[發明專利]一種通孔電沉積制備錫納米線的方法

有效

• 申請號: 201811056386.2
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN108977856B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 劉志權;孟智超;吳迪
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C25D1/00
• 分類號: C25D1/00;C25D1/20;C25D3/32;B82Y40/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發明公開了一種直流電沉積制備錫納米線的方法，屬于電子材料領域。該方法首先以納米多孔聚碳酸酯膜或陽極氧化鋁膜(AAO)為模板，通過磁控濺射的方法在模板底部濺射銀種子層，并在通孔底端以銅為底板，然后采用直流電鍍方式從種子層底端向通孔內填充錫納米線。本發明提出的直流電沉積填充方法可以獲得組織性能穩定、高導電導熱性、可塑性高等特點的錫納米線。錫作為傳統焊料的主要成分，其納米形態的材料同樣具有低成本、低熔點、良好的焊接能力和機械性能，以及與金屬基體優異的潤濕性，適用于自組裝納米結構之間的有效連接和互連，實現具有熱功能和電功能的有效納米級互連。

技術領域

本發明涉及微電子組裝和封裝及電子元器件的互連技術領域，具體涉及一種通孔電沉積制備錫納米線的方法。

背景技術

納米材料的合成和表征在過去的二十年間取得了巨大的進步，諸如納米線、納米棒、納米管、納米復合材料等特殊的納米結構都已被人熟知。這些材料已經通過自組裝和定向組裝成功地得到了合成和表征。但是，納米材料在工業制造領域的更廣泛應用還遠未成熟。大規模制造的一個主要障礙是納米材料之間的互連形成。特別是對于納米電子學中的應用、納米機電系統(NEMS)和納米光子學，形成具有良好機械、熱學和電學性能的牢固互連是關鍵要求之一。在用于功能器件形成牢固的互連方法中，焊接應該是最具有廣泛應用的方法之一，眾多研究表明，納米焊料粒子的納米級焊接具有非常高的可操作性，可以從實驗設計的角度實現材料在納米尺度的互連。

焊料是金屬或低熔點金屬合金，它們可以形成具有高熱穩定性電氣和機械互連結構，焊接的一個主要應用是將電子元件組裝到印刷電路板(PCB)或印刷線路板(PWB)上。使用最廣泛的焊料是熔點為183℃的共晶錫/鉛(Sn/Pb)焊料。由于環境問題，含鉛焊料正在逐步退出歷史舞臺，新興的許多無鉛焊料不是共晶結構，通常需要較高的溫度處理，使得難以形成可靠的焊接頭。因此，對于電子和其他行業，無鉛焊料有著巨大的需求。納米技術為克服現有問題和迎接挑戰提供了良好的條件，納米粒子的熔點下降現象有可能降低無鉛回流焊溫度，從而相應地降低熱應力。另一方面，進一步將器件小型化為納米電子器件意味著焊膏中微小焊料顆粒的使用受到限制，因此必須開發納米級焊料，最好是無鉛焊料，以滿足組裝納米線、納米復合材料或混合材料等需求。

近年來，國內外都對低熔點納米焊料進行了深入的研究。錫作為傳統焊料的主要成分，其納米形態的材料同樣具有低成本、低熔點、良好的焊接能力和機械性能，以及與金屬基體優異的潤濕性。在納米焊接領域，錫納米線及其合金納米線具有廣闊的應用前景。然而，化學法制備錫納米棒很難精確控制其形貌，如何獲得尺寸均勻可控的錫納米線成為了納米級焊接的重點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種直流電沉積制備錫納米線的方法，利用直流電鍍手段在已制備通孔的基體上定向生長錫納米線，該方法適用于自組裝納米結構之間的有效連接和互連，實現具有熱功能和電功能的有效納米級互連。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種直流電沉積制備錫納米線的方法，該方法是采用直流電沉積法，在多孔模板的納米級孔洞中制備出錫納米線；制備過程中通過控制電流大小和/或沉積時間來控制納米線的長度。

該方法首先在多孔模板的底部制備銀種子層，然后以銀種子層為陰極，純錫為陽極，采用直流電沉積的方法從模板底部的銀種子層開始向上逐步填充，最終生長為錫納米線。

所述多孔模板為在陽極氧化鋁模板或聚碳酸酯模板。

所述銀種子層的制備過程為：在多孔模板的一個表面上(模板底面)通過磁控濺射的方法制備銀種子層，磁控濺射過程中，功率為40～80KW，濺射時間10～30min；所制備的銀種子層厚度為300～1000nm。

所述直流電沉積過程中所用電沉積液的制備過程包括如下步驟：