，时间0.5h，去离子水洗两次，无水乙醇洗涤一次。在超声搅拌下将分离后的颗粒加入到50mL浓度为0.04M的银氨溶液中，反应温度为30oC，反应时间为1h。
离心分离上述溶液，离心分离器的操作参数为：转速5000rpm，时间0.5h，去离子水洗两次，无水乙醇洗涤一次，将离心后的纳米颗粒加入到50mL浓度为0.3mM含有0.25 wt%壬基酚聚氧乙烯醚的硝酸银溶液，然后在该溶液中分别加入1mL葡萄糖和1ml（28%）的氨水溶液，将银离子还原为银颗粒，重复三次加入上述硝酸银溶液和还原剂，离心分离上述溶液，离心分离器的操作参数为：转速5000rpm，时间0.5h，去离子水洗两次，无水乙醇洗涤一次。获得最终产品颗粒。
Claims (1)
1.用于强化复合无铅焊料的纳米陶瓷颗粒的制备工艺，其特征在于采用化学镀的方法在纳米碳化硅颗粒表面镀一层厚度为 2-10nm 的纳米银，该工艺过程如下：在于在超声震动下，将颗粒直径在 50-100nm 的碳化硅纳米颗粒加入到浓度为 0.05-0.5M 的氯化亚锡的稀盐酸溶液中于 20-80 o C 浸渍 0.5-3h ，进行表面活化；表面活化完成后在离心分离器上离心分离，将过量的亚锡离子与活化的碳化硅颗粒分离，离心分离器的操作参数为：转速 3000-8000rpm ，时间 0.5-2h ，去离子水洗两次，无水乙醇洗涤一次；
在超声搅拌下将分离后的颗粒水悬浮液加入到浓度为 0.01-0.1M 的银氨溶液中，颗粒水悬浮液与银氨溶液二者之间的体积比为 1:5~1:20 ，反应温度为 20-80 o C ，反应时间为 0.5-3h ，在碳化硅纳米颗粒表面形成初步的纳米银颗粒，离心分离上述溶液，离心分离器的操作参数为：转速 3000-8000rpm ，时间 0.5-2h ，去离子水洗两次，无水乙醇洗涤一次，将离心后的纳米颗粒加入到含有保护剂的硝酸银溶液，这种保护剂可以防止纳米银颗粒的团聚现象，其中所述的保护剂为下述中的一种或多种：壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠，该保护剂在溶液中的质量分数为 1%-60%；
加入一种还原剂，将银离子还原为银颗粒，其中所述的还原剂为下述中的一种或多种：葡萄糖、甲醛、双氧水；重复加入上述硝酸银溶液和还原剂，使原先负载在碳化硅表面的银颗粒继续长大，形成完整连续的纳米银壳，离心分离上述溶液，离心分离器的操作参数为：转速 3000-8000rpm ，时间 0.5-2h ，去离子水洗两次，无水乙醇洗涤一次。
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