【摘要】：作为导电性仅次于银的金属,价格低廉的纳米铜一直是导电油墨领域的研究热点。但是纳米铜颗粒由于自身的性质十分活泼,其在空气中极易氧化,而在表面形成氧化铜、氧化亚铜等氧化物(CuO_x)。一方面,因为氧化铜(CuO)的熔点(1330℃),氧化亚铜(Cu2O)的熔点(1235℃)都高于铜的熔点(1083°C),这些氧化物的存在,将影响导电油墨烧结时所需要的温度;另一方面,氧化铜的电阻率(5.1×107μ?·cm)是块体铜单质的电阻率(1.72μ?·cm)的3千万倍,会极大的降低印制图案的导电性,或是需要复杂的烧结方法,限制了纳米铜导电油墨的应用。因此如何提高纳米铜颗粒的抗氧化性,一直是该领域的难题。本课题通过两步法成功制备出纳米Cu@Sn颗粒。研究了在以CTAB为表面活性剂、PVP为分散剂的二乙二醇体系中制备纳米铜颗粒的方法。通过改变CTAB表面活性剂、PVP分散剂的加入量得到制备纳米铜颗粒的最佳参数,制得的纳米铜颗粒尺寸约为50 nm。以制得的纳米铜颗粒为原料通过置换反应的方法制备纳米Cu@Sn颗粒。通过络合剂的作用,使Cu置换出比其活泼的Sn2+。通过研究络合剂浓度、反应温度、干燥方式、反应物浓度等因素对制备纳米Cu@Sn颗粒的影响,得到最佳的制备参数,并通过透射电子显微镜表征确认了纳米Cu@Sn颗粒为Cu-Cu6Sn5-Sn三层形式的核壳结构颗粒,壳层厚度为2-4 nm。热重分析结果显示,纳米Cu@Sn颗粒的氧化温度比纳米铜颗粒高120℃,抗氧化性大大提升。以自制的表面吸附有少量分散剂的纳米Cu@Sn颗粒为导电填料,通过超声的方法将其分散在由乙醇、乙二醇、丙三醇以体积比50:40:10的混合溶剂中,制备出纳米Cu@Sn颗粒含量为20 wt%的纳米Cu@Sn导电油墨。通过对烧结温度和烧结时间的研究,发现当烧结温度为260℃,烧结时间为60 min时,印制图案的电阻率最低,为1.48×10~(-6)Ω·m,符合印制电子对图案导电性的要求。通过小灯泡测试,确认印制图案的导电性。课题初步研究了纳米Cu@Sn颗粒与铜片的连接。采用预制片的方法,当回流温度为250℃,回流时间为30 min时,焊缝组织均匀,剪切强度为11.24 MPa,符合高温功率器件芯片粘贴的强度要求。
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【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.1
【参考文献】
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