专利名称：一种新型碳化硅纳米颗粒的制备方法
技术领域：
本发明涉及ー种碳化娃纳米颗粒表面改性エ艺,特别是ー种新型碳化娃纳米颗粒的制备方法，用于强化复合无铅焊料。
背景技术：
碳化硅是ー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，芯片功率不断増大的趋势，无铅焊料也需要进ー步提高其机械性能。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，最終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
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供ー种新型碳化硅纳米颗粒的制备方法，制备ー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ー层厚度约为2-10nm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，用于增加焊料的強度，不影响原焊料的传热性和导电性，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。本发明的目的是通过下述技术方案实现的
ー种新型碳化硅纳米颗粒的制备方法，用于强化复合无铅焊料，该方法具有以下的エ艺过程和步骤在超声震动下，将直径为50-100nm的碳化硅纳米颗粒加入到浓度为O. 05-0. 5mol/L的氯化亚锡的稀盐酸溶液中于20_80°C浸溃O. 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，离心分离器的操作參数为转速3000-8000rpm，时间O. 5_2h，去离子水洗两次，无水こ醇洗涤一次。在超声搅拌下将分离后的颗粒加入到浓度为O. 01-0. lmol/L的银氨溶液中，反应温度为20-80°C,反应时间为O. 5-3h,在碳化娃纳米颗粒表面形成初步的纳米银颗粒,离心分离上述溶液，离心分离器的操作參数为转速3000-8000rpm，时间O. 5_2h，去离子水洗两次，无水こ醇洗涤一次，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ー种或多种壬基酚聚氧こ烯醚、聚こ烯吡咯烷酮、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ー种还原剂，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，离心分离器的操作參数为转速3000-8000rpm，时间O. 5_2h，去离子水洗两次，无水こ醇洗涤一次。获得最终镀银碳化娃纳米颗粒。本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点本发明采用化学方法对碳化硅纳米颗粒进行表面功能化处理，与非化学方法相比，其操作简便，无高温，高压等特殊要求，且单次处理量远高于电镀方法，因而更易于エ业放大，同时由于整个处理过程均在溶液体系中进行，有效的减少纳米颗粒向环境中的扩散，从而减少了对于工作人员健康的危害，做到了环境友好。
图I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。
具体实施例方式本发明的优选实施例结合附图论述如下
ー种新型碳化硅纳米颗粒的制备方法，用于强化复合无铅焊料，该方法具有以下的エ艺过程和步骤在超声震动下，将Ig的碳化娃纳米颗粒加入到50mL浓度为O. lmol/L氯化亚锡的稀盐酸溶液中，与35°C浸溃lh，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，离心分离器的操作參数为转速4000rpm,时间O. 5h，去离子水洗两次，无水こ醇洗涤一次。在超声搅拌下将分离后的颗粒加入到50mL浓度为O. 04mol/L的银氨溶液中，反应温度为30°C，反应时间为lh，离心分离上述溶液，离心分离器的操作參数为转速5000rpm，时间O. 5h，去离子水洗两次，无水こ醇洗涤一次，将离心后的纳米颗粒加入到50mL浓度为O. 3mmol/L含有O. 25 wt%壬基酚聚氧こ烯醚的硝酸银溶液，然后在该溶液中分别加入ImL葡萄糖和Iml (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，离心分离器的操作參数为转速5000rpm,时间O. 5h,去离子水洗两次,无水こ醇洗漆一次。获得最终镀银碳化娃纳米颗粒。如图I和图2所示，图I为扫描电子显微镜(SEM)图像，其中a为纯碳化硅纳米颗粒，b为镀银碳化硅纳米颗粒。图2为透射电子显微镜(TEM)图像，其中a为纯碳化硅纳米颗粒，b为镀银碳化硅纳米颗粒。
权利要求
1.ー种新型碳化硅纳米颗粒的制备方法，用于强化复合无铅焊料，其特征在于该方法具有以下的エ艺过程和步骤 1)在超声震动下，将直径为50-100nm的碳化硅纳米颗粒加入到浓度为O.05-0. 5mol/L的氯化亚锡的稀盐酸溶液中于20-80°C浸溃O. 5-3h，进行表面活化； 2)使用离心机分离溶液，离心參数为转速3000-8000rpm，时间O.5_2h ； 3)倒出离心管顶端液体部分，使用去离子水对底端沉积碳化硅纳米颗粒洗涤两次，再用无水こ醇洗涤一次；每次洗涤后使用步骤2)所述离心參数分离溶液； 4)在超声搅拌下将分离后的碳化硅纳米颗粒加入到浓度为O.01-0. lmol/L的银氨溶液中，反应温度为20-80°C，反应时间为O. 5-3h ； 5)重复步骤2)至3)—次； 6)将离心后的碳化硅纳米颗粒加入到含有保护剂的硝酸银溶液，所述保护剂为下述中的ー种或多种壬基酚聚氧こ烯醚、聚こ烯吡咯烷酮、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% ； 7)然后在该溶液中加入ー种还原剂，将银离子还原为银颗粒，其中所述的还原剂为下述中的ー种或多种葡萄糖、甲醛、双氧水； 8)重复步骤6)和7)2至5次，使原先负载在碳化硅纳米颗粒表面的银纳米颗粒继续长大，形成完整连续的纳米银壳； 9)重复步骤2)至3)—次，获得最终镀银碳化硅纳米颗粒。
全文摘要
本发明公开了一种新型碳化硅纳米颗粒的制备方法，用于强化复合无铅焊料。目的是合成一种用于电子元器件焊接及表面封装的碳化硅纳米颗粒。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。其操作简便，无高温，高压等特殊要求，且单次处理量远高于电镀方法，因而更易于工业放大，同时由于整个处理过程均在溶液体系中进行，有效的减少纳米颗粒向环境中的扩散，从而减少了对于工作人员健康的危害，做到了环境友好。
文档编号C23C18/44GK102691055SQ20121014449
公开日2012年9月26日 申请日期2012年5月11日 优先权日2012年5月11日
发明者刘建影 申请人:上海上大瑞沪微系统集成技术有限公司