【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及碳納米管纖維與金屬間的可靠性互連領域，具體為一種通過釬焊實現碳納米管纖維與金屬的高可靠互連方法。
技術介紹
1、輕質、高強、高電導碳納米管纖維是下一代新型導線材料最具競爭力的候選之一。碳納米管纖維具有耐腐蝕、高柔性、高抗拉強度、高頻下弱的集膚效應、重量輕等特點，作為新型導線材料減重效果優異，因而在航空航天、國防、民用等諸多領域極具應用前景。然而，由于碳納米管自身的化學惰性，其與金屬在中、低溫條件下不反應，且與傳統焊料潤濕性較差。故碳納米管與功能元件中的金屬電極互連面臨著“焊不上”、“焊不牢”的難題，嚴重制約了碳納米管纖維作為電路導線的應用。因而，實現碳納米管纖維與金屬電極的可靠性電氣互連是促進其實際應用的關鍵。目前，實現碳納米管纖維與金屬互連的代表性工作包括：(1)半月形局域電沉積互連(文獻一：zhao?c.,luo?z.,ao?s.,et.al.carbon,2017,125,269-279)；(2)超聲焊接互連(文獻二：peng?l.,jiang?k.,liu?m.,etal.appl.phys.lett.2003,82,1763-1765)；(3)機械壓接互連(文獻三：schauermanc.m.,alvarengaj.,staub?j.,et?al.adv.eng.mater.2015,17,76-83.)；(4)導電粘接劑互連(文獻四：kim?e.j.,luan?v.h.,tien?h.n.,et?al.j.mater.chem.2012,22,8649-8653)。(5)傳統釬焊互連(文獻五：burda
2、然而，目前利用釬焊法實現碳納米管纖維與金屬的可靠互連仍面臨較大挑戰：(1)碳納米管纖維與釬焊焊料的潤濕性差，因“焊不牢”而導致服役可靠性低；(2)碳納米管纖維的密度在1.1～2.0g/cm3之間，遠低于錫基焊料的密度(6.5～8.8g/cm3)，因此碳納米管纖維易漂浮在熔融液態焊料表面，因二者分離導致“焊不上”；(3)盡管向傳統焊料配方中加入高含量的過渡族金屬元素可明顯改善碳納米管纖維與焊料合金的浸潤性(文獻五：burdam.,lekawa-raus?a.,gruszczyk?a.,et?al.acs?nano?2015,9(8),8099-8107)，但其焊接溫度較高(350℃)，使焊點內存在大量較大尺寸的脆性金屬間化合物，導致焊點服役可靠性明顯降低；(4)碳納米管纖維的熱膨脹系數與焊料合金的熱膨脹系數存在較大差異，焊接工件在溫度變化較大的服役環境中界面處易產生殘余應力，從而造成界面處裂紋萌生；(5)碳納米管纖維與焊料異質界面的結合強度低，導致焊料服役壽命較低。
3、綜上，目前面臨的主要問題是：如何在不改變焊料合金經典配方組分的基礎上，既要與傳統釬焊微互連技術工藝相兼容，又能解決碳納米管纖維與金屬基體釬焊互連過程中“焊不上”和“焊不牢”的難題，發展一種工藝簡單、成本低、服役可靠性高的碳納米管纖維—金屬間的焊接互連方法。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種工藝簡單、成本低、服役可靠性高的通過釬焊實現碳納米管纖維與金屬的高可靠互連方法，解決了碳納米管纖維與金屬之間“焊不上”、“焊不牢”的難題，實現了碳納米管纖維與金屬的可靠互連。
2、本專利技術的技術方案是：
3、一種通過釬焊實現碳納米管纖維與金屬的高可靠互連方法，選用傳統錫基釬焊焊料，在空氣中利用平面熱臺對待焊接金屬基體加熱至預定溫度，當焊球熔融后在基體表面潤濕鋪展，將經預處理的碳納米管纖維的待焊接部位放在熔融的液態焊料合金表面，當碳納米管纖維表面的焊料合金融化后使其快速凝固，從而實現碳納米管纖維與金屬的釬焊互連；
4、其中，碳納米管纖維的待焊接部位的預處理過程是：采用電鍍方法在碳納米管纖維的待焊接部位沉積鎳鍍層或銅鍍層，通過機械壓接的方法在碳納米管纖維的待焊接部位處包覆焊料合金層，卷折后經機械加壓實現帶有機械互連強度的碳納米管纖維待焊接樣品。
5、所述的通過釬焊實現碳納米管纖維與金屬的高可靠互連方法，所采用的焊料合金為商業化的經典焊料組分，包括錫鉛釬料、錫銅釬料、錫銀釬料或錫鉍釬料。
6、所述的通過釬焊實現碳納米管纖維與金屬的高可靠互連方法，碳納米管纖維與熔融的液態焊料合金的接觸時間較短，通常在3～10s之間。
7、所述的通過釬焊實現碳納米管纖維與金屬的高可靠互連方法，鎳鍍層或銅鍍層的厚度為0.1～0.7μm，長度為1～2cm。
8、所述的通過釬焊實現碳納米管纖維與金屬的高可靠互連方法，為防止碳納米管纖維與液態焊料合金分離，通過快速噴淋去離子水使熔融的液態焊料合金溫度驟降至熔點以下，從而實現快速固化。
9、所述的通過釬焊實現碳納米管纖維與金屬的高可靠互連方法，去離子水噴灑時間為2～5s。
10、所述的通過釬焊實現碳納米管纖維與金屬的高可靠互連方法，通過碳納米管纖維的待焊接部位的預處理，對碳納米管纖維的待焊接部位進行表面改性制備互連焊點，改善碳納米管纖維與焊料界面的結合強度、潤濕性以及熱膨脹系數差異。
11、所述的通過釬焊實現碳納米管纖維與金屬的高可靠互連方法，碳納米管纖維的待焊接部位經過改性所制備的互連焊點，在經過極端環境的熱震循環測試具有優異的抗冷熱沖擊能力，當其從150℃在2～5s迅速降至-196℃，經過450次循環熱震測試其電阻變化率低于30％。
12、本專利技術的設計思想是：
13、本專利技術提出以輕質、高強、高導電性的碳納米管纖維作為新型導線，首先對碳納米管纖維的待焊接部位進行表面改性，改善碳納米管纖維與焊料界面的結合強度、潤濕性以及熱膨脹系數差異；同時，發展快速凝固焊接工藝，通過快速凝固的方法，實現碳納米管纖維與金屬基體之間的焊接互連件的可控制備，在不改變傳統經典焊料組分的前提下，實現碳納米管纖維與金屬的可靠互連。
14、本專利技術所采用的焊料合金為商業化的經典焊料組分，不需要向傳統焊料合金內添加過渡族金屬組分，釬焊溫度不超過300℃，這使得焊料合金自身的服役可靠性得到了保障，同時也實現了焊料合金與碳納米管纖維之間的良好浸潤，提高碳納米管纖維/焊料異質界面的結合強度，從而提高碳納米管纖維與金屬基體之間的互連可靠性。另外，本專利技術采用電鍍方法在碳納米管纖維的待焊接部位沉積鎳鍍層或銅鍍層，鎳鍍層或銅鍍層的作用是改善碳納米管纖維與焊料界面的結合強度、潤濕性以及熱膨脹系數差異。
15、本專利技術的優點及有益效果是：
16、(1)本專利技術以傳統經典組分配比的錫基合金為焊料，并發展了噴淋去離子水快速冷卻焊接工藝，在焊接過程本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種通過釬焊實現碳納米管纖維與金屬的高可靠互連方法，其特征在于，選用傳統錫基釬焊焊料，在空氣中利用平面熱臺對待焊接金屬基體加熱至預定溫度，當焊球熔融后在基體表面潤濕鋪展，將經預處理的碳納米管纖維的待焊接部位放在熔融的液態焊料合金表面，當碳納米管纖維表面的焊料合金融化后使其快速凝固，從而實現碳納米管纖維與金屬的釬焊互連；
2.按照權利要求1所述的通過釬焊實現碳納米管纖維與金屬的高可靠互連方法，其特征在于，所采用的焊料合金為商業化的經典焊料組分，包括錫鉛釬料、錫銅釬料、錫銀釬料或錫鉍釬料。
3.按照權利要求1所述的通過釬焊實現碳納米管纖維與金屬的高可靠互連方法，其特征在于，碳納米管纖維與熔融的液態焊料合金的接觸時間較短，通常在3～10s之間。
4.按照權利要求1所述的通過釬焊實現碳納米管纖維與金屬的高可靠互連方法，其特征在于，鎳鍍層或銅鍍層的厚度為0.1～0.7μm，長度為1～2cm。
5.按照權利要求1所述的通過釬焊實現碳納米管纖維與金屬的高可靠互連方法，其特征在于，為防止碳納米管纖維與液態焊料合金分離，通過快速噴淋去離子水使熔融
6.按照權利要求5所述的通過釬焊實現碳納米管纖維與金屬的高可靠互連方法，其特征在于，去離子水噴灑時間為2～5s。
7.按照權利要求1所述的通過釬焊實現碳納米管纖維與金屬的高可靠互連方法，其特征在于，通過碳納米管纖維的待焊接部位的預處理，對碳納米管纖維的待焊接部位進行表面改性制備互連焊點，改善碳納米管纖維與焊料界面的結合強度、潤濕性以及熱膨脹系數差異。
8.按照權利要求7所述的通過釬焊實現碳納米管纖維與金屬的高可靠互連方法，其特征在于，碳納米管纖維的待焊接部位經過改性所制備的互連焊點，在經過極端環境的熱震循環測試具有優異的抗冷熱沖擊能力，當其從150℃在2～5s迅速降至-196℃，經過450次循環熱震測試其電阻變化率低于30％。
...【技術特征摘要】
1.一種通過釬焊實現碳納米管纖維與金屬的高可靠互連方法，其特征在于，選用傳統錫基釬焊焊料，在空氣中利用平面熱臺對待焊接金屬基體加熱至預定溫度，當焊球熔融后在基體表面潤濕鋪展，將經預處理的碳納米管纖維的待焊接部位放在熔融的液態焊料合金表面，當碳納米管纖維表面的焊料合金融化后使其快速凝固，從而實現碳納米管纖維與金屬的釬焊互連；
2.按照權利要求1所述的通過釬焊實現碳納米管纖維與金屬的高可靠互連方法，其特征在于，所采用的焊料合金為商業化的經典焊料組分，包括錫鉛釬料、錫銅釬料、錫銀釬料或錫鉍釬料。
3.按照權利要求1所述的通過釬焊實現碳納米管纖維與金屬的高可靠互連方法，其特征在于，碳納米管纖維與熔融的液態焊料合金的接觸時間較短，通常在3～10s之間。
4.按照權利要求1所述的通過釬焊實現碳納米管纖維與金屬的高可靠互連方法，其特征在于，鎳鍍層或銅鍍層的厚度為0.1～0.7μm，長度為1～2cm。
5.按照權利要...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉暢，高朝卿，侯鵬翔，成會明，
申請(專利權)人：中國科學院金屬研究所，
類型：發明
國別省市：
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