CN104362227B - 一种金属电极贴片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高导电率的金属电极贴片的制备方法，该方法包括采用选用至少表层为氮化物的支撑基片，对所述支撑基片进行抛光处理或表面亲水性处理的步骤；所述基片包括硅片或耐高温陶瓷；所述硅片包括单晶硅片或多晶硅片，所述耐高温陶瓷包括不含氧化物的氮化物陶瓷和氧化物陶瓷。本发明的方法选用合适的材料，利用表面镀膜和表面处理相结合的方法，大大降低了电极同基片之间的结合力，可以直接用胶带等剥离，而且剥离表面非常光滑，基片上无金属残留。本发明不涉及到任何有机溶液过程，可以形成形状不限的电极贴片,克服了直接在器件上制备电极的复杂手续以及低导电率的特点。
Description
技术领域
本发明涉及电学技术领域，具体涉及一种贴片式电极的制备方法。
背景技术
电极贴片是一种可以自由粘贴的金属电极薄膜。随着电子器件集成化的发展，形状多样、可以简单通过粘贴进行组装的高导电率薄膜电极可以适用于很多电子器件：例如各种电子探头和接收器中的线圈电极，LED芯片组装时的底面电极等等，可以直接用粘性薄膜贴在基片上，也可以通过导电膜或绝缘膜贴在基片上。
一般来说，薄膜电极可以采用印刷法或真空溅射或蒸发法制备。真空制备的导电薄膜厚度均匀，可以非常薄，因此节省材料、导电率高。但该方法涉及到真空条件，设备复杂、速度慢、一次性处理的面积小。在追求高产率和低成本的工业化生产上不适用。最简单的方法是丝网印刷电极浆料形成电极。丝网印刷用的电极浆料分高温烧结型和低温固化型两种：低温固化的电极浆料制备方便，面积大更可以在任何基材上使用，但由于含有有机杂质导致导电率较低，特别在电极线宽减小、电极厚度降低的情况下，电阻损耗较大；而高温烧结型的电极虽然薄膜导电性非常好，但一般需要超过1000℃的高温进行烧结，这是绝大多数衬底和PCB板等基底材料不能耐受的。
制备高温烧结金属材料贴片式电极的关键方法在于如何将烧制好的电极薄膜从衬底基片上剥离下来。高温烧结后的导体线圈同陶瓷基材结合非常紧密，通常产生了化学结合，而导体线圈本身非常脆弱，剥离非常困难。通常考虑的电极剥离方法是溶液腐蚀法，例如采用浓硫酸、氢氟酸等可以腐蚀陶瓷材料的溶液，对陶瓷衬底和电极薄膜的界面进行腐蚀，使电极薄膜脱落。该方法不仅危险而且有酸、碱等溶剂污染，过程复杂，成品率也低，薄膜溶液损坏。发明人经过研究金属导体浆料，例如银浆等在耐高温基片上的烧结过程，发现烧结后电极薄膜的剥离难度同衬底陶瓷基片的组成及其表面状态紧密相关。金属导电浆料主要由金属导电微粒、有机载体以及玻璃粉粘结剂组成。其中玻璃粉由各类氧化物玻璃烧结组合而成，在高温烧结中融化，一是将浆料中的金属微粒粘合在一起，另一方面使得导体同基板粘合在一起。为了解决上述的电极薄膜从衬底剥离的技术问题，本发明由此而来。
发明内容
本发明的目的是提供一种电极贴片的制备方法，本发明的方法可以一次性大批量制备出容易剥离的高温烧结的金属电极薄膜贴片。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高导电率的金属电极贴片的制备方法，其包括以下的步骤：
(1)选用至少表层为氮化物的支撑基片，对所述支撑基片进行表面亲水性处理；
(2)把金属导电浆料根据预先设计好电极图案印刷在处理后的支撑基片上，低温烘干，冷却到常温后，再高温烧结；
(3)待支撑基片冷却后，采用带有粘性层的薄膜将烧结后的金属电极从支撑基片上粘下来，然后贴在保护膜上，形成电极贴片。
本发明的一优选技术方案，所述支撑基片选自硅片或耐高温陶瓷。
本发明的一优选技术方案，所述硅片选自单晶硅和多晶硅片，包括半导体或太阳能电池硅片，抛光后在其表面镀上一层氮化硅薄膜后，进行表面亲水性处理。
本发明的一优选技术方案，所述耐高温陶瓷包括不含氧化物的氮化物陶瓷和氮化物陶瓷。
本发明的一优选技术方案，所述不含氧化物的氮化物陶瓷为氮化硅或氮化铝陶瓷，经过抛光处理后作为电极烧结的支撑基片，表面抛光Ra<0.01。
本发明的一优选技术方案，所述氮化物陶瓷抛光处理后再进行表面亲水性处理。
本发明的一优选技术方案，所述氧化物陶瓷为二氧化硅、氧化锆，抛光后在其表面镀上一层氮化硅薄膜后，进行表面亲水性处理。
本发明的一优选技术方案，所述的氮化硅薄膜可采用PECVD，等离子溅射等方法形成，膜层厚度50～200nm，优选厚度在100nm～200nm。
本发明的一优选技术方案，对支撑基片表面进行亲水性处理方式选自等离子处理、臭氧处理、氨水/双氧水/水溶液的加热处理方式之一，优选紫外臭氧处理。
本发明的一优选技术方案，在步骤(2)中所用的金属导电浆料可以为银、铝、铜、镍、金、白金等。
本发明的优选技术方案，所述烘干温度150℃-220℃，高温烧结的温度为800℃-1200℃，优选900℃-1000℃。
本发明的一优选技术方案，所述支撑基片在使用一次后进行清洗，再一次表面亲水性处理后可以重复使用。
本发明的优选技术方案，所述金属导电浆料为银浆等高导电性的金属浆料，所选浆料中金属固体含量要求高于70％，当然其它金属浆料铜、铝、镍、金、白金等也在应用范围内。
本发明的优选技术方案，所述带有粘性层的薄膜可以是高分子薄膜，例如聚酯PET薄膜，PVC薄膜等，单面或双面附有粘性层；保护膜可以是纸质或塑料薄膜，使用时除去保护膜。所述电极贴片形状多样，电极图形可以自由设计，电极导电率高。上述电极贴片可以单独使用，也可以根据需要，剪裁后粘贴或组装到其他基材上，例如可以作为线圈状电极，传感器以及LED芯片的底面电极等；也可以粘贴在柔性基材等不耐高温烧结的器件或基片上。
本发明的制备方法采用至少表层为氮化物的支撑基片，包括氮化物陶瓷的支撑基片，例如氮化硅、氮化铝等，浆料中的玻璃粉就不容易同基片粘结；优选对基片进行亲水性处理，浆料中的有机载体多为非极性油性物，其同基片的粘合性也会降低。最后，合理设置烘干和高温烧结温度曲线，就可以大幅度降低烧结后银电极同陶瓷基材的结合力，避免高强度的化学结合键产生，可以简单的通过胶带将电极薄膜同基片分离，一次形成含有单片或多片电极的贴片。为了降低制备成本，也可以采用普通的硅片或氧化物陶瓷，在其上镀上一层非氧化物，例如氮化硅薄膜来进行操作。
本发明的制备方法的优点：
1.本发明通过对电极和陶瓷界面结合情况的详细研究，用合适的材料，利用表面镀膜和表面处理相结合的方法，大大降低了电极同陶瓷基片之间的结合力，可以直接用胶带等剥离，而且剥离表面非常光滑，基片上无金属残留。
2.本发明通过选用硅片或耐高温陶瓷提供了一种电极贴片的快速简单的制备方法，不涉及任何有机溶液过程，可以形成形状不限的电极贴片,克服了直接在器件上制备电极的复杂手续以及低导电率的缺陷，利用表面镀膜和表面处理相结合的方法，大大降低了电极同陶瓷基片之间的结合力，可以直接用胶带等剥离，而且剥离表面非常光滑，基片上无金属残留。
3.本发明的制备方法可以一次性大面积制备复数枚电极，然后根据需要自由剪裁并组装；该方法制备的电极形状多样，导电率高，厚度小，电极线宽小，可用于多种电子器件的电极系统。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
附图1电极印刷在镀有氮化硅薄膜的亲水性处理后的陶瓷基片上。
附图2低温烘干并高温烧结后用带有粘性层的薄膜剥离电极。
附图3被剥离后的电极贴片粘附在粘性薄膜上，该薄膜可以是双面的。电极另一面用保护膜保护，使用时可揭开。
附图4本发明制作的电极贴片产品结构示意图。
其中1-陶瓷基片；2-亲水性处理后的氮化硅薄膜；3-印刷上去的银电极图案；4-带有粘性层的薄膜；5-保护膜。
具体实施方式
以下结合附图描述本发明具体实施方式。
实施例1和对比例1参照附图1～4，结合发明内容详细阐述本发明的实施方式。
实施例1
步骤1选用多晶硅片作为支撑基片。如图1所示，采用太阳能电池用多晶硅片1，经过氢氟酸和硝酸混合液去损伤层抛光处理后在其上用PECVD法成长一层氮化硅薄膜，这里氮化硅薄膜厚度为100nm，然后采用紫外光照射臭氧表面处理10min，使氮化硅薄膜表面具有亲水性。
步骤2电极的印刷：采用丝网印刷技术，按照所需电极图案在上述处理后的基片氮化硅薄膜2表面印刷银浆料3，一次可印刷多枚电极图案；银浆料印刷厚度约35微米，银浆中银含量82％。银浆料可以购买也可以自己制备，种类为高温烧结银浆。
步骤3电极的烘干和烧结：采用链式烘干炉烘干，烘干峰值温度180℃；冷却后链式炉高温烧结，烧结峰值温度985℃。
步骤4电极的剥离：如附图2所示，上述烧结后电极冷却后用带有粘附层的薄膜4(聚氨酯薄膜，厚度20微米)。将电极从陶瓷基片上粘离下来。粘离过程中采用橡胶辊给予一定均匀压力保证。
步骤5电极贴片的制备：在粘附有电极的薄膜4上贴上纸质的保护膜5。
如附图4所示，这是电极贴片的基本结构。使用时可以根据需要剪裁，然后揭掉保护膜贴在所需部位，例如散热基片或PCB板，以及各类柔性基板、导磁基片上。该形式的电极贴片制备方便，可以大面积一次性制备复数枚的电极，甚至可以形成卷对卷的生产模式，使用非常方便，电极贴片厚度可以根据需要调节。最后电极的剥离非常完整。
对比例1
步骤1选用多晶硅片作为支撑基片。如图1所示，采用太阳能电池用多晶硅片1作为基片，经过氢氟酸和硝酸混合液去损伤层抛光处理后待用。
步骤2电极的印刷：采用丝网印刷技术，按照所需电极图案在上述处理后的基片氮化硅薄膜2表面印刷银浆料3，一次可印刷多枚电极图案；银浆料印刷厚度约35微米，银浆中银含量82％。银浆料可以购买也可以自己制备，种类为高温烧结银浆。
步骤3电极的烘干和烧结：采用链式烘干炉烘干，烘干峰值温度180℃；冷却后链式炉高温烧结，烧结峰值温度985℃。
步骤4电极的剥离：如附图2所示，上述烧结后电极冷却后用带有粘附层的薄膜4(聚氨酯薄膜，厚度20微米)。将电极从陶瓷基片上粘离下来。粘离过程中采用橡胶辊给予一定均匀压力保证。
对比例1的实物，不经过表面镀膜以及亲水性处理，电极的剥离非常不完整，残留严重。
实施例2参照附图1～4，结合发明内容详细阐述本发明的实施方式。
步骤1陶瓷支撑基片的准备：如图1所示，采用二氧化硅陶瓷基片1，表面抛光成镜面后在其上用PECVD法成长一层氮化硅薄膜，这里氮化硅薄膜厚度为100nm，然后采用紫外光照射臭氧表面处理10min，使氮化硅薄膜表面具有亲水性。
步骤2电极的印刷：采用丝网印刷技术，按照所需电极图案在上述处理后的基片氮化硅薄膜2表面印刷银浆料3，一次可印刷多枚线圈；银浆料印刷厚度约35微米，银浆中银含量82％。银浆料可以购买也可以自己制备，种类为高温烧结银浆。
步骤3电极的烘干和烧结：采用链式烘干炉烘干，烘干峰值温度180℃；冷却后链式炉高温烧结，烧结峰值温度985℃。
步骤4电极的剥离：如附图2所示，上述烧结后电极冷却后用带有粘附层的薄膜4(聚氨酯薄膜，厚度20微米)。将电极从陶瓷基片上粘离下来。粘离过程中采用橡胶辊给予一定均匀压力保证。
步骤5电极贴片的制备：在粘附有电极的薄膜4上贴上纸质的保护膜5。
如附图4所示，这是电极贴片的基本结构。使用时可以根据需要剪裁，然后揭掉保护膜贴在所需部位，例如散热基片或PCB板，以及各类柔性基板、导磁基片上。该形式的电极贴片制备方便，可以大面积一次性制备复数枚的电极，甚至可以形成卷对卷的生产模式，使用非常方便，电极贴片厚度可以根据需要调节。
实施例3
一种高导电率的金属电极贴片的制备方法，其包括以下的步骤：
采用耐高温氮化物氮化硅陶瓷，先将氮化硅陶瓷表面进行抛光处理Ra<0.01，再进行臭氧表面亲水性处理，把银浆料根据所需电极图案印刷在表面处理或镀膜过的支撑基片上，150℃-220℃烘干印刷了电极浆料的支撑基片，冷却到常温后，再进行1200℃高温烧结；冷却后，采用带有粘性层的薄膜将烧结后的金属电极从支撑基片上粘下来，然后贴在保护膜上，形成电极贴片。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (9)
1.一种金属电极贴片的制备方法，其包括以下的步骤：
(1)选用至少表层为氮化物的支撑基片，对所述支撑基片进行表面亲水性处理；
(2)把金属导电浆料根据预先设计好电极图案印刷在处理后的支撑基片上，低温烘干，冷却到常温后，再高温烧结；
(3)待支撑基片冷却后，采用带有粘性层的薄膜将烧结后的金属电极从支撑基片上粘下来，然后贴在保护膜上，形成电极贴片。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，支撑基片选自硅片或耐高温陶瓷。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述硅片选自单晶硅和多晶硅片，抛光后在其表面镀上一层氮化硅薄膜。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述耐高温陶瓷包括不含氧化物的氮化物陶瓷和氧化物陶瓷。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述不含氧化物的氮化物陶瓷为氮化硅或氮化铝陶瓷，经过表面抛光处理，抛光后陶瓷表面粗糙度Ra<0.01。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述氧化物陶瓷为二氧化硅或氧化锆，抛光成镜面后在其表面镀上一层氮化硅薄膜。
7.根据权利要求3或6所述的制备方法，其特征在于，所述的氮化硅薄膜采用PECVD或等离子溅射方法形成，所述氮化硅薄膜厚度为50～200nm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，对支撑基片表面进行亲水性处理方式选自等离子处理、臭氧处理、氨水/双氧水/水溶液的加热处理方式之一。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述支撑基片在使用一次后进行清洗，再一次表面亲水性处理后可以重复使用。
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