【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微米材料，特别涉及一种粒径范围可控的微米级球形金粉的制备方法。
技术介绍
1、au具有高延展性、高化学惰性及抗氧化性等特性。其作为导体即使在复杂严苛的工作条件下也几乎没有电子迁移趋向；作为原料制备的电子浆料具有分辨率高，对基材和电介质附着力强，成膜表面孔隙率低，金丝键合性高等优点，因此大量应用在大规模集成电路、半导体封装及多层布线电路等电子技术中，尤其在高可靠性军用电子技术中起着举足轻重的作用。为满足高性能军工电子设备的性能要求，金粉的形貌及尺寸往往有严格的适用范围，其一般要求粒径范围为1～3μm的球状颗粒。金粉作为金导体浆料中的功能相，在浆料中的固含量通常都在80％以上，其颗粒的均匀性、分散性、粒度分布、形貌及尺寸等对浆料的导电性能、烧结收缩、焊接性能、热导率等性能有极大影响。粒度分布太宽、金粉粒径过大，在金浆印刷时容易发生网孔堵塞，印刷出的导电线路容易断开，造成丝网印刷质量下降以及容易导致烧结不致密，严重影响成膜；金粉粒径尺寸太小同样影响烧结匹配性，对烧结后的基板与导体之间的界面结合强度乃至引线焊接强度产生影响。
2、目前国内已有一些专利文献对球形颗粒金粉进行了公开，如：
3、cn109622985a公开了一种高分散性亚微米级金粉的制备方法，制备的金粉平均粒径分布为0.3～1.2μm，分布范围较宽且提供的尺寸较小，无法满足导体浆料用金粉的尺寸要求。
4、cn106825606a公开了一种多尺寸单分散金纳米颗粒的制备方法及应用，制备的金纳米颗粒最大尺寸为90～120nm，纳米级
5、cn111299607a公开了一种5n级微米导电金球制备方法，可制备1～100μm的球体颗粒金粉，虽涵盖范围较广，但在0.5～1.5μm的分布范围内，球形颗粒含量只有48％，不宜制备金导体浆料。
6、综上所述，已有专利文献公开的方法制得的金粉难以满足金导体浆料的实际使用要求。因此，如何简便快速地制备出微米级球形金粉以及精准控制球形颗粒金粉的粒径分布是国内金导体浆料制备亟待突破的关键技术之一。基于此背景，本专利技术公开一种导体浆料用粒径范围精准可控的微米级球形金粉的制备方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种粒径范围可控的微米级球形金粉的制备方法，它可以在0.5～3.0μm内较为精准地控制球形金粉尺寸和分布，且调控手段简便。在本专利技术中，专利技术人使用长链烷基硫酸钠(十四烷基硫酸钠、十六烷基硫酸钠、十八烷基硫酸钠)为保护剂，二乙醇胺或三乙醇胺为还原剂，在相对较低温度(30～50℃)和较短的反应时间(30～60min)下一步制备出微米级球形金粉。用该方法制备的金粉可广泛应用于导体浆料、半导体封装、多层布线电路、高可靠性军用电子材料等领域。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供一种粒径范围可控的微米级球形金粉的制备方法，采用如下技术方案：
3、本专利技术提供的一种粒径范围可控的微米级球形金粉的制备方法，包括如下步骤：
4、(1)将氯金酸溶于去离子水中配成溶液a，备用；
5、(2)将保护剂溶于去离子水中配成溶液b，备用；
6、(3)将还原剂溶于去离子水中配成溶液c，备用；
7、(4)将溶液a在搅拌条件下加入浓氨水形成橙黄色的悬浊液，随后加入浓盐酸调节溶液ph。
8、(5)将步骤(4)所得溶液和溶液b在搅拌条件下充分混合，得到混合溶液d；
9、(6)将溶液c以一定滴加速度蠕动加入溶液d中，在一定温度下搅拌反应一段时间，制得金粉原液；
10、(7)将步骤(6)所得金粉原液用无水乙醇进行离心洗涤和分离处理，再将获得的沉淀物放在80℃真空干燥箱中干燥120min，即可制得所述微米级球形金粉。
11、所述的溶液a中氯金酸的质量浓度为50～100g/l。
12、所述的溶液b中的保护剂为十四烷基硫酸钠(sts)、十六烷基硫酸钠(shs)、十八烷基硫酸钠(ods)中的一种，保护剂的质量浓度为10.5～121g/l。优选的，溶液b中的保护剂为十八烷基硫酸钠，保护剂的质量浓度为103.2～109.6g/l。
13、所述的溶液c中的还原剂为二乙醇胺或三乙醇胺，还原剂质量浓度为8～36.3g/l。
14、步骤(4)中加入浓氨水(25～28％)量为40～50ml，加入浓盐酸(36～38％)量为5～10ml，ph值为2.0～3.5,搅拌速度为250rpm，搅拌时间为2min。
15、所述的溶液d中搅拌速度为250rpm，搅拌时间为3min。
16、步骤(6)中所述的温度为30～50℃，还原剂滴加速度为16.7～33.3ml/min，反应时间为30～60min。本专利技术还提供了上述制备方法制备得到的金粉，球形颗粒的粒径范围为0.5～3.0μm。
17、本专利技术的技术原理说明如下：
18、首先将氯金酸加入浓氨水调整ph值至碱性，产生淡黄色悬浊液，氯金酸溶液转化为雷金酸，反应方程式如下：
19、haucl4+nh3h2o→au2o·3nh3↓+hcl
20、然后加入少量浓盐酸调节ph至酸性，在搅拌条件下加入保护剂(长链烷基硫酸钠)充分混合后，加入还原剂搅拌反应，反应方程式如下：
21、au2o·3nh3+还原剂→au↓+氧化产物+hcl+nh3·h2o
22、金粉的粒径尺寸与晶体的生长直接有关，晶体的生长一般分为成核期与生长期，两个阶段存在竞争关系，成核速率大于生长速率时，晶体粒径较小，反之粒径变大；而晶体的生长期则是一个热力学与动力学平衡的过程，该过程受到多因素的综合影响，如温度，ph，保护剂用量等，其中还原剂的还原性强弱和保护剂的选择与添加量对金粉制备影响最为重要。在本专利技术中，一方面，通过先加入浓氨水形成雷金酸，然后调控浓盐酸加入量，对还原剂(二乙醇胺或三乙醇胺，其本身的还原性相比传统的强还原剂或弱还原剂更为适中)的还原性强弱进行二次调节进而调控金粉的尺寸。当反应溶液ph值越高时，还原剂的电位降低，还原性增强，从而使得金粒子成核速度加快，趋向与生成更多粒径较小的球状颗粒；当ph值越低时，越趋于酸性环境下，有利于晶体生长，生长速度大于成核速度，即可获得粒径尺寸相对较大的球形颗粒金粉。另一方面，长链烷基硫酸钠作为阴离子表面活性剂具有很好的分散作用。反应过程中长链烷基硫酸钠在水中溶解后会形成带负电荷的阴离子基团，其亲水端对金阳离子以及金粒子表面很容易产生静电吸附作用，形成的整个基团仍然带负电荷。被包裹的金粒子之间由于所带电荷相同而产生互相排斥的作用，可有效防止粒子之间完全接近，从而对反应初期生成的金纳米粒子进行保护，提高粒子的单分散性，有效地防止金纳米粒子之间的团聚生成。与此同时，通过调控保护剂的用量对金原子的沉积速度也会产生影响，最终起到对金粉生长速度和尺寸的精准调控作用。
23、本专利技术的有益效果如下：
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【技术保护点】
1.一种粒径范围可控的微米级球形金粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种粒径范围可控的微米级球形金粉的制备方法，其特征在于，所述的溶液a中氯金酸的质量浓度为50～100g/L。
3.根据权利要求1所述的一种粒径范围可控的微米级球形金粉的制备方法，其特征在于，所述的溶液b中的保护剂为十四烷基硫酸钠、十六烷基硫酸钠、十八烷基硫酸钠中的一种，所述保护剂的质量浓度为10.5～121g/L。
4.根据权利要求1所述的一种粒径范围可控的微米级球形金粉的制备方法，其特征在于，所述的溶液c中的还原剂为二乙醇胺或三乙醇胺，所述还原剂质量浓度为8～25.6g/L。
5.根据权利要求1所述的一种粒径范围可控的微米级球形金粉的制备方法，其特征在于，所述的加入浓氨水的浓度为25～28％，加入量为40～50mL；所述的浓盐酸的浓度为36～38％，加入量为5～10mL。
6.根据权利要求1所述的一种粒径范围可控的微米级球形金粉的制备方法，其特征在于，步骤(4)中溶液pH值为2.0～3.5,搅拌速度为250rpm，搅拌时
7.根据权利要求1所述的一种粒径范围可控的微米级球形金粉的制备方法，其特征在于，步骤(6)中搅拌速度为250rpm，搅拌时间为3min。
8.根据权利要求1所述的一种粒径范围可控的微米级球形金粉的制备方法，其特征在于，步骤(6)中的温度为30～50℃。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种粒径范围可控的微米级球形金粉的制备方法，其特征在于，步骤(6)中还原剂滴加速度为16.7～33.3ml/min，反应时间为30～60min。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的一种粒径范围可控的微米级球形金粉的制备方法制备得到的微米级球形金粉产品，其特征在于：颗粒的粒径范围为0.5～3.0μm。
...【技术特征摘要】
1.一种粒径范围可控的微米级球形金粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种粒径范围可控的微米级球形金粉的制备方法，其特征在于，所述的溶液a中氯金酸的质量浓度为50～100g/l。
3.根据权利要求1所述的一种粒径范围可控的微米级球形金粉的制备方法，其特征在于，所述的溶液b中的保护剂为十四烷基硫酸钠、十六烷基硫酸钠、十八烷基硫酸钠中的一种，所述保护剂的质量浓度为10.5～121g/l。
4.根据权利要求1所述的一种粒径范围可控的微米级球形金粉的制备方法，其特征在于，所述的溶液c中的还原剂为二乙醇胺或三乙醇胺，所述还原剂质量浓度为8～25.6g/l。
5.根据权利要求1所述的一种粒径范围可控的微米级球形金粉的制备方法，其特征在于，所述的加入浓氨水的浓度为25～28％，加入量为40～50ml；所述的浓盐酸的浓度为36～38％，加入量为5～10m...
【专利技术属性】
技术研发人员：任宇，杨宏伟，
申请(专利权)人：云南贵金属实验室有限公司，
类型：发明
国别省市：
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