[发明专利]一种直流电沉积制备锡铟纳米线的方法

说明书

本发明公开了一种直流电沉积制备锡铟纳米线的方法，属于电子材料领域。该方法首先以纳米多孔聚碳酸酯膜或阳极氧化铝膜(AAO)为模板，通过磁控溅射的方法在模板底部溅射银种子层，并在通孔底端以铜为底板，然后采用直流电镀方式从种子层底端向通孔内依次填充锡纳米线和铟纳米线。本发明提出的直流电沉积填充方法可以获得组织性能稳定、高导电导热性、可塑性高等特点的锡铟纳米线。锡铟作为传统焊料的主要成分，其纳米形态的材料同样具有低成本、低熔点、良好的焊接能力和机械性能，以及与金属基体优异的润湿性，适用于自组装纳米结构之间的有效连接和互连，实现具有热功能和电功能的有效纳米级互连，为纳米级焊料界面反应研究提供新的方向和思路。

技术领域

本发明涉及微电子组装和封装及电子元器件的互连技术领域，具体涉及一种直流电沉积制备锡铟纳米线的方法。

背景技术

纳米材料的合成和表征在过去的二十年间取得了巨大的进步，诸如纳米线、纳米棒、纳米管、纳米复合材料等特殊的纳米结构都已被人熟知。这些材料已经通过自组装和定向组装成功地得到了合成和表征。但是，纳米材料在工业制造领域的更广泛应用还远未成熟。大规模制造的一个主要障碍是纳米材料之间的互连形成。特别是对于纳米电子学中的应用、纳米机电系统(NEMS)和纳米光子学，形成具有良好机械、热学和电学性能的牢固互连是关键要求之一。在用于功能器件形成牢固的互连方法中，焊接应该是最具有广泛应用的方法之一，众多研究表明，纳米焊料粒子的纳米级焊接具有非常高的可操作性，可以从实验设计的角度实现材料在纳米尺度的互连。

焊料是金属或低熔点金属合金，它们可以形成具有高热稳定性电气和机械互连结构，焊接的一个主要应用是将电子元件组装到印刷电路板(PCB)或印刷线路板(PWB)上。使用最广泛的焊料是熔点为183℃的共晶锡/铅(Sn/Pb)焊料。由于环境问题，含铅焊料正在逐步退出历史舞台，新兴的许多无铅焊料不是共晶结构，通常需要较高的温度处理，使得难以形成可靠的焊接头。因此，对于电子和其他行业，无铅焊料有着巨大的需求。纳米技术为克服现有问题和迎接挑战提供了良好的条件，纳米粒子的熔点下降现象有可能降低无铅回流焊温度，从而相应地降低热应力。另一方面，进一步将器件小型化为纳米电子器件意味着焊膏中微小焊料颗粒的使用受到限制，因此必须开发纳米级焊料，最好是无铅焊料，以满足组装纳米线、纳米复合材料或混合材料等需求。

近年来，国内外都对低熔点纳米焊料进行了深入的研究。锡铟作为新型焊料的主要成分，其纳米形态的材料同样具有低成本、低熔点、良好的焊接能力和机械性能，以及与金属基体优异的润湿性。在纳米焊接领域，锡铟纳米线具有广阔的应用前景。然而，化学法制备锡或铟纳米棒很难精确控制其形貌，如何获得尺寸均匀可控的锡铟纳米线成为了纳米级焊接的重点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直流电沉积制备锡铟纳米线的方法，利用直流电镀手段在已制备通孔的基体上定向生长锡铟纳米线，该方法适用于自组装纳米结构之间的有效连接和互连，实现具有热功能和电功能的有效纳米级互连。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种直流电沉积制备锡铟纳米线的方法，该方法是采用直流电沉积法，在多孔模板的纳米级孔洞中依次交替生长锡纳米线和铟纳米线，最终获得锡铟纳米线；制备过程中通过控制电流大小和/或沉积时间来控制纳米线的长度。

该方法首先在多孔模板的底部制备银种子层，然后以银种子层为阴极，以纯锡或纯铟为阳极，采用直流电沉积的方法从模板底部的银种子层开始向上逐步填充，首先生长锡纳米线，再生长铟纳米线，按此顺利循环，最终生长为锡纳米线和铟纳米线交错连接的锡铟纳米线。所述多孔模板为阳极氧化铝模板或聚碳酸酯模板。

所述银种子层的制备过程为：在多孔模板的一个表面上(模板底面)通过磁控溅射的方法制备银种子层，磁控溅射过程中，功率为40～80KW，溅射时间10～30min；所制备的银种子层厚度为300～1000nm。