本发明专利技术公开用于微/纳米尺度焊接的一维纳米焊料及其制备方法。本发明专利技术的一维纳米焊料是一种其直径为3纳米~400纳米的金属纳米线或合金纳米线。本发明专利技术的焊料的制备方法是首先用孔径为3~400纳米孔径、几十纳米~150微米厚的微孔材料为模板，在与所制备的焊料成份相应的金属离子电解液中通过电化学方法在模板的纳米孔内沉积相应的金属线或合金线，再用可溶解模板材料而不能溶解处于模板材料纳米孔内的合金的溶液将模板材料溶解，使位于模板纳米孔中的金属纳米线或合金纳米线释放出来分散到溶液中，再通过清洗和过滤除掉体系中的各种盐成分后，将金属纳米线或合金纳米线分散到去离子水中备用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及焊料材料领域，尤其是涉及。
技术介绍
随着目前纳米材料研究的深入发展，人们 已经能够轻易通过各种物理、化学或生物等办法制备出千千万万种纳米材料，然而利用现代焊接技术却无法直接在纳米尺度上将这些制备的单个纳米材料或纳米器件单元焊接到一起，连接成各种具有特种功能及作用的纳米电子器件、传感器、装置、设备和工具等。原因是现代焊接技术中焊接工艺所用焊接工具和焊料远大于纳米材料尺寸，无法彻底覆盖纳米焊接母体，尺寸上完全也无法匹配。目前，现代焊接技术，能在纳米空间将纳米尺度的单体材料或器件单元等焊接到一起的各种纳米焊接技术还严重缺乏。这也是为什么到今天纳米科技并没有如人们在十年前所预期的大规模地投入实际应用的一个根本原因。现阶段许多纳米科技研究只是简单地使用如扫描探针显微镜技术、由底到上的生长技术将单个或阵列纳米材料放到一起，这与焊接而成牢靠结实能长期有效的联结点是有本质区别的。简单地将纳米材料放到一起并不能形成可靠、稳定和长寿命真正有实际用处的纳米器件。因此，最近几年，纳米焊接相关的研究工作开始受到了研究人员的重视，成为纳米研究中一个新兴的研究分支。主要的研究工作包括纳米焊料的制备，纳米焊接技术的开发，纳米焊接机理(如同质、异质材料间浸润及扩散机制)等。它是人们研发和制造许多纷繁复杂的多功能纳米电子传感器和器件的基础和关键技术保障。从某种意义上说，它的研究和进一步发展，能真正推动纳米研究全面地从纳米材料的研究提升到纳米科技的层次。目前，已有几种纳米焊接技术，如聚焦离子束焊接、高能电子束辐照、超声波辐射、激光焊接以及纳米电学焊接技术，被研究出来焊接单个微/纳米单体。其中，前三种焊接技术由其技术本身决定了其局限性。聚焦离子束焊接中离子束注入要焊接的纳米母体或纳米图案中时会引起材料改性，如物相、成分结构等性质改变；高能电子束辐照焊接技术目前只能是在透射电子显微镜下进行且焊接速度慢、存在大量的无定形碳污染，暂时只能用于科学研究；超声波辐射焊接技术无法做到微/纳区域定位。因此，在可见的将来，这三种焊接技术很难能真正用于纳米科技工业生产。激光焊接技术焊接速度快，很容易实现自动化，生产效率极高。但是，就目前的技术水平，激光光斑目前通常至少是微米尺度，激光能量会影响纳米焊接点以外的辐照区域，引起纳米器件发生变形或功能失效，严重影响它的实用化。纳米电学焊接技术是将电流引入造成焊接部位纳米区域熔化而将纳米母体或纳米图案等焊接到一起。目前主要有两种工艺。一种是将电流通过纳米焊接母体或纳米结构等，但这种方法在用于小于100纳米的金属线时有很大的问题，由于这些小纳米尺度材料活性高、表面张力大等原因，在纳米焊点熔化的同时纳米结构也被熔断，无法焊接到一起。同时只能焊接能导电的纳米焊接母体或纳米结构。另一种是，将纳米焊料输送至纳米焊接部位，然后将电流通过并只熔化纳米焊料。由于电流只通过纳米焊料，不通过纳米焊接母体或纳米结构，因此不会损伤或污染纳米焊接母体或纳米结构，能即时进行焊接质量检查和焊料残渣清理，整个过程非常快速、简单、干净。同时，焊点牢靠、结实，纳米焊料可因纳米焊接母体随意选择，纳米焊接母体或纳米结构无需导电，能广泛应用于同质、异质材料焊接。输送纳米焊料的方法主要是使用电子显微镜原位纳米机器人，因此能精确定位。随着纳米机器人的进一步发展，这一焊接技术非常有可能真正成为能用于实际纳米工业生产的焊接技术。纳米焊料的制备和焊接技术是纳米研究能提升到纳米科技水平，并真正能用于大规模地投入实际应用的根本和关键所在，是目前纳米研究必然要发展的研究领域。它能将通过不同的物理、化学或生物等办法制备出各种各样的单个纳米材料或纳米器件单元就能用纳米机器人组装成人们所期望的结构或图案，并进一步使用各种纳米焊接技术将它们转 变为真正意义上的多功能纳米器件、传感器或装置，成几何级的数量扩展半导体技术和化学/生物自组装技术制备不了的特种多功能纳米器件、传感器或装置。随着这一技术的发展和成熟，将能为全世界广大无法使用或接触半导体微/纳加工实验室的研究人员提供一条低投入却能制备更广泛类型的多功能纳米器件、传感器组装的途径。同时，由于这一技术使用扫描电镜或透射电镜为眼睛，在真空环境下，能实时、原位、动态地将整个纳米焊料熔化、与纳米焊接母体润湿、覆盖、扩散和凝固的过程全程一览无遗地展现在人们的眼前，并能对各个过程进行即时的形貌、结构、成分、元素分布性质的分析测试，能够帮助人们直接、直观地了解和掌握纳米焊接机理和机制。这对于我国用于外太空空间站建设和太空飞行工具应急修补等的真空焊接技术有着重要的意义。因此，继续研究使用电子显微镜原位纳米机器人为工具的纳米焊料具有极其重要的意义和紧迫性。一方面，纳米焊料要具备传统焊料的基本要求如低的熔化温度，优良的力学性能、可焊性、润湿性和稳定性。而另一方面，所制备的纳米焊料要与被焊纳米材料尺寸匹配，即能在纳米尺度进行焊接且不损毁纳米件。但就目前技术而言，符合上述要求的纳米焊料研究很少。目前报道的文献来看，最常见的纳米焊料由金属纳米粒子组成，包括复合焊料和纯纳米焊料复合焊料是在传统粒径为微米级的焊料中加入一定量的纳米粒子，使焊料的力学及物理性能改善；纯纳米焊料的粒径全部是纳米级。这种由金属纳米粒子组成的纳米焊料制备方法有两类一种是自上至下加工方法，包括机械粉碎、电火花爆炸等方法 ’另一种是自下至上加工方法，包括气相沉积法、沉淀法、溶胶凝胶法、徽乳液法。最后通过低温烧结制得纳米焊料。但这种焊料只能用于微米尺度，不能用于纳米尺度进行焊接。因此，并不是真正的“纳米焊料”。例如中国专利技术专利申请200680022890. X公开的“电迁移抗性和顺应导线互连、纳米焊料成分、由其制成的系统以及组装焊接封装的方法”所公开的纳米金属微粒成分包括具有大约50纳米或者更小的微粒大小的第一金属。导线互连与回流纳米焊料接触，并且具有与回流纳米焊料相同的金属或合金成分。还公开了采用回流纳米焊料成分的微电子封装。一种组装微电子封装的方法包括制备导线互连模板。计算系统包括与导线互连耦合的纳米焊料成分。
技术实现思路
本专利技术提供，本专利技术还公开一维纳米焊料的焊接エ艺。本专利技术用于微/纳米尺度焊接的一维纳米焊料是含Sn的直径为3纳米 400纳米的金属纳米线或合金纳米线。本专利技术用于微/纳米尺度焊接的ー维纳米焊料，所述的ー维纳米焊料成份为SnxAu100_x的合金纳米线，其中0>X彡100，其最佳成份为50彡X彡99。或者，本专利技术的用于微/纳米尺度焊接的ー维纳米焊料，所述的ー维纳米焊料的成份为SnyAg1(l(l_y的合金纳米线，其中0>Y彡100，其最佳成份为50彡Y彡99。 或者，本专利技术的用于微/纳米尺度焊接的ー维纳米焊料，所述的ー维纳米焊料的成份为SnmAgnCu1(l(l_m_n的合金纳米线，其中0> (m或n)彡100, m>n ;其最佳成份为m=96,n=3. 5 o本专利技术所述的用于微/纳米尺度焊接的ー维纳米焊料的制备方法，首先用孔径为3^400纳米、厚度为20纳米 150微米的微孔材料为模板，在与所制备的焊料成份相应的金属离子电解液中通过电化学方法在模板的纳米孔内沉积相应的金属线或合金线，然后用可溶解模板材料而不能溶解处于本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于微/纳米尺度焊接的一维纳米焊料，其特征是：一维纳米焊料是含Sn的直径为3纳米~400纳米的金属纳米线或合金纳米线。
【技术特征摘要】
2011.11.02 CN PCT/CN20110018451.用于微/纳米尺度焊接的一维纳米焊料，其特征是一维纳米焊料是含Sn的直径为3纳米 400纳米的金属纳米线或合金纳米线。2.权利要求I所述的用于微/纳米尺度焊接的一维纳米焊料，其特征是所述的一维纳米焊料成份为SnxAu1(l(l_x的合金纳米线,其中0>X彡100。3.权利要求2所述的用于微/纳米尺度焊接的一维纳米焊料，其特征是03X399。4.权利要求I所述的用于微/纳米尺度焊接的一维纳米焊料，其特征是所述的一维纳米焊料的成份为SnyAg1(l(l_y的合金纳米线，其中0>Y彡100。5.权利要求4所述的用于微/纳米尺度焊接的一维纳米焊料，其特征是03Υ399。6.权利要求I所述的用于微/纳米尺度焊接的一维纳米焊料，其特征是所述的一维纳米焊料的成份为SnmAgnCu1(l(l_m_n的合金纳米线,其中0> (m或η)彡100, m>n。7.权利要求6所述的用于微/纳米尺度焊接的一维纳米焊料，其特征是其中m=96，n=3. 5。8.权利要求I至7任一权利要求所述的用于微/纳米尺度焊接的一维纳米焊料的制备方法，其特征在于首先用孔径为3 400纳米、厚度为10纳米 150微米的微孔材料为模板，在与所制备的焊料成份相应的金属离子电解液中通过电化学方法在模板的纳米孔内沉积相应的金属线或合金线，然后用可溶解模板材料而不能溶解处...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭勇，张宏，贝芙莉·尹格申，托尼·卡力斯，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：
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