CN115592123A - 一种纳米银锡合金、其制备方法及其制备装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米银锡合金，由以下质量浓度的原料制备而成，银锡离子共混液50～500g/L，还原剂200～2000g/L，保护剂10～100g/L，余量为溶剂；其中银锡离子共混液中银离子与锡离子的质量比为(1～9)：1；还原剂为硼氢化钠、柠檬酸、水合肼、硝酸亚铁、氯化亚铁、抗坏血酸以及可溶性亚铁盐的一种或几种；保护剂为柠檬酸钠、PVP、PVA以及PEG的一种或几种。本发明还公开了上述纳米银锡合金的制备方法及制备装置，本发明制备得到的纳米银锡合金颗粒，颗粒尺寸集中在20nm附近，离散性小，颗粒尺寸均匀，在小于200℃的温度下能够完成连接同时可在高温(300℃)环境下可靠工作，可用于第三代宽带隙半导体元器件。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，具体为一种纳米银锡合金、纳米银锡合金的制备方法以及纳米银锡合金的制备装置。
背景技术
现有的耐高温、大功率的宽带隙半导体器件(如碳化硅和氮化镓)，其具有较高的阻断电压、低开关损耗以及耐高温抗辐射等特点，能在高温环境下(比方，300℃)保持非常良好的半导体特性。为了满足这类产品的苛刻要求，相应的电气连接和材料就必须具备在较高温下工作的可靠性。
目前，为了实现半导体元器件与封装基板(一般是热沉积陶瓷/有机板)的电气连接，最常使用的就是合金焊料或导电胶，但是，绝大多数的合金焊料和导电胶的可靠的工作温度远低于200℃。如何保证电气材料在较低的温度(小于200℃)完成连接的同时能够可靠的长期运行在300℃(即低温烧结互连技术)是解决第三代宽带隙半导体元器件的关键所在。
低温烧结互连技术的实现主要是基于金属颗粒尺寸效应，众所周知，当金属颗粒尺寸小于100nm的时候，金属的熔点会随着颗粒尺寸减小而降低并可远低于自身熔点(称Tm)，当纳米颗粒小于50nm时，金属熔点通常在0.2Tm-0.3Tm范围内。然而，随着金属颗粒尺寸进一步减低，由于表面能的原因，金属颗粒极易聚团，导致金属失去纳米尺寸效应。现有公开专利CN 103160166 B公开一种纳米银锡铜导电油墨，制备具有纳米尺寸的银锡铜颗粒，但是其金属颗粒尺寸分布在10-80nm，颗粒尺寸的离散性太大且制备过程中铜和锡极易氧化。另有公开专利CN112059205 A一种稳定粒径纳米银的制备方法，通过添加大量的有机保护剂可以制备出颗粒尺寸分布集中在20nm的纳米银颗粒，然而大量的保护剂的清洗以及后续对烧结的阻碍作用都导致该方法制备的纳米颗粒尺寸费时费力，同时该方法制备的纳米银颗粒烧结过程中需要加压，这样就不适合于半导体元器件的电气互连的烧结生产过程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米银锡合金、纳米银锡合金的制备方法以及制备装置，以解决现有的颗粒尺寸离散性大的问题，为第三代半导体元器件的高温使用但低温烧结互连技术提供一个新的材料。本发明采用以下技术方案：
本发明公开了一种纳米银锡合金，由以下质量浓度的原料制备而成，银锡离子共混液50～500g/L，还原剂200～2000g/L，保护剂10～100g/L，余量为溶剂。其中银锡离子共混液中银离子与锡离子的质量比为(1～9)：1。所述的还原剂为硼氢化钠、柠檬酸、水合肼、硝酸亚铁、氯化亚铁、抗坏血酸以及可溶性亚铁盐的一种或几种。所述的保护剂为柠檬酸钠、PVP、PVA以及PEG的一种或几种。
其中，所述的银锡离子共混液由可溶性银盐和可溶性锡盐混合而成：其中可溶性银盐为硝酸银、氟化银、乙酸银中的一种，所述的可溶性锡盐为硝酸锡、甲基磺酸锡、羟基甲烷磺酸锡中的一种。
其中，所述的溶剂为去离子水，或者去离子水与乙二醇的混合液，其中去离子与乙二醇的混合液中去离子水占溶剂的质量比重为80～95％。
优选地，纳米银锡合金，由以下重量份数的原料制备而成：银锡离子共混液100g/L，还原剂300g/L，保护剂20g/L，余量为溶剂。其中银锡离子共混液中银离子与锡离子的质量比为9：1；所述的还原剂为氯化亚铁和抗坏血酸的混合液，氯化亚铁占还原剂的质量比重为50％；所述的保护剂为PVP。
其中，纳米银锡合金为尺寸10～30nm的颗粒合金。
本发明还公开了一种纳米银锡合金的制备方法，包括以下过程：
a.根据权利要求1～5任一项所述的纳米银锡合金，称取相应质量的原料。
b.取银锡离子共混液、一半的保护剂及一半的溶剂混合为混合液A放入反应器中，并将反应器置于冰水浴中，搅拌。
c.取还原剂、余下的一半保护剂及一半的溶剂混合为混合液B。
d.制备洗气液，并将洗气液装于洗气瓶中并置于温度为30-60℃的水浴中。
e.往设置有混合液A的密闭的反应器中直接通入惰性气体20～40分钟后，往反应器中滴加混合液B，滴加的过程中，惰性气体先经过洗气瓶后通入反应器中，直至混合液B完全滴入反应器中与混合液A充分反应。
f.待反应完成后，将反应液经经过离心后冷冻干燥，即可获得纳米银锡合金颗粒。
优选地，所述的过程e中通入惰性气体的流量为20～30ml/h。
优选地，所述的过程d中洗气液为浓度为400g/L～550g/L的硼氢化钠溶液。
本发明还公开了一种纳米银锡合金的制备装置，包括：反应器，其至少设置有第一开口及第二开口，每个开口处设置有密封塞；漏斗，其从第一开口的密封塞中插入至反应器内，所述的漏斗上设置有控制漏斗内的液体通入反应器内的漏斗阀门；冰水浴容器，用于盛装-5-5℃的冰水，所述的烧瓶反应器固定在冰水浴容器上方，使烧瓶反应器的底部浸于冰水中；洗气瓶，用于盛装洗气液；热水浴容器，用于盛装热水，所述的洗气瓶固定在热水浴容器上方，使洗气瓶底部浸于热水中；惰性气体通路，由第一管路段，第二管路段及第三管路段组成，所述的第一管路段入口端用于通入惰性气体，第一管路段出口端插入至洗气瓶下方，所述的第一管路段入口端与出口端之间设有第一阀门；所述的第二管路段入口端插入至洗气瓶上方，第二管路段出口端插入至反应器的第二开口内；所述的第三管路段连通第一管路段与第二管路段，第三管路段位于第一阀门前端，第三管路段上设置有第二阀门。
优选地，所述的反应器为三口烧瓶反应器，其还包括用于通入反应原料的第三开口。
由于采用了上述方案，本发明具有如下有益效果：
1、本发明制备得到的纳米银锡合金颗粒，颗粒尺寸分布在10-30nm，集中在20nm附近，离散性小，颗粒尺寸均匀。采用本发明合金制得的电气材料在小于200℃的温度下能够完成连接同时可在高温(300℃)环境下可靠工作，可用于第三代宽带隙半导体元器件。
2、本发明的制备方法通过在金属合金化的制备过程中通入惰性气体避免了锡的氧化，制得的纳米银锡颗粒尺寸均匀，尺寸分布范围集中，且锡无氧化现象，适合做为耐高温、大功率的宽带隙半导体器件的电气连接材料。
3、本发明的制备装置通过设置密封的反应器，在反应器内添加混合液A，通过漏加混合液B，反应的过程中通过惰性气体通路同时通入惰性气体，结构合理，严格的控制了反应过程，使得混合液A和混合液B充分反应，同时避免了锡被氧化，适宜生产。
附图说明
图1是本发明纳米银锡合金的制备装置的结构示意图。
图2是实施例中纳米银锡合金颗粒的多晶衍射图。
图3是实施例中纳米银锡合金颗粒的扫描电镜图。
主要符号说明：
1：三口烧瓶反应器，11：第一开口，12：第二开口，13：第三开口，14：密封塞，2：漏斗，21：漏斗阀门，3：冰水浴容器，4：洗气瓶，5：热水浴容器，6：惰性气体通路，61：第一管路段，62：第二管路段，63：第三管路段64：第一阀门，65：第二阀门。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述。
本实施例公开了一种纳米银锡合金，由以下原料制备而成：
银锡离子共混液50～500g/L，银锡离子共混液由可溶性银盐和可溶性锡盐混合而成：其中可溶性银盐为硝酸银、氟化银、乙酸银中的一种，可溶性锡盐为硝酸锡、甲基磺酸锡或羟基甲烷磺酸锡中的一种。银离子与锡离子的质量比为(1～9)：1。
还原剂200～2000g/L，还原剂为硼氢化钠、柠檬酸、水合肼、硝酸亚铁、氯化亚铁、抗坏血酸以及可溶性亚铁盐的一种或几种。
保护剂10～100g/L，保护剂为柠檬酸钠、PVP、PVA以及PEG的一种或几种。
余量为溶剂。溶剂可为去离子水，或者为去离子水与乙二醇的混合液，其中去离子与乙二醇的混合液中去离子水占溶剂的质量比重为80～95％。
表1中列出了3种实施方式的银锡离子共混液的配比方案。
表1银锡离子共混液的组成配比
将可溶性银盐与可溶性锡盐溶于水混合制得的银锡离子共混液，作为纳米银锡合金的主原料，再加入其余的原料制得本发明的纳米银锡合金，表2中列出了几种纳米银锡合金原料组成的配比方案。
表2纳米银锡合金的组成配比
本发明公开了上述纳米银锡合金的制备装置，具体的制备装置如图1所示。以下对该装置的结构进行详细说明。
纳米银锡合金的制备装置包括反应器、漏斗2、冰水浴容器3、洗气瓶4、热水浴容器5及惰性气体通路6。
本实施例中反应器选用三口烧瓶反应器1，包括第一开口11、第二开口12及第三开口13，每个开口处设置有密封塞14。第一开口11位于三口烧瓶反应器1的正中间用于连接漏斗2，第二开口12用于连接惰性气体通路6，第三开口13用于通入反应原料。在其它的实施方式中，也可以选用只具有第一开口11和第二开口12的反应器，反应原料通过打开密封塞14预先添加至反应器中。
漏斗2可以选用圆形漏斗，漏斗2固定于三口烧瓶反应器1正中间的第一开口11上，其从第一开口11的密封塞14中插入至三口烧瓶反应器1内。漏斗2上设置有控制漏斗2内的液体通入反应器内的漏斗阀门21。
三口烧瓶反应器1固定在冰水浴容器3上方，使三口烧瓶反应器1的底部浸于冰水中。冰水浴容器3用于盛装-5-5℃的冰水，使得反应在-5～5℃环境中进行。
洗气瓶4固定在热水浴容器5上方，使洗气瓶4的底部浸于热水中。洗气瓶4用于盛装洗气液。洗气液可以选用400g/L～550g/L的硼氢化钠溶液。热水浴容器5用于盛装45℃～55℃的热水。
惰性气体通路6由第一管路段61，第二管路段62及第三管路段63组成。第一管路段61入口端用于通入惰性气体，惰性气体可以选用氮气或氩气。第一管路段61出口端插入至洗气瓶4下方。第一管路段61入口端与出口端之间设有第一阀门64。第二管路段62入口端插入至洗气瓶4上方，第二管路段62出口端插入至反应器的第二开口12内。第三管路段63连通第一管路段61与第二管路段62，第三管路段63位于第一阀门64前端，第三管路段63上设置有第二阀门65。第三管路段63位于第一阀门64的前端，使得第一阀门64和第二阀门65可以单独分别控制第一管路段61和第三管路段63的连通和阻断。
本发明还公开了纳米银锡合金的制备方法，采用表2中配方F1的原料，采用本发明纳米银锡合金的制备装置进行制备，具体制备步骤如下。
a.称取原料
根据纳米银锡合金的组成原料配比，称取相应质量的原料。
b.制备混合液A
取银锡离子共混液、一半的保护剂及一半的溶剂混合为混合液A放入三口烧瓶反应器1中，并将三口烧瓶反应器1置于冰水浴容器3中，搅拌。混合液A可以通过第三开口13通入至三口烧瓶反应器1中，放于0℃冰水浴中，强力搅拌。
c.制备混合液B
取还原剂、余下的一半保护剂及一半的溶剂混合为混合液B。
d.制备洗气液
制备浓度为500g/L的硼氢化钠洗气液，并将硼氢化钠洗气液装于洗气瓶4中并置于温度为50℃的热水浴容器5中。
e.反应
往设置有混合液A的密闭的三口烧瓶反应器1中直接通入惰性气体20～40分钟后，往反应器中滴加混合液B，滴加的过程中，惰性气体先经过洗气瓶4后通入反应器中，直至混合液B完全滴入反应器中与混合液A充分反应。
反应的操作过程如下：
(1)打开第二阀门65，关闭第一阀门64和漏斗阀门21，往三口烧瓶反应器1中直接通入惰性气体30分钟，通入惰性气体的流量为20mL/h。
(2)关闭第二阀门65，打开第一阀门64和漏斗阀门21，混合液B缓慢的滴加到三口烧瓶反应器1中的混合液A中，此时惰性气体经过洗气瓶4中的后再通入三口烧瓶反应器1中，通入惰性气体的流量为20mL/h，直至反应完成。
f.反应完成后，将反应液经经过离心后冷冻干燥，即可获得纳米银锡合金颗粒。
将本实施例制得的纳米银锡合金颗粒放在多晶衍射衍射仪器上进行分析，得到图2的多晶衍射图，由图2可知，本实施例方案制备出的银锡材料为纯净的银锡复合粉末，同时锡没有被氧化。将本实施例制得的纳米银锡合金颗粒放于电子显微镜下得到扫描电镜图3，从图3可以看出本发明的纳米银锡合金的颗粒尺寸主要集中在20nm上，颗粒均匀度高，离散性好。
将本发明制得的纳米银锡合金颗粒制备得到的电气连接材料可以在小于200℃下与大功率的宽带隙半导体器件(如碳化硅和氮化镓)完成连接，并且可以运行在300℃的工作环境中。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种纳米银锡合金，其特征在于：由以下质量浓度的原料制备而成，
银锡离子共混液50～500g/L，
还原剂200～2000g/L，
保护剂10～100g/L，
余量为溶剂；
其中银锡离子共混液中银离子与锡离子的质量比为(1～9)：1；所述的还原剂为硼氢化钠、柠檬酸、水合肼、硝酸亚铁、氯化亚铁、抗坏血酸以及可溶性亚铁盐的一种或几种；所述的保护剂为柠檬酸钠、PVP、PVA以及PEG的一种或几种。
2.如权利要求1所述的纳米银锡合金，其特征在于：所述的银锡离子共混液由可溶性银盐和可溶性锡盐混合而成：其中可溶性银盐为硝酸银、氟化银、乙酸银中的一种，所述的可溶性锡盐为硝酸锡、甲基磺酸锡、羟基甲烷磺酸锡中的一种。
3.如权利要求1所述的纳米银锡合金，其特征在于：所述的溶剂为去离子水，或者去离子水与乙二醇的混合液，其中去离子与乙二醇的混合液中去离子水占溶剂的质量比重为80～95％。
4.如权利要求3所述的纳米银锡合金，其特征在于：由以下重量份数的原料制备而成：
银锡离子共混液100g/L，
还原剂300g/L，
保护剂20g/L，
余量为溶剂；
其中，银锡离子共混液中银离子与锡离子的质量比为9：1；所述的还原剂为氯化亚铁和抗坏血酸的混合液，氯化亚铁占还原剂的质量比重为50％；所述的保护剂为PVP。
5.如权利要求1所述的纳米银锡合金，其特征在于：纳米银锡合金为尺寸10～30nm的颗粒合金。
6.一种纳米银锡合金的制备方法，其特征在于，包括以下过程：
a.根据权利要求1～5任一项所述的纳米银锡合金，称取相应质量的原料；
b.取银锡离子共混液、一半的保护剂及一半的溶剂混合为混合液A放入反应器中，并将反应器置于冰水浴中，搅拌；
c.取还原剂、余下的一半保护剂及一半的溶剂混合为混合液B；
d.制备洗气液，并将洗气液装于洗气瓶中并置于温度为30-60℃的水浴中；
e.往设置有混合液A的密闭的反应器中直接通入惰性气体20～40分钟后，往反应器中滴加混合液B，滴加的过程中，惰性气体先经过洗气瓶后通入反应器中，直至混合液B完全滴入反应器中与混合液A充分反应；
f.待反应完成后，将反应液经经过离心后冷冻干燥，即可获得纳米银锡合金颗粒。
7.如权利要求6所述的纳米银锡合金的制备方法，其特征在于，所述的过程e中通入惰性气体的流量为20～30ml/h。
8.如权利要求6所述的纳米银锡合金的制备方法，其特征在于，所述的过程d中洗气液为浓度为400g/L～550g/L的硼氢化钠溶液。
9.一种纳米银锡合金的制备装置，其特征在于，包括：
反应器，其至少设置有第一开口及第二开口，每个开口处设置有密封塞；
漏斗，其从第一开口的密封塞中插入至反应器内，所述的漏斗上设置有控制漏斗内的液体通入反应器内的漏斗阀门；
冰水浴容器，用于盛装-5-5℃的冰水，所述的烧瓶反应器固定在冰水浴容器上方，使烧瓶反应器的底部浸于冰水中；
洗气瓶，用于盛装洗气液；
热水浴容器，用于盛装热水，所述的洗气瓶固定在热水浴容器上方，使洗气瓶底部浸于热水中；
惰性气体通路，由第一管路段，第二管路段及第三管路段组成，所述的第一管路段入口端用于通入惰性气体，第一管路段出口端插入至洗气瓶下方，所述的第一管路段入口端与出口端之间设有第一阀门；所述的第二管路段入口端插入至洗气瓶上方，第二管路段出口端插入至反应器的第二开口内；所述的第三管路段连通第一管路段与第二管路段，第三管路段位于第一阀门前端，第三管路段上设置有第二阀门。
10.如权利要求9所述的纳米银锡合金的制备装置，其特征在于，所述的反应器为三口烧瓶反应器，其还包括用于通入反应原料的第三开口。
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Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20080010691A (ko) * | 2006-07-27 | 2008-01-31 | 주식회사 엘지화학 | 은, 구리, 및 주석을 포함하는 합금 나노입자 및 그제조방법 |
| CN102528055A (zh) * | 2012-02-13 | 2012-07-04 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种银氧化锡复合粉体的制备方法及其应用 |
| CN203683427U (zh) * | 2013-12-27 | 2014-07-02 | 安徽淮化股份有限公司 | 一种用于制备亚硝酸甲酯标准气的装置 |
| CN104014947A (zh) * | 2014-06-25 | 2014-09-03 | 北京理工大学 | 一种纳米Ag3Sn颗粒增强的复合无铅焊锡膏及制备方法 |
| CN104259479A (zh) * | 2014-10-09 | 2015-01-07 | 昆山成利焊锡制造有限公司 | 焊膏用纳米锡合金粉末的制备方法 |
| CN106475711A (zh) * | 2016-10-21 | 2017-03-08 | 中国计量大学 | 一种纳米锡银铜焊粉的制备工艺 |
| CN206405434U (zh) * | 2016-12-16 | 2017-08-15 | 昆明理工大学 | 一种超声波辅助还原法连续制备纳米胶态铂分散体的装置 |
| CN107117581A (zh) * | 2017-06-06 | 2017-09-01 | 广西大学 | 一种高纯度二氧化氯的制备与控制分解方法 |
| CN110052736A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-07-26 | 中国计量大学 | 一种低熔点纳米锡银铜合金的制备方法 |
| CN110732678A (zh) * | 2019-11-04 | 2020-01-31 | 厦门银方新材料科技有限公司 | 纳微米锡铋合金球状粉体及其湿化学制备方法 |
| CN111013524A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-17 | 中国环境科学研究院 | 一种铁的氧化物磁性纳米材料的合成装置及合成方法 |
-
2021
- 2021-06-28 CN CN202110720919.8A patent/CN115592123B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20080010691A (ko) * | 2006-07-27 | 2008-01-31 | 주식회사 엘지화학 | 은, 구리, 및 주석을 포함하는 합금 나노입자 및 그제조방법 |
| CN102528055A (zh) * | 2012-02-13 | 2012-07-04 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种银氧化锡复合粉体的制备方法及其应用 |
| CN203683427U (zh) * | 2013-12-27 | 2014-07-02 | 安徽淮化股份有限公司 | 一种用于制备亚硝酸甲酯标准气的装置 |
| CN104014947A (zh) * | 2014-06-25 | 2014-09-03 | 北京理工大学 | 一种纳米Ag3Sn颗粒增强的复合无铅焊锡膏及制备方法 |
| CN104259479A (zh) * | 2014-10-09 | 2015-01-07 | 昆山成利焊锡制造有限公司 | 焊膏用纳米锡合金粉末的制备方法 |
| CN106475711A (zh) * | 2016-10-21 | 2017-03-08 | 中国计量大学 | 一种纳米锡银铜焊粉的制备工艺 |
| CN206405434U (zh) * | 2016-12-16 | 2017-08-15 | 昆明理工大学 | 一种超声波辅助还原法连续制备纳米胶态铂分散体的装置 |
| CN107117581A (zh) * | 2017-06-06 | 2017-09-01 | 广西大学 | 一种高纯度二氧化氯的制备与控制分解方法 |
| CN110052736A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-07-26 | 中国计量大学 | 一种低熔点纳米锡银铜合金的制备方法 |
| CN110732678A (zh) * | 2019-11-04 | 2020-01-31 | 厦门银方新材料科技有限公司 | 纳微米锡铋合金球状粉体及其湿化学制备方法 |
| CN111013524A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-17 | 中国环境科学研究院 | 一种铁的氧化物磁性纳米材料的合成装置及合成方法 |
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