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導(dǎo)電漿料是發(fā)展電子元器件的基礎(chǔ)及封裝、電極和互聯(lián)的關(guān)鍵材料。隨著電子元器件向微型化、精密化和柔性化等方向發(fā)展,國內(nèi)外正在開展金屬導(dǎo)電填料納米化的研究。其中,納米銀填充導(dǎo)電漿料成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。納米銀作為導(dǎo)電填料對銀漿性能影響是正面還是負(fù)面影響還沒有一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)論。一般認(rèn)為納米銀填充到基體中,由于粒子間的接觸點(diǎn)面積小,填料粒子數(shù)目增多導(dǎo)致接觸電阻增加。只有當(dāng)納米銀間距離在一定范圍內(nèi)時(shí),由于隧道效應(yīng)等使導(dǎo)電性增強(qiáng)。這主要與其顆粒大小和形貌、表面性質(zhì)和燒結(jié)行為等密切相關(guān)。
導(dǎo)電漿料(electrically conductive paste)是發(fā)展電子元器件的基礎(chǔ)及封裝、電極和互聯(lián)的關(guān)鍵材料,主要用于制造表面封裝技術(shù)和敏感元件等電子行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。近年來,隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,使得器件向微型化、精密化和柔性化等方向發(fā)展,國內(nèi)外很多科研機(jī)構(gòu)對導(dǎo)電漿料的開發(fā)和應(yīng)用產(chǎn)生了濃厚興趣。
導(dǎo)電漿料一般由2~3個(gè)基本部分組成,即導(dǎo)電相(金、銀、銅、鎳和錫-鉍合金等)、有機(jī)載體(有機(jī)樹脂和溶劑)和/或永久粘接劑(硅酸鹽玻璃等)。根據(jù)導(dǎo)電漿料組成的性質(zhì),導(dǎo)電漿料大體分為有機(jī)型導(dǎo)電漿料、無機(jī)型導(dǎo)電漿料和復(fù)合型導(dǎo)電漿料。其中,復(fù)合型導(dǎo)電漿料以導(dǎo)電金屬粒子為導(dǎo)電相,高分子聚合物為粘結(jié)相,具有優(yōu)異的導(dǎo)電性及機(jī)械性能,加工過程相對簡單,重復(fù)性及導(dǎo)電穩(wěn)定性較強(qiáng),且儲(chǔ)存穩(wěn)定期較長,具有較高的實(shí)用性,有著廣泛的應(yīng)用前景,目前市面上導(dǎo)電漿料大多數(shù)為此類。
銀具有較高的導(dǎo)電率、優(yōu)異的物理化學(xué)性能、可接受的價(jià)格及其氧化物也具有導(dǎo)電性能等特點(diǎn)被廣泛用作導(dǎo)電填料。導(dǎo)電銀漿正朝著使用工藝更簡化、性能更強(qiáng)、可靠性更高、成本更低等方向發(fā)展。目前導(dǎo)電銀漿中的導(dǎo)電相主要是微米或亞微米銀粉,這些漿料己不能滿足低溫?zé)Y(jié)和多層布線等新技術(shù)的要求。近年來,國內(nèi)外正在開展導(dǎo)電漿料貴金屬納米化的研究,并已形成一定程度的產(chǎn)業(yè)化。由于納米銀的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)等,以納米銀作為導(dǎo)電填料可以提高導(dǎo)電和導(dǎo)熱性;減少銀用量,降低生產(chǎn)成本;降低固化溫度,使銀漿可以應(yīng)用在PET模板、柔性基板等;焊接金屬和陶瓷的圖層表面非常平整;改善導(dǎo)電膠剪切強(qiáng)度等。除具有上述明顯的優(yōu)點(diǎn)外,也存在諸如漿料分散穩(wěn)定性較差,放置后極易出現(xiàn)納米銀的團(tuán)聚和沉降、導(dǎo)電性能不穩(wěn)定和適應(yīng)期短等問題。
目前,納米銀填充導(dǎo)電漿料的制備方法與微米銀漿料的制備方法相似,主要是將市售或自制的納米銀以干粉或液態(tài)形式,單一或與微米銀片混合,通過機(jī)械攪拌、超聲分散、高能球磨等方式分散到有機(jī)載體中。
導(dǎo)電銀漿的生產(chǎn)過程
銀粉按照粒徑分類,平均粒徑<0.1μm(100nm)為納米銀粉; 0.1μm< Dav(平均粒徑) <10.0μm為銀微粉;Dav(平均粒徑)> 10.0μm為粗銀粉。粉末的制備方法有很多,就銀而言,可一次采用物理法(等離子、霧化法),化學(xué)法(硝酸銀熱分解法、液相還原)。由于銀是貴金屬,易被還原而回到單質(zhì)狀態(tài),因此液相還原法是目前制備銀粉的最主要的方法。即將銀鹽(硝酸銀等)溶于水中,加入化學(xué)還原劑(如水合肼等),沉積出銀粉,經(jīng)過洗滌、烘干而得到銀還原粉,平均粒徑在0.1-10.0μm之間,還原劑的選擇、反應(yīng)條件的控制、界面活性劑的使用,可以制備不同物理化學(xué)特性的銀微粉(顆粒形態(tài)、分散程度、平均粒徑以及粒徑分布、比表面積、松裝密度、振實(shí)密度、晶粒大小、結(jié)晶性等),對還原粉進(jìn)行機(jī)械加工(球磨等)可得光亮銀粉(polished silver powder),片狀銀粉(silver flake)。
根據(jù)銀粉在銀導(dǎo)體漿料中的使用,F(xiàn)將電子工業(yè)用銀粉粉為七類:
①高溫?zé)Y(jié)銀導(dǎo)電漿料用高燒結(jié)活性銀粉
②高溫?zé)Y(jié)銀導(dǎo)電漿料用高分散銀粉
③高導(dǎo)電還原銀粉、電子工業(yè)用銀粉
④光亮銀粉
⑤片狀銀粉
⑥納米銀粉
⑦粗銀粉
①②③類統(tǒng)稱為銀微粉(或還原粉),⑥類銀粉在銀導(dǎo)體漿料中應(yīng)用正在探索過程中,⑦類粗銀粉主要用于銀合金等電氣方面。
目前使用更大的幾種銀漿包括:
①PET為基材的薄膜開關(guān)和柔性電路板用低溫銀漿
②單板陶瓷電容器用漿料
③壓敏電阻和熱敏電阻用銀漿
⑤碳膜電位器用銀電極漿料
低溫常溫固化導(dǎo)電銀膠主要應(yīng)用:具有固化溫度低,粘接強(qiáng)度極高、電性能穩(wěn)定、適合絲網(wǎng)印刷等特點(diǎn)。適用于常溫固化焊接場合的導(dǎo)電導(dǎo)熱粘接,如石英晶體、紅外熱釋電探測器、壓電陶瓷、電位器、閃光燈管以及屏蔽、電路修補(bǔ)等,也可用于無線電儀器儀表工業(yè)作導(dǎo)電粘接;也可以代替錫膏實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電粘接。
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