一种金刚石银-纳米银焊膏的制备方法、焊膏与焊接方法技术

本申请属于磁控溅射技术领域，提出一种金刚石银

【技术实现步骤摘要】
一种金刚石银
‑
纳米银焊膏的制备方法、焊膏与焊接方法


[0001]本申请属于磁控溅射
，具体涉及金刚石银纳米银焊膏的制备方法、焊膏与焊接方法。

技术介绍

[0002]由于电子行业高速发展，功率电子器件在各个领域的应用也是越来越广泛。其中，在高功率环境中工作的互连材料的各种性能就显得极为重要。纳米银焊膏作为新型互连材料，具有卓越的导电性能，同时具有较高的熔点和较低的烧结温度。但由于应用器件的不同，极易造成纳米银焊膏在制备过程中出现缝隙、断裂等致命性问题，降低散热能力。
[0003]目前有大量的研究关于提高纳米银焊膏的导热性能，主要采用的途径是添加增强相。现有技术中主要有添加石墨烯、金刚石、氮化铝等高导热性能的增强相，但其在制备过程中由于存在增强相和纳米银材料之间分散不均匀、结合不紧密等问题，导致其粘连强度以及热导率方面还需提升，同时，上述增强相基本都为非金属材料，会导致纳米银焊料的导电性能有所下降。
[0004]而现有技术中在纳米银浆中掺杂纳米金刚石或纳米氮化铝等颗粒，在烧结过程中，由于金刚石颗粒或氮化铝颗粒和纳米银颗粒之间不易形成烧结颈，从而阻碍了纳米银颗粒之间的接触，例如一个独立的纳米银颗粒，可能只有一个或者两个部分的表面能够与其他纳米银颗粒发生接触，因此其形成的烧结组织是二维长链状结构，最终形成由二维链状结构组成的松塔状烧结组织，导致最终纳米银浆烧结后的导热性能不够理想。

技术实现思路

[0005]为解决由非金属纳米材料与金属界面结合困难导致的制备的复合材料导热性能差问题，本申请提供了一种金刚石银
‑
纳米银焊膏的制备方法，按照先后顺序包括以下步骤：
[0006]S1：对纳米尺度的金刚石颗粒进行洁净处理；
[0007]S2：利用磁控溅射工艺先在纳米尺度的金刚石颗粒表面沉积一层过渡层，然后在过渡层的表面沉积银，得到纳米金刚石银颗粒；
[0008]S3：将纳米银颗粒加入到有机溶剂中并混合均匀，得到纳米银浆料；
[0009]S4：在常温下将S2步骤中获得的纳米金刚石银颗粒与S3步骤中获得的纳米银浆料进行混合，得到金刚石银
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纳米银焊膏。
[0010]步骤S2中形成的纳米金刚石银颗粒是以纳米尺度的金刚石颗粒为核由银包覆的金刚石核壳结构。
[0011]进一步的，所述步骤S1中，洁净处理依次包括超声清洗和等离子清洗；
[0012]该超声清洗包括：先将纳米尺度的金刚石颗粒放入丙酮中浸润，再放入无水乙醇中浸润，在纯水中超声清洗后置入真空环境中干燥；
[0013]等离子清洗的条件为：在气压为0.5Pa～5Pa，氩气流量为400sccm～500sccm，温度
为100℃，偏压设置为
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800V～
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500V的条件下，进行等离子清洗处理20min～40min。
[0014]进一步的，所述步骤S2中还包括以下步骤：
[0015]S2.1：选取靶材：选取纯度高于99.99％的银靶为溅射靶材；
[0016]S2.2：溅射过渡层：过渡层材质选自Ni、Cr、Ti之一；施加偏压为
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80V～
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60V，功率为0.5kW～2kW，气压0.2Pa～1Pa，溅射时间为5min～10min，预溅射厚度为5nm～10nm；在磁控溅射过程中，采用超声振动系统对金刚石颗粒进行振动，使金刚石颗粒在沉积过程中发生翻滚，确保每个金刚石颗粒表面均匀包覆过渡层；
[0017]S2.3：利用直流磁控溅射在沉积了过渡层的金刚石颗粒表面镀银包层：充入氩气，调整溅射室内压强为0.2Pa～0.5Pa，溅射功率为0.5kW～2kW，偏压为
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80V～
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60V，溅射时间为10min～20min，预溅射Ag层的厚度为15nm～25nm。在磁控溅射过程中，采用超声振动系统对金刚石颗粒进行振动，使金刚石颗粒在沉积过程中发生翻滚，确保每个颗粒的每个表面沉积的均匀性。最后得到纳米金刚石银颗粒。
[0018]S2.4：热处理：在常压氩气的气氛下进行热处理，热处理温度为600℃～800℃，热处理时间为1h～1.5h。
[0019]进一步的，所述步骤S2中，纳米尺度的金刚石颗粒的平均粒径为20nm～40nm，制备的纳米金刚石银颗粒的平均粒径为80nm～120nm。
[0020]进一步的，所述步骤S3中：制备纳米银浆料还包括：
[0021]将纳米银颗粒加入添加有表面活性剂的有机溶剂中，
[0022]然后采用螺旋振荡器进行机械振荡，最后采用超声搅拌得到纳米银浆料；纳米银颗粒的平均粒径为40nm～80nm。
[0023]进一步的，所述步骤S3中，有机溶剂优选为无水乙醇；表面活性剂优选为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)；表面活性剂与纳米银颗粒的质量比为1:13～1:17。
[0024]进一步的，所述步骤S3中，采用螺旋振荡器进行机械振荡的时间为10min～20min，采用超声清洗器进行超声搅拌的时间为40min～60min。
[0025]进一步的，所述步骤S4中，纳米金刚石银颗粒与纳米银浆料的质量比为1:15～1:30。
[0026]进一步的，所述步骤S4中，采用混合器进行搅拌的时间为1h～1.5h。其中，先使用螺旋振荡器进行机械振荡20min～30min，然后用超声清洗器进行超声震荡40min～60min。
[0027]由于金刚石优异的导热性能和银优异的导电性能，通过本申请制备的金刚石银
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纳米银焊料具有高导电和导热性，其导热率可提升到400W/(m
·
K)以上。
[0028]有益效果
[0029]本申请提出了一种金刚石银
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纳米银焊膏制备方法及金刚石银
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纳米银焊膏，利用磁控溅射技术在金刚石表面镀银包层，再掺杂在纳米银浆中。相比较于传统的不掺杂增强相的纳米银浆，本方法通过在纳米银浆中掺杂金刚石银核壳结构颗粒，能够在几乎不影响导电性能的前提下，显著地提升其导热性能。相比较于现有方法中掺杂其它的非金属增强相，本申请通过磁控溅射在金刚石颗粒表面镀银包层，能够有效地保持纳米银的导电性能不受影响，同时可以有效改善金刚石颗粒表面的化学惰性，增强其与纳米银颗粒之间的界面结合能力，改善复合材料的传热特性，解决了非金属纳米材料与金属界面结合困难的问题。
[0030]本申请制备的金刚石银
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纳米银焊料，其导电性能强、导热率高、粘结强度高、有较高的实际应用价值。
附图说明
[0031]图1：金刚石银
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纳米银焊膏制备流程示意图；
[0032]图2：纳米银颗粒表面溶化后聚集融合在纳米金刚石银颗粒的周围示意图；
[0033]图3：纳米银颗粒和纳米金刚石银颗粒形成烧结颈示意图；
[0034]图4：纳米银颗粒烧结形成致密化的整本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金刚石银
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纳米银焊膏的制备方法，其特征在于，所述制备方法依次包括以下步骤：S1：对纳米尺度的金刚石颗粒进行洁净处理；S2：利用磁控溅射工艺先在所述纳米尺度的金刚石颗粒的表面沉积一层过渡层，然后在所述过渡层的表面沉积银包层，得到纳米金刚石银颗粒；S3：将纳米银颗粒加入到有机溶剂中并混合均匀，得到纳米银浆料；S4：在常温下将S2步骤中获得的纳米金刚石银颗粒与S3步骤中获得的纳米银浆料进行混合，得到金刚石银
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纳米银焊膏。2.根据权利要求1所述的金刚石银
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纳米银焊膏的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述洁净处理依次包括超声清洗和等离子清洗；所述超声清洗包括：将纳米尺度的金刚石颗粒放入丙酮中浸润，再放入无水乙醇中浸润，在纯水中超声清洗，然后置入真空环境中干燥；所述等离子清洗包括：在气压为0.5Pa～5Pa，氩气流量为400sccm～500sccm，温度为100℃，偏压设置为
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800V～
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500V的条件下，进行等离子清洗处理20min～40min。3.根据权利要求1所述的金刚石银
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纳米银焊膏的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中还包括以下步骤：S2.1：选取靶材：选取纯度高于99.99％的银靶为溅射靶材；S2.2：溅射过渡层：过渡层材质选自Ni、Cr、Ti之一；施加偏压为
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80V～
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60V，功率为0.5kW～2kW，气压0.2Pa～1Pa，溅射时间为5min～10min，预溅射厚度为5nm～10nm；在磁控溅射过程中，基于超声振动系统对金刚石颗粒进行振动，使金刚石颗粒在沉积过程中发生翻滚；S2.3：利用直流磁控溅射在沉积了过渡层的金刚石颗粒表面镀银包层：充入氩气，调整溅射室内压强为0.2Pa～0.5Pa，溅射功率为0.5kW～2kW，偏压为
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【专利技术属性】
技术研发人员：潘远志，刘鑫，靳世旭，邓敏航，薛波，许文天，
申请(专利权)人：苏州博志金钻科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：