一種可低溫?zé)Y(jié)的導(dǎo)電銀漿及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子漿料技術(shù)領(lǐng)域，具體的講是一種可低溫?zé)Y(jié)的導(dǎo)電銀漿及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的導(dǎo)電銀漿是由導(dǎo)電相、粘結(jié)相、有機(jī)載體組成。導(dǎo)電銀漿通常可以分為兩類，即聚合物導(dǎo)電銀漿和燒結(jié)型導(dǎo)電銀漿。聚合物導(dǎo)電銀漿是烘干或固化成膜，以有機(jī)聚合物作為粘結(jié)相。燒結(jié)型導(dǎo)電漿料的燒結(jié)溫度通常大于500°C，玻璃粉或氧化物作為粘結(jié)相。導(dǎo)電銀漿具有很廣泛的應(yīng)用，主要用于制造厚膜集成電路、電阻器、電阻網(wǎng)絡(luò)、電容器、MLCC、導(dǎo)電油墨、太陽能電池電極、LED冷光源、0LED (有機(jī)發(fā)光顯示器)、印刷及高分辨率導(dǎo)電體、薄膜開光/柔性電路、導(dǎo)電漿料、敏感元器件及其電子元器件等方面。
[0003]在電子電路的焊接方面，傳統(tǒng)的連接方式是采用錫鉛焊料，傳統(tǒng)的錫鉛焊料的共晶點(diǎn)是183°C，回流焊接溫度是210°C左右，這樣一來可以實(shí)現(xiàn)低溫焊接。較低的溫度可以降低熱應(yīng)力，對(duì)于對(duì)溫度很敏感的器件來說，低溫貼裝是唯一的選擇，低溫工藝也降低了對(duì)基板的要求，那么就可以選用不耐高溫的較便宜的基材或PCB以降低成本，另外也可以降低能量消耗。但是錫鉛焊料中的鉛是一種對(duì)人體和環(huán)境存在重大危害的重金屬元素。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，含鉛材料的使用逐漸得到限制或禁止了，特別是無鉛焊料的熔點(diǎn)相對(duì)比錫鉛焊料的高30°C，比重略小，僅次于錫的比重，流動(dòng)性差，浸潤(rùn)性差，只會(huì)擴(kuò)張，不會(huì)收縮，耐疲勞性強(qiáng)。此外，高錫含量時(shí)，高溫下對(duì)鐵有很強(qiáng)的溶解性。由于合金本身的結(jié)構(gòu)，使它跟有鉛焊料相比，比較脆，彈性不好。并且，錫橋、空焊、針孔等不良率較錫鉛焊料高。因此，開發(fā)出可替代錫鉛焊料的能夠低溫?zé)Y(jié)的導(dǎo)電材料顯得尤為重要。
[0004]為此設(shè)計(jì)一種燒結(jié)溫度低、導(dǎo)電性好、結(jié)合力強(qiáng)、不易斷線且與基板粘附力輕的新型導(dǎo)電銀漿是十分重要的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明突破了現(xiàn)有技術(shù)的難題設(shè)計(jì)了一種燒結(jié)溫度低、導(dǎo)電性好、結(jié)合力強(qiáng)、不易斷線且與基板粘附力輕的新型導(dǎo)電銀漿。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種可低溫?zé)Y(jié)的導(dǎo)電銀漿，其特征在于:其配方包括:無顆粒導(dǎo)電墨水、微米銀粉、納米級(jí)銀線和有機(jī)載體。
[0007]所述微米銀粉為球狀銀粉時(shí)，所述配方的配比為:質(zhì)量百分比20?50%的無顆粒導(dǎo)電墨水、質(zhì)量百分比20%?60%的微米銀粉、質(zhì)量百分比10?40%的納米級(jí)銀線和質(zhì)量百分比10?40%的有機(jī)載體;其中球狀銀粉的直徑為1?5μπι，其振實(shí)密度為3?6g/cm3。
[0008]所述微米銀粉為片狀銀粉時(shí)，所述配方的配比為:質(zhì)量百分比20?50%的無顆粒導(dǎo)電墨水、質(zhì)量百分比5%?40%的微米銀粉、質(zhì)量百分比10?40%的納米級(jí)銀線和質(zhì)量百分比10?40%的有機(jī)載體;其中片狀銀粉的片徑為1?5μπι，厚度為100?200nm，其寬厚比大于10。
[0009]所述微米銀粉為片狀銀粉和球狀銀粉時(shí)，所述配方的配比為:質(zhì)量百分比20?50%的無顆粒導(dǎo)電墨水、質(zhì)量百分比5%?30%的球狀微米銀粉、質(zhì)量百分比5%?20%的片狀微米銀粉、質(zhì)量百分比10?40%的納米級(jí)銀線和質(zhì)量百分比10?40%的有機(jī)載體;其中片狀銀粉的片徑為1?5μπι，厚度為100?200nm，其寬厚比大于10;其中球狀銀粉的直徑為1?5μπι，其振實(shí)密度為3?6g/cm3ο
[0010]—種可低溫?zé)Y(jié)的導(dǎo)電銀漿的制備方法，其特征在于:按照如下步驟進(jìn)行制備: 步驟1:采用化學(xué)還原法制備納米級(jí)銀線；
步驟2:采用銀鹽、醇類、胺類、去離子水及碳酸鈉制備無顆粒導(dǎo)電墨水；
步驟3:選取質(zhì)量百分比15%?30%的粘度調(diào)節(jié)劑、質(zhì)量百分比為70%?85%的添加劑，按照1:2?1:8的質(zhì)量比，攪拌混合，獲得有機(jī)載體；
步驟4:將步驟1所制得的納米級(jí)銀線晾干，稱取質(zhì)量百分比在20%?60%的微米級(jí)珠狀銀粉和質(zhì)量百分比在5%?40%的微米級(jí)片狀銀粉的混合粉末或質(zhì)量百分比5為%~30%的球狀微米銀粉、質(zhì)量百分比為5%?20%的片狀微米銀粉混合在質(zhì)量百分比為20%?50%的無顆粒導(dǎo)電墨水中，并加入質(zhì)量百分比為10%?40%的晾干的納米級(jí)銀線和質(zhì)量百分比為10%?40%的有機(jī)載體，攪拌并均勻混合，超聲振蕩1小時(shí)，得到可低溫?zé)Y(jié)的導(dǎo)電銀漿。
[0011]所述納米級(jí)銀線的制備步驟如下:
步驟1:將銀鹽溶液與100ml的乙二醇混合，得到質(zhì)量百分比5%?35%的混合溶液A;
步驟2:將保護(hù)劑與100ml的乙二醇混合，得到質(zhì)量百分比5%?35%的混合溶液B；
步驟3:配制質(zhì)量百分比為0.015%?1.53%的無機(jī)物乙二醇溶液作為控制劑；
步驟4:取60ml乙二醇于100ml聚四氟乙烯的內(nèi)襯中，加入0.1?0.5ml的控制劑，在室溫下磁力攪拌均勻，然后加入混合溶液A和混合溶液B，繼續(xù)攪拌均勻，得到混合溶液C;
步驟5:將裝有混合溶液C的100ml的聚四氟乙烯內(nèi)襯裝入反應(yīng)釜?dú)ぶ校?40°0180°C下反應(yīng)1?3小時(shí)，隨爐冷卻得到反應(yīng)液；
步驟6:將反應(yīng)液放入高速離心機(jī)離心，離心10?20分鐘，并用乙醇洗滌，過濾后得到納米級(jí)銀線。
[0012]所述無顆粒導(dǎo)電墨水按照以下步驟進(jìn)行制備:
步驟1:將質(zhì)量為16:5的銀鹽和碳酸鈉分別溶于60ml去離子水中，得到銀鹽溶液與碳酸鈉溶液，后將碳酸鈉溶液逐滴加入銀鹽溶液中，避光攪拌，然后真空抽濾至干燥，得到干燥粉末；
步驟2:將醇類和胺類按照質(zhì)量比為1:3?3:1混合，攪拌均勻，形成醇胺混合溶液；
步驟3:將干燥粉末加入醇胺混合溶液中，其質(zhì)量比為1: 20-1:4，攪拌至固體完全溶解，得到導(dǎo)電墨水；
步驟4:采用規(guī)格為0.45μπι的過濾膜過濾，得到透明無顆粒導(dǎo)電墨水。
[0013]所述粘度調(diào)節(jié)劑為甲基纖維素、乙基纖維素、甲基纖維素衍生物、乙基纖維素衍生物;添加劑為松油醇、曲拉通、聚乙二醇、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、丙酮、甲醇中的一種或多種。
[0014]所述保護(hù)劑為聚乙烯吡咯烷酮、乙二胺四乙酸、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、明膠、山梨醇中的一種或多種;所述無機(jī)物為氯化亞鐵、氯化鐵、氯化銅、氯化亞銅、氟化鉀、氟化鈣、氯化鉀、氯化鈉、氯化鈣、溴化鈉、溴化鉀、碘化鈉、碘化鉀、硫酸鈉中的一種或多種;所制備的納米級(jí)銀線的直徑約為50?200nm，長(zhǎng)度約為5-100μηι。
[0015]所述醇類為碳原子數(shù)小于6的醇類;所述胺類為脂肪胺及多功能助劑;所述無顆粒導(dǎo)電墨水為透明液體，其中銀的質(zhì)量百分比為5%?20%。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用了新的制備配方及制備方法，使制備的導(dǎo)電銀漿燒結(jié)溫度降低至90°C~150°C，同時(shí)提到了導(dǎo)電性能，使電阻降低至0.012 Ω/口，從而使得本發(fā)明可以替代傳統(tǒng)的焊料，減少對(duì)環(huán)境和人體的危害，同時(shí)又具有極強(qiáng)的粘附性，適用于印刷電子行業(yè)。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的納米銀線的SEM圖。
[0017]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的導(dǎo)電銀漿燒結(jié)后的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0019]參見圖1和圖2，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種可低溫?zé)Y(jié)的導(dǎo)電銀漿，其特征在于:其配方包括:無顆粒導(dǎo)電墨水、微米銀粉、納米級(jí)銀線和有機(jī)載體。
[0020]本發(fā)明中微米銀粉為球狀銀粉時(shí)，所述配方的配比為:質(zhì)量百分比20?50%的無顆粒導(dǎo)電墨水、質(zhì)量百分比20%?60%的微米銀粉、質(zhì)量百分比10?40%的納米級(jí)銀線和質(zhì)量百分比10?40%的有機(jī)載體;其中球狀銀粉的直徑為1?5μπι，其振實(shí)密度為3~6g/cm3。
[0021 ]本發(fā)明中微米銀粉為片狀銀粉時(shí)，所述配方的配比為:質(zhì)量百分比20?50%的無顆粒導(dǎo)電墨水、質(zhì)量百分比5%?40%的微米銀粉、質(zhì)量百分比10?40%的納米級(jí)銀線和質(zhì)量百分比10?40%有機(jī)載體;其中片狀銀粉的片徑為1?5μπι，厚度為100?200nm，其寬厚比大于10。
[0022]本發(fā)明中微米銀粉為片狀銀粉和球狀銀粉時(shí)，所述