CN108172320A - 一种导电铜浆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导电铜浆，包括有机载体、镀银铜粉和玻璃粉，所述铜粉是通过直流电弧等离子体蒸发法制备得到的超细铜粉。本发明采用直流电弧等离子体蒸发法制备超细铜粉，相比传统的液相法，本发明所使用的铜粉具有粉体纯净度高、表面洁净、球形度好、易分散、制备工序少及污染小等特点，铜粉良好的分散性能为后续的镀银步骤提供良好的基础，使银镀层能够均匀覆盖在铜粉表面，进而提高导电铜浆的抗氧化性能。

Description

一种导电铜浆

技术领域

本发明属于电子浆料领域，具体涉及一种导电铜浆。

背景技术

导电铜浆是由一种铜粉、热固性树脂、一种有机溶剂及其其它改性剂组成的混合导电涂料。相比于其它贱金属填料，铜的体积电阻率与银相近，其价格仅是银价格的1/21，应是制备导电浆料理想的导电填料。导电铜浆具有优异的导电性能，已被广泛应用于电子工业、导电涂料、催化剂、润滑油添加剂等多个领域，在电磁屏蔽和微电子封装领域也有着潜在的应用价值。

导电铜浆优选纳米级铜粉作为导电填料，因为其具有异常的物理化学性能，容易在电子浆料中形成导电网格，但是纳米铜粉表面极易形成致密的氧化层，使其从导体变成绝缘体，从而失去了作为电子浆料填充料的能力。目前从好似高温铜电子浆料的研究者主要工作是解决铜粉表面的氧化问题，通过不同的表面改性技术，以期提高其抗氧化性能，并使其保持长期稳定的导电能力，目前国内外采用的铜粉表面改性技术有：（1）表面包覆惰性金属，如银、镍等，（2）表面包覆有机物，如偶联剂 、脂肪烃等；（3）表面磷化处理等。化学镀法则具有工艺简单、制备成本低等优点，被认为是目前制备银包铜粉最适合的方法之一。但目前方法未能有效解决银包覆层的不致密性和不均匀问题，从而难以实现铜粉中高温抗氧化性能的大幅度提高。此外，在超细铜粉的镀银包覆中尚存在粉体易团聚等问题，也限制了该法的推广。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术终导电铜浆包覆层的不致密性和不均匀问题，提供一种导电性能优异，包覆层均匀致密的导电铜浆。

技术方案：本发明所述的导电铜浆，包括有机载体、镀银铜粉和玻璃粉，所述铜粉是通过直流电弧等离子体蒸发法制备得到的超细铜粉。

超细铜粉的制备步骤为：

1）将铜锭放入水冷坩埚内，密封设备，抽真空至10-3Pa，充入一定比例的氢气和氩气，引弧，产生高温等离子体电弧；

2）在高温电弧作用下，铜锭迅速熔化，当温度升高到使得金属原子获得的动能大于原子表面束缚能时，金属铜原子开始脱离金属液面而蒸发出来，并由大风量鼓风机吹出的气体带至收粉室，经过一、二级旋风分离器分级，最后沉积在收粉室；

3）冷却后充入氩气至常压，钝化3-5h，收集，密封。

传统制备超细Cu粉主要采用液相法，此法工艺繁琐，所得粉体纯净度不高,电导率低。进入新世纪，直流电弧等离子体蒸发法制备的金属超细粉体具有粉体纯净度高、表面洁净、球形度好、易分散、制备工序少及污染小等特点，已成为高品质导体浆料用粉制备的重要产业化途径，本发明利用直流电弧等离子体蒸发法制备出具有纯净度高、表面洁净、球形度好、易分散的超细Cu粉。

进一步的，制备铜粉的工艺参数：阴极电流强度为650-700A，氢氩比为6：(8-9)，充气压力为0.04~0.05MPa，在此条件下，铜粉的产率较高，约为800-900g/h，铜粉粒径范围为50~300nm，此粒径分布有利于导电膜有更好的致密性，XRF测试表明此铜粉纯度为99%以上。

进一步的，所述铜粉还需要经过表面活性剂进行表面改性处理。

超细金属粉体具有尺寸小，比表面积高，表面能大以及各颗粒之间存在吸附力等特点，使得超细金属粉体极易发生团聚。团聚后的粉体颗粒较大，弱化甚至丧失单颗粒原本具备的独特物理化学性质，导致实际应用中不能充分发挥超细金属颗粒的优越性。在导体浆料中，金属粉体的团聚会导致烧结的导电膜电性能下降，甚至不导电，同时也会降低可焊性和耐焊料浸蚀性等性能。因此需要选择合适的表面活性剂对铜粉表面进行改性处理使铜粉有良好的分散性能。

进一步的，阴离子型分散剂选择了油酸（OA）、十二羟基硬脂酸（HSA）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS），而非离子型分散剂选择了聚乙烯吡咯烷酮（PVP， K-30）、六偏磷酸钠（SHMP）、吐温-80（TWEEN-80）、聚乙二醇（PEG）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、司班-85（Span-80），优选油酸（OA）和十二羟基硬脂酸（HSA）的复合物。

进一步的，表面改性后的铜粉还需要进行三次镀银步骤，对铜粉进行三次镀银，实现铜粉表面均匀的包覆银粉。表面改性后的铜粉具有良好的分散性，进行镀银步骤时，可以避免铜粉团聚。

进一步的，所述玻璃粉为球磨机研磨后的玻璃粉，玻璃粉的平均粒径为0.8-1μm。玻璃粉粒径影响导体浆料烧结导电膜的致密性和各相分布均匀性，进而影响导电膜的电性能。玻璃粉粒径适当降低能提高导电膜的致密性，但过多的减小玻璃粉的粒径会导致方阻上升，可能是因为导体浆料在制备过程中，由于金属粉体团聚成大颗粒，此时导电颗粒的粒径范围是很大的，玻璃粉粒径进一步减小后，不能有效填充导电颗粒之间的空隙，导致烧结后导电膜的密实度不够，从而导致方阻变大。此粒径优于其他粒径玻璃粉，对铜粉有更好复配性能。

进一步的，所述有机载体由溶剂、增稠剂、流变剂和分散剂组成，所述流变剂为1,4-丁内酯和邻苯二甲酸二丁酯的混合物。有机载体的功能是把金属粉和玻璃粉及其它固体粉末混合分散成膏状浆料，以便用丝网印刷方法将其印刷在陶瓷基片上。流变剂的添加可调整浆料的流动性，增加浆料的粘度。

进一步的，所述分散剂为环己酮。

进一步的，所述有机载体还包括触变剂，触变剂为氢化蓖麻油和聚酰胺蜡。使有机载体具有良好的触变性。

有益效果：本发明采用直流电弧等离子体蒸发法制备超细铜粉，相比传统的液相法，本发明所使用的铜粉具有粉体纯净度高、表面洁净、球形度好、易分散、制备工序少及污染小等特点，铜粉良好的分散性能为后续的镀银步骤提供良好的基础，使银镀层能够均匀覆盖在铜粉表面，进而提高导电铜浆的抗氧化性能。。

Claims (10)

1.一种导电铜浆，包括有机载体、镀银铜粉和玻璃粉，其特征在于，所述铜粉是通过直流电弧等离子体蒸发法制备得到的超细铜粉。

2.根据权利要求1所述的导电铜浆，其特征在于，超细铜粉的制备步骤为：

1）将铜锭放入水冷坩埚内，密封设备，抽真空至10-3Pa，充入一定比例的氢气和氩气，引弧，产生高温等离子体电弧；

2）在高温电弧作用下，铜锭迅速熔化，当温度升高到使得金属原子获得的动能大于原子表面束缚能时，金属铜原子开始脱离金属液面而蒸发出来，并由大风量鼓风机吹出的气体带至收粉室，经过一、二级旋风分离器分级，最后沉积在收粉室；

3）冷却后充入氩气至常压，钝化3-5h，收集，密封。

3.根据权利要求2所述的导电铜浆，其特征在于，制备铜粉的工艺参数：阴极电流强度为650-700A，氢氩比为6：(8-9)，充气压力为0.04-0.05MPa。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的导电铜浆，其特征在于，所述铜粉还需要经过表面活性剂进行表面改性处理。

5.根据权利要求4所述的导电铜浆，其特征在于，所述表面活性剂为油酸、十二羟基硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、六偏磷酸钠、吐温-80、聚乙二醇（PEG）、甲基丙烯酸甲酯或司班-85中的一种或几种任意比例的混合物。

6.根据权利要求4所述的导电铜浆，其特征在于，表面改性后的铜粉还需要进行三次镀银步骤。

7.根据权利要求1所述的导电铜浆，其特征在于，所述玻璃粉为球磨机研磨后的玻璃粉，玻璃粉的平均粒径为0.8-1μm。

8.根据权利要求1所述的导电铜浆，其特征在于，所述有机载体由溶剂、增稠剂、流变剂和分散剂组成，所述流变剂为1,4-丁内酯和邻苯二甲酸二丁酯的混合物。

9.根据权利要求8所述的导电铜浆，其特征在于，所述分散剂为环己酮。

10.根据权利要求9所述的导电铜浆，其特征在于，所述有机载体还包括触变剂，触变剂为氢化蓖麻油和聚酰胺蜡。