CN107570912B - 一种具有高润湿性能的纳米银焊膏的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有高润湿性能的纳米银焊膏的制备方法，涉及纳米材料的制备技术领域，解决的问题是提供一种润湿性好的纳米银焊膏，使其与芯片间的接触更加紧密，从而提高连接强度和可靠性。该方法将硼氢化钠、12‑3‑12型Gemini（双子）季铵盐、聚乙烯吡络烷酮（PVP）、六偏磷酸钠混合配成还原液，滴加稀硝酸调节PH值，磁力搅拌下，将硝酸银溶液加入到还原液中液相化学还原得到纳米银焊膏。本发明的技术方案可提高纳米银焊膏的润湿性能，使其与芯片间的接触更加紧密，提高纳米银焊膏的烧结致密性、连接强度及可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料的制备技术领域，尤其是涉及一种具有高润湿性能的纳米银焊膏的制备方法。
背景技术
润湿性就是当两种非混相流体呈现于固相介质表面时，某一流体相优先润湿固体表面的能力。在电子封装中，润湿是液态焊料在固态基板表面铺展能力的度量，如熔融的无铅焊料在固体焊盘表面充分扩展和均匀扩散的过程。
对于如Sn3Ag0.5Cu 无铅焊料等传统互连材料来说，由于无铅焊料的润湿性不好而导致其印刷性能不佳，也是制约其无铅化进程的最大障碍；润湿性不好不仅在工艺方面容易产生漏印、印刷不均匀、桥连等缺陷，在互连过程中也容易造成如虚焊、形成空洞、裂纹等可靠性问题。作为新型互连材料纳米银焊膏，其功能相银具有卓越的导电和导热性能、较高的熔点并能实现低温下烧结等优势而受到广泛的关注；然而纳米银焊膏同样存在与基板表面或芯片间的接触不够紧密和难于在基板上印刷等润湿性能比较差的问题，进而影响纳米银焊膏的烧结致密性及其互连强度和可靠性。因此提高纳米银焊膏的润湿性对于高功率模块器件的可靠性来说至关重要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明所解决的技术问题是提供一种润湿性好的纳米银焊膏，使其与芯片间的接触更加紧密，从而提高连接强度和可靠性。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种具有高润湿性能的纳米银焊膏的制备方法，包括如下步骤：
（1）将硝酸银固体溶解于蒸馏水中，制备浓度为0.1~1mol/L的硝酸银水溶液。
（2）将还原剂、复配稳定剂、分散剂混合后溶于蒸馏水中配成还原液，搅拌均匀后滴加PH值调节剂调节体系PH值为3~7。
（3）在30~60℃的水浴下均匀搅拌所述还原液，然后逐滴滴加所述硝酸银水溶液，滴加完全后即可得到被复配稳定剂包裹着的纳米银颗粒浆料。
（4）对所述纳米银颗粒浆料进行2~3的洗涤、离心分离后调节其粘度即可得到具有良好润湿性的纳米银焊膏。
为确保反应完全，作为本发明的进一步改进，步骤（2）中所述还原液各组分用量为：所述还原剂的用量是理论用量的2~4倍，所述复配稳定剂的总质量是所述硝酸银质量的1~1.5倍，所述分散剂的质量是所述硝酸银质量的0.1~0.15倍。
所述复配还原剂组成包括非离子表面活性剂和双子表面活性剂复配，其比例范围为0.2~2。
所述双子表面活性剂为季铵盐阳离子型表面活性剂或磷酸盐阴离子型表面活性剂。
所述季铵盐为12-3-12型双子季铵盐。
所述非离子表面活性剂为聚乙烯吡络烷酮或聚乙二醇辛基苯基醚或司盘系列中的一种或吐温系列中的一种，优选为聚乙烯吡络烷酮。
所述还原剂为硼氢化钠，其浓度为0.1~0.5mol/L。
所述分散剂为六偏磷酸钠。
所述PH调节剂为氢氧化钠或氨水或稀硫酸或稀硝酸。
釆用本发明的技术方案的有益效果：
（1）通过液相化学还原法制备润湿性能良好的纳米银焊膏，其工艺简单、易于操作、原料易得、设备简单、产率高、便于工业规模化生产；
（2）复配非离子表面活性剂与Gemini表面活性剂产生的协同效应，大大降低了分子的表面张力，使得复配稳定剂更容易吸附在纳米银颗粒表面，提高纳米银颗粒的分散性，有效防止纳米颗粒易于团聚的现象；
（3）纳米银焊膏中存在的Gemini表面活性剂具有很好的润湿性能，更容易在基板上印刷，提高了纳米银焊膏的润湿性，使其与芯片间的接触更加紧密，从而提高纳米银焊膏的连接强度和可靠性。
附图说明
图1为本发明纳米银焊膏的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的内容作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。
图1示出了一种具有高润湿性能的纳米银焊膏的制备方法，包括如下步骤：
（1）将硝酸银固体溶解于蒸馏水中，制备浓度为0.1~1mol/L的硝酸银水溶液。
（2）将还原剂、复配稳定剂、分散剂混合后溶于蒸馏水中配成还原液，搅拌均匀后滴加PH值调节剂调节体系PH值为3~7。
（3）在30~60℃的水浴下均匀搅拌所述还原液，然后逐滴滴加所述硝酸银水溶液，滴加完全后即可得到被复配稳定剂包裹着的纳米银颗粒浆料。
（4）对所述纳米银颗粒浆料进行2~3的洗涤、离心分离后调节其粘度即可得到具有良好润湿性的纳米银焊膏。
为确保反应完全，作为本发明的进一步改进，步骤2中所述还原液各组分用量为：所述还原剂的用量是理论用量的2~4倍，所述复配稳定剂的总质量是所述硝酸银质量的1~1.5倍，所述分散剂的质量是所述硝酸银质量的0.1~0.15倍。
所述复配还原剂组成包括非离子表面活性剂和双子表面活性剂复配，其比例范围为0.2~2。
所述双子表面活性剂为季铵盐阳离子型表面活性剂或磷酸盐阴离子型表面活性剂。
所述季铵盐为12-3-12型 双子季铵盐。
所述非离子表面活性剂为聚乙烯吡络烷酮或聚乙二醇辛基苯基醚或司盘系列中的一种或吐温系列中的一种，优选为聚乙烯吡络烷酮。
所述还原剂为硼氢化钠，其浓度为0.1~0.5mol/L。
所述分散剂为六偏磷酸钠。
所述PH调节剂为氢氧化钠或氨水或稀硫酸或稀硝酸。
实施例1
一种纳米银焊膏的制备工艺，包括如下步骤：
（1）称取1.00g硝酸银固体溶解于58.8mL蒸馏水中，制备浓度为0.1mol/L的硝酸银水溶液。
（2）再分别称取0.22g 硼氢化钠（0.1mol/L）、0.75g 12-3-12型 Gemini（双子）季铵盐、0.75g PVP、0.10g六偏磷酸钠溶于57.8mL蒸馏水中配成5组相同的还原液，其中硼氢化钠的用量是理论用量的4倍，Gemini（双子）季铵盐和PVP的总质量是硝酸银质量的1.5倍，六偏磷酸钠的质量是硝酸银质量的0.1倍。搅拌均匀使其完全溶解后滴加一定量的稀硝酸调节体系PH值为5。
（3）分别在30℃、40℃、50℃、60℃的水浴下均匀搅拌还原液，然后向还原液以5滴/min的速度逐滴滴加硝酸银水溶液，滴加完全后继续搅拌30min即可得到被复配稳定剂包裹着的纳米银颗粒浆料。
（4）采用无水乙醇、去离子水对得到的浆料进行2~3的洗涤、离心分离后调节其粘度即可得到具有良好润湿性的纳米银焊膏。
实施例2
根据实施例1相同的方法，在复配稳定剂总质量不变条件下，通过改变复配稳定剂各组分质量比，由12-3-12型 Gemini（双子）季铵盐：PVP=1：1变为12-3-12型 Gemini（双子）季铵盐：PVP=2：1，并以硼氢化钠为还原剂、12-3-12型 Gemini（双子）季铵盐和聚乙烯吡络烷酮（PVP）为复配稳定剂、六偏磷酸钠为分散剂的相同体系，通过液相化学还原法制备润湿性能良好的纳米银焊膏。
实施例3
根据实施例1相同的方法，在复配稳定剂总质量不变条件下，通过改变复配稳定剂各组分质量比，由12-3-12型 Gemini（双子）季铵盐：PVP=1：1变为12-3-12型 Gemini（双子）季铵盐：PVP=1：2，并以硼氢化钠为还原剂、12-3-12型 Gemini（双子）季铵盐和聚乙烯吡络烷酮（PVP）为复配稳定剂、六偏磷酸钠为分散剂的相同体系，通过液相化学还原法制备润湿性能良好的纳米银焊膏。
实施例5
根据实施例1相同的方法，在复配稳定剂总质量不变条件下，通过改变复配稳定剂各组分质量比，由12-3-12型 Gemini（双子）季铵盐：PVP=1：1变为12-3-12型 Gemini（双子）季铵盐：PVP=1：3，并以硼氢化钠为还原剂、12-3-12型 Gemini（双子）季铵盐和聚乙烯吡络烷酮（PVP）为复配稳定剂、六偏磷酸钠为分散剂的相同体系，通过液相化学还原法制备润湿性能良好的纳米银焊膏。
实施例6
根据实施例1相同的方法，在复配稳定剂总质量不变条件下，通过改变复配稳定剂各组分质量比，由12-3-12型 Gemini（双子）季铵盐：PVP=1：1变为12-3-12型 Gemini（双子）季铵盐：PVP=1：4，并以硼氢化钠为还原剂、12-3-12型 Gemini（双子）季铵盐和聚乙烯吡络烷酮（PVP）为复配稳定剂、六偏磷酸钠为分散剂的相同体系，通过液相化学还原法制备润湿性能良好的纳米银焊膏。
实施例7
根据实施例1相同的方法，在复配稳定剂总质量不变条件下，通过改变复配稳定剂各组分质量比，由12-3-12型 Gemini（双子）季铵盐：PVP=1：1变为12-3-12型 Gemini（双子）季铵盐：PVP=1：5，并以硼氢化钠为还原剂、12-3-12型 Gemini（双子）季铵盐和聚乙烯吡络烷酮（PVP）为复配稳定剂、六偏磷酸钠为分散剂的相同体系，通过液相化学还原法制备润湿性能良好的纳米银焊膏。
釆用本发明的技术方案可提高纳米银焊膏的润湿性能，使其与芯片间的接触更加紧密，提高纳米银焊膏的烧结致密性、连接强度及可靠性。
以上结合附图和实施例对本发明做出了充分说明，但不限于所陈述的实施方式，本领域技术人员依据本发明精神和原理作出的变型、变化、替代和变换均落入本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种具有高润湿性能的纳米银焊膏的制备方法，包括如下步骤：
（1）将硝酸银固体溶解于蒸馏水中，制备硝酸银水溶液；
（2）将还原剂、复配稳定剂、分散剂混合后溶于蒸馏水中配成还原液，搅拌均匀后滴加PH值调节剂调节体系PH值；
（3）在水浴条件下，均匀搅拌所述还原液，然后逐滴加入所述硝酸银水溶液，滴加完全后得到被所述复配稳定剂包裹着的纳米银颗粒浆料；
（4）对所述纳米银颗粒浆料进行洗涤、离心分离后，调节其粘度得到具有良好润湿性能的纳米银焊膏；其特征在于：
所述复配稳定剂组成包括非离子表面活性剂和双子表面活性剂复配，其比例范围为0.2 ~2；
所述双子表面活性剂为季铵盐阳离子型表面活性剂或磷酸盐阴离子型表面活性剂；
所述季铵盐为12-3-12型双子季铵盐；
所述PH调节剂为稀硝酸。
2.根据权利要求1所述的具有高润湿性能的纳米银焊膏的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述硝酸银水溶液浓度为0.1~1mol/L，步骤（2）中所述调节体系PH值为3~7，步骤（3）中所述水浴条件温度为30℃~60℃。
3.根据权利要求2所述的具有高润湿性能的纳米银焊膏的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述还原液各组分用量为：所述还原剂的用量是理论用量的2~4倍，所述复配稳定剂的总质量是所述硝酸银质量的1~1.5倍，所述分散剂的质量是所述硝酸银质量的0.1~0.15倍。
4.根据权利要求1所述的具有高润湿性能的纳米银焊膏的制备方法，其特征在于：所述非离子表面活性剂为聚乙烯吡络烷酮或聚乙二醇辛基苯基醚或司盘系列中的一种或吐温系列中的一种。
5.根据权利要求1至3任一项所述的具有高润湿性能的纳米银焊膏的制备方法，其特征在于：所述还原剂为硼氢化钠，其浓度为0.1~0.5mol/L。
6.根据权利要求1至3任一项所述的具有高润湿性能的纳米银焊膏的制备方法，其特征在于：所述分散剂为六偏磷酸钠。
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