專利名稱：一種新型碳化硅納米顆粒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種碳化娃納米顆粒表面改性エ藝,特別是ー種新型碳化娃納米顆粒的制備方法，用于強(qiáng)化復(fù)合無鉛焊料。
背景技術(shù)：
碳化硅是ー種性能優(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，提高錫銀銅無鉛焊料機(jī)械性能的研究已經(jīng)展開。目前，無鉛焊料已經(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，芯片功率不斷増大的趨勢，無鉛焊料也需要進(jìn)ー步提高其機(jī)械性能。為了提高無鉛焊料的機(jī)械性能，其中一種有效的手段是使用微小顆粒對無鉛焊料進(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)合較差的問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供ー種新型碳化硅納米顆粒的制備方法，制備ー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ー層厚度約為2-10nm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鉛焊料，用于增加焊料的強(qiáng)度，不影響原焊料的傳熱性和導(dǎo)電性，改善其機(jī)械性能，同時解決納米陶瓷顆粒與錫銀銅合金結(jié)合較差的問題。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
ー種新型碳化硅納米顆粒的制備方法，用于強(qiáng)化復(fù)合無鉛焊料，該方法具有以下的エ藝過程和步驟在超聲震動下，將直徑為50-100nm的碳化硅納米顆粒加入到濃度為O. 05-0. 5mol/L的氯化亞錫的稀鹽酸溶液中于20_80°C浸潰O. 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，時間O. 5_2h，去離子水洗兩次，無水こ醇洗滌一次。在超聲攪拌下將分離后的顆粒加入到濃度為O. 01-0. lmol/L的銀氨溶液中，反應(yīng)溫度為20-80°C,反應(yīng)時間為O. 5-3h,在碳化娃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，時間O. 5_2h，去離子水洗兩次，無水こ醇洗滌一次，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)劑為下述中的ー種或多種壬基酚聚氧こ烯醚、聚こ烯吡咯烷酮、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ー種還原劑，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，時間O. 5_2h，去離子水洗兩次，無水こ醇洗滌一次。獲得最終鍍銀碳化娃納米顆粒。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用化學(xué)方法對碳化硅納米顆粒進(jìn)行表面功能化處理，與非化學(xué)方法相比，其操作簡便，無高溫，高壓等特殊要求，且單次處理量遠(yuǎn)高于電鍍方法，因而更易于エ業(yè)放大，同時由于整個處理過程均在溶液體系中進(jìn)行，有效的減少納米顆粒向環(huán)境中的擴(kuò)散，從而減少了對于工作人員健康的危害，做到了環(huán)境友好。


圖I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)施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖論述如下
ー種新型碳化硅納米顆粒的制備方法，用于強(qiáng)化復(fù)合無鉛焊料，該方法具有以下的エ藝過程和步驟在超聲震動下，將Ig的碳化娃納米顆粒加入到50mL濃度為O. lmol/L氯化亞錫的稀鹽酸溶液中，與35°C浸潰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,時間O. 5h，去離子水洗兩次，無水こ醇洗滌一次。在超聲攪拌下將分離后的顆粒加入到50mL濃度為O. 04mol/L的銀氨溶液中，反應(yīng)溫度為30°C，反應(yīng)時間為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，時間O. 5h，去離子水洗兩次，無水こ醇洗滌一次，將離心后的納米顆粒加入到50mL濃度為O. 3mmol/L含有O. 25 wt%壬基酚聚氧こ烯醚的硝酸銀溶液，然后在該溶液中分別加入ImL葡萄糖和Iml (28%)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,時間O. 5h,去離子水洗兩次,無水こ醇洗漆一次。獲得最終鍍銀碳化娃納米顆粒。如圖I和圖2所示，圖I為掃描電子顯微鏡(SEM)圖像，其中a為純碳化硅納米顆粒，b為鍍銀碳化硅納米顆粒。圖2為透射電子顯微鏡(TEM)圖像，其中a為純碳化硅納米顆粒，b為鍍銀碳化硅納米顆粒。
權(quán)利要求
1.ー種新型碳化硅納米顆粒的制備方法，用于強(qiáng)化復(fù)合無鉛焊料，其特征在于該方法具有以下的エ藝過程和步驟 1)在超聲震動下，將直徑為50-100nm的碳化硅納米顆粒加入到濃度為O.05-0. 5mol/L的氯化亞錫的稀鹽酸溶液中于20-80°C浸潰O. 5-3h，進(jìn)行表面活化； 2)使用離心機(jī)分離溶液，離心參數(shù)為轉(zhuǎn)速3000-8000rpm，時間O.5_2h ； 3)倒出離心管頂端液體部分，使用去離子水對底端沉積碳化硅納米顆粒洗滌兩次，再用無水こ醇洗滌一次；每次洗滌后使用步驟2)所述離心參數(shù)分離溶液； 4)在超聲攪拌下將分離后的碳化硅納米顆粒加入到濃度為O.01-0. lmol/L的銀氨溶液中，反應(yīng)溫度為20-80°C，反應(yīng)時間為O. 5-3h ； 5)重復(fù)步驟2)至3)—次； 6)將離心后的碳化硅納米顆粒加入到含有保護(hù)劑的硝酸銀溶液，所述保護(hù)劑為下述中的ー種或多種壬基酚聚氧こ烯醚、聚こ烯吡咯烷酮、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% ； 7)然后在該溶液中加入ー種還原劑，將銀離子還原為銀顆粒，其中所述的還原劑為下述中的ー種或多種葡萄糖、甲醛、雙氧水； 8)重復(fù)步驟6)和7)2至5次，使原先負(fù)載在碳化硅納米顆粒表面的銀納米顆粒繼續(xù)長大，形成完整連續(xù)的納米銀殼； 9)重復(fù)步驟2)至3)—次，獲得最終鍍銀碳化硅納米顆粒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型碳化硅納米顆粒的制備方法，用于強(qiáng)化復(fù)合無鉛焊料。目的是合成一種用于電子元器件焊接及表面封裝的碳化硅納米顆粒。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鉛焊料，用于增加焊料的強(qiáng)度，同時不影響原焊料的傳熱性和導(dǎo)電性。其操作簡便，無高溫，高壓等特殊要求，且單次處理量遠(yuǎn)高于電鍍方法，因而更易于工業(yè)放大，同時由于整個處理過程均在溶液體系中進(jìn)行，有效的減少納米顆粒向環(huán)境中的擴(kuò)散，從而減少了對于工作人員健康的危害，做到了環(huán)境友好。
文檔編號C23C18/44GK102691055SQ20121014449
公開日2012年9月26日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者劉建影 申請人:上海上大瑞滬微系統(tǒng)集成技術(shù)有限公司