CN109256234A - 一种高性能导电银浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高性能导电银浆及其制备方法，所述的导电银浆，以重量份为单位，包括以下原料：银粉70‑85份、低熔点玻璃粉2‑4份、有机溶剂10‑20份、添加剂10‑20份。其中，所述银粉为脂肪酸和有机银化合物双层表面改性处理的银粉，一方面，在银浆研磨分散过程中，银粉的表面双层处理层起到了表面润滑、分散的作用，提高了银粉与有机体系的兼容性；另一方面，双层处理的银粉由于中间形成了酰胺键，使得制备的银浆具有更高的触变性能，能够进行更精细和更高分辨率的图形的印刷；再一方面，银浆烧结时有机银分解成的纳米银均匀分散于银浆料体系中，解决了直接添加纳米银难分散的问题，提高了银浆的导电性和均匀稳定性，使得银浆应用范围和市场前景更为广阔。
Description
技术领域 本发明属于银浆制备技术领域，具体涉及一种高性能导电银浆及其制备方法。
背景技术 导电银浆是指印刷于承印物上，使之具有传导电流的能力。它是由银粉、有机或无机粘结剂、溶剂组成。导电银浆需要具备的特性有：导电性佳、附着力强和印刷适应性好优等特性。导电浆料是发展电子元器件的基础。银基电子浆料以其高导电率、优异的附着性能和可焊性等机械性能成为生产各种电子元器件产品的关键功能材料，在电子工业中具有无可替代的作用。电子信息行业的高速传输和小型化、智能化的发展趋势，要求元件具有更高的性能和更小的尺寸，因此所使用的导电银浆必须具有更高的导电性、更高的印刷精细分辨率和均匀一致性。
目前制备导电浆料提高导电率的主要方法是使用纳米银粉或添加部分纳米银粉，促进烧结，从而形成致密的导电网络，但是，通常的纳米银颗粒采用物理方法或化学方法(主要采用液相还原法)制备，这些方法得到纯净的纳米银颗粒后再使用。一种是直接将其加入到含有表面活性剂等配方混合液中，调节黏度得到银浆，而在这个制备过程中，纳米银颗粒没有表面活性剂包裹，由于纳米银颗粒具有很高的表面活性能，容易发生团聚，减少了银颗粒纳米烧结的优势，达不到提高导电性的目的；另一种是将纳米银粉用大量的有机物包覆，这样可以提高纳米粉的在银浆体系分散性，但是大量的有机物在烧结过程中并不能完全分解，这样会导致残留碳的产生，引起空洞，影响导电率。
传统提高导电浆料的印刷分辨率主要是通过使用外加的触变剂来调整导电银浆的触变性能，提高印刷精细度，但是，浆料中绝大部分是银粉和溶剂，采用添加少量的触变剂来提高印刷分辨率是有限的，并不能达到市场要求。
为了扩大银浆的应用领域，满足电子行业的对银浆高性能的要求，开发一种高导电、高分辨率和高稳定一致性的银浆势在必行。
本发明采用的银粉为脂肪酸和有机银化合物双层表面改性处理的微米级银粉，能够很好地解决上述问题。一方面，在银浆研磨分散过程中，银粉的表面双层起到表面润滑、分散作用，提高了银粉与有机体系的兼容性，使得银粉分散更加均匀；另一方面，双层处理的银粉由于中间形成了酰胺键，使得制备的银浆具有更高的触变性能，能够进行更精细和更高分辨率的图形的印刷；再一方面，银浆烧结时有机银分解成的纳米银均匀分散于银浆料体系中，解决了直接添加纳米银难分散的问题，提高了银浆的导电性和均匀稳定性，因此，本发明的银浆既具有高的导电性能又具有优秀的印刷精度，能够满足更多的使用场合，应用范围和市场前景更为广阔。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种高性能导电银浆及其制备方法，以解决现有导电银浆导电性不佳和稳定一致性不够的问题。
为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种高性能导电银浆，其特征在于，以重量份为单位，包括以下原料：
银粉70-85份；
低熔点玻璃粉2-4份；
有机溶剂10-20份；
添加剂10-20份；
所述银粉为脂肪酸和有机银化合物双层表面改性改性的银粉，银粉平均粒径为1.2-1.8微米；
所述低熔点玻璃粉为Bi2O3-B2O3-SiO2-Al2O3-CuO体系，软化点为460-650℃，粒径2-5微米；
所述溶剂为松油醇、酯醇十二、二乙二醇丁醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇丁醚醋酸酯、邻苯二甲酸二乙酯的一种或多种混合物。
所述添加剂的组分为1-10份表面活性剂如聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段共聚物、1-10份有机硅消泡剂，10-30份的触变剂如氢化蓖麻油或聚酰胺蜡，以及40-70份的增稠剂如氢化松香、聚合松香、改性松香的一种或多种混合物。
进一步的，所述的表面改性的银粉制备方法如下：
（1）将100份微米银粉置入500份乙醇中，超声分散均匀；
（2）将0.5-2份的脂肪酸加入10份乙醇中，加热搅拌至完全溶解；
（3）将步骤（2）中液体倒入（1）中，置入行星搅拌机中400rpm搅拌1h，过滤，放入真空干燥箱40℃干燥10h。
（4）将步骤(3)中的微米银粉置入300份乙醇中，搅拌均匀；
（5）将3-6份有机银加入10份乙醇中，加热搅拌至完全溶解；
（6）将步骤（5）中液体倒入（4）中，置入搅拌磨中球磨1-2h，过滤，放入真空干燥箱40-50℃干燥6h，制得双层表面改性的微米银粉末。
进一步的，所述的脂肪酸为二聚酸或月桂酸。
进一步的，所述的有机银的结构如下：
H2N-R-C=C-COOAg
R表示C12-C18烷基进一步的，所述的一种高性能导电银浆的制备方法，其特征在于，其特征在于以下工艺步骤:
（1）将银粉与低熔点玻璃粉用气流磨混合均匀；
（2）将有机溶剂加热至40-50℃，加入添加剂，用转速2000-4000rmp的高速分散机分散20-50min；
（3）将步骤（1）中混合物加入（2）中液体，置入双行星混合搅拌机于60-100rmp速度搅拌2-5h；
（4）将上述混合物分散混合均匀后进行三辊研磨，轧制细度小于5μm，调整粘度为80-120Pa•s，制得导电银浆。本发明具有以下有益效果：
（1）目前微米级银粉用有机物包覆提高分散性，同时添加的纳米银粉也必须用大量有机物包覆表面提高体系兼容分散性，本发明使用双层表面改性处理的微米级银粉，在银浆研磨分散过程中，银粉的表面双层起到表面润滑、分散作用，提高了银粉与有机体系的兼容性，使得银粉分散更加均匀；同时有机物用量减少，从而减少了碳残留，降低了膜层的缺陷；
（2）导电浆料中绝大部分是银粉和溶剂，采用添加少量的触变剂来提高印刷分辨率是有限的，并不能达到市场要求。本发明使用双层处理的银粉由于中间形成了酰胺键，使得制备的银浆更容易具有更高的触变性能，能够进行更精细和更高分辨率的图形的印刷；
（3）纳米银粉比表面积小，直接添加纳米银粉于银浆料中，极易团聚的特性减少了纳米银颗粒助烧结的优势，本发明制备的银浆使用的微米银粉，其表面的有机银烧结时分解成纳米银均匀分散于银浆料体系中，解决了直接添加纳米银难分散的问题，提高了银浆的均匀一致性和稳定性，同时提高了银粉的烧结活性，促进烧结银层的致密化，提高了导电率。
具体实施方式为便于更好地理解本发明，通过以下实施例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
实施例1
改性银粉的制备，以下比例均以重量计：
（1）将100份平均粒径为1.2μm的球形银粉置入500份乙醇混合液中，超声分散10min；
（2）将0.5份的二聚酸加入10份乙醇中，加热搅拌至完全溶解；
（3）将步骤（2）中液体倒入（1）中，置入行星搅拌机中400rpm搅拌1h，过滤，放入真空干燥箱40℃干燥10h；
（4）将步骤(3)中的微米银粉置入300份乙醇中，搅拌均匀；
（5）将3份有机银H2N-（CH2）12-C=C-COOAg加入10份乙醇中，加热至40℃搅拌至完全溶解；
（6）将步骤（5）中液体倒入（4）中，置入搅拌磨中球磨1h，过滤，放入真空干燥箱40℃干燥6h，制得双层表面改性的微米银粉末。
导电银浆的制备，以下比例均以重量计：
（1）将70份上述银粉与2份平均粒径为2μm的Bi2O3-B2O3-SiO2-Al2O3-CuO体系低熔点玻璃粉用气流磨混合均匀；
（2）将有机溶剂5份松油醇、5份酯醇十二、5份二乙二醇丁醚和3份邻苯二甲酸二乙酯混合均匀后加热至50℃，加入0.5份聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段共聚物、0.5份有机硅消泡剂，2份氢化蓖麻油，7份聚合松香用转速4000rmp的高速分散机分散30min；
（3）将步骤（1）中混合物加入（2）中，置入双行星混合搅拌机于100rmp速度搅拌2h；
（4）将上述混合物分散混合均匀后进行三辊研磨，轧制细度小于5μm，调整粘度为100Pa•s，制得导电银浆。
实施例2
改性银粉的制备，以下比例均以重量计：
（1）将100份平均粒径为1.8μm的球形银粉置入500份乙醇混合液中，超声分散10min；
（2）将1份的月桂酸加入10份乙醇中，加热搅拌至完全溶解；
（3）将步骤（2）中液体倒入（1）中，置入行星搅拌机中400rpm搅拌1h，过滤，放入真空干燥箱40℃干燥10h。
（4）将步骤(3)中的微米银粉置入300份乙醇中，搅拌均匀；
（5）将5份有机银H2N-（CH2）16-C=C-COOAg加入10份乙醇中，加热至40℃搅拌至完全溶解；
（6）将步骤（5）中液体倒入（6）中，置入搅拌磨中球磨2h，过滤，放入真空干燥箱40℃干燥6h，制得双层表面改性的微米银粉末。
导电银浆的制备，以下比例均以重量计：
（1）将85份上述银粉与4份平均粒径为5μm的Bi2O3-B2O3-SiO2-Al2O3-CuO体系低熔点玻璃粉用气流磨混合均匀；
（2）将有机溶剂2份松油醇、1份酯醇十二、1份二乙二醇丁醚醋酸酯和1份邻苯二甲酸二乙酯混合均匀后加热至50℃，加入0.5份聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段共聚物、0.3份有机硅消泡剂，2份聚酰胺蜡，3.2份氢化松香用转速3000rmp的高速分散机分散50min；
（3）将步骤（1）中混合物加入（2）中，置入双行星混合搅拌机于60rmp速度搅拌5h；
（4）将上述混合物分散混合均匀后进行三辊研磨，轧制细度小于5μm，调整粘度为80Pa•s，制得导电银浆。
实施例3
改性银粉的制备，以下比例均以重量计：
（1）将100份1.5μm的球形银粉置入500份乙醇混合液中，超声分散10min；
（2）将1份的二聚酸加入10份乙醇中，加热搅拌至完全溶解；
（3）将步骤（2）中液体倒入（1）中，置入行星搅拌机中400rpm搅拌1h，过滤，放入真空干燥箱40℃干燥10h。
（4）将步骤(3)中的微米银粉置入300份乙醇中，搅拌均匀；
（5）将6份有机银H2N-（CH2）18-C=C-COOAg加入10份乙醇中，加热至40℃搅拌至完全溶解；
（6）将步骤（5）中液体倒入（4）中，置入搅拌磨中球磨2h，过滤，放入真空干燥箱50℃干燥6h，制得双层表面改性的微米银粉末。
导电银浆的制备，以下比例均以重量计：
（1）将80份上述银粉与3份平均粒径为3μm的Bi2O3-B2O3-SiO2-Al2O3-CuO体系低熔点玻璃粉用气流磨混合均匀；
（2）将有机溶剂3份松油醇、2份酯醇十二、1份二乙二醇乙醚和1.5份二乙二醇丁醚醋酸酯混合均匀后加热至50℃，加入1份聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段共聚物、0.5份有机硅消泡剂，3份聚酰胺蜡，5份聚合松香用转速3000rmp的高速分散机分散40min；
（3）将步骤（1）中混合物加入（2）中，置入双行星混合搅拌机于80rmp速度搅拌4h；
（4）将上述混合物分散混合均匀后进行三辊研磨，轧制细度小于5μm，调整粘度为120Pa•s，制得导电银浆。
比较例1
将实施例1的银粉换成常规应用的银粉，同时加入2%的30nm的银粉代替有机银分解产生的纳米颗粒，除此之外，以与实施例1相同的方式制备导电银浆。
比较例2
将实施例2的银粉换成常规应用的银粉，同时加入4%的50nm的银粉代替有机银分解产生的纳米颗粒，除此之外，以与实施例2相同的方式制备导电银浆。
性能测试：
在以下操作条件中对实施例1,2,3和比较例1,2中所制备的导电银浆进行特性评价。
i)利用丝网印刷方法在20cmX 20cm的氧化铝基底上印刷；
ii) 在120℃的干燥炉中干燥15分钟；
iii)利用烧结炉在850℃下保温15分钟；
iv) 用四探针仪测试方阻；
v)用高倍显微镜观察印刷分辨率；
vi) 用扫描电镜测量膜层截面厚度。
电阻率=方阻*膜层厚度
由上述结果可知：同等情况下，实施例比比较例的体积电阻率更低，分辨率更高，因此，使用有机银表面处理的银粉制作的银浆具有优异导电性的导电浆料。
本发明制备的银浆扩大了银浆的应用领域，满足电子行业的对银浆高性能的要求，具有广阔的市场应用前景。技术指标从细度、导电性以及能完成银电极的性能指标上均达到批量生产的水平。
Claims (5)
1.一种高性能导电银浆，其特征在于，以重量份为单位，包括以下原料：
银粉70-85份；
低熔点玻璃粉2-4份；
有机溶剂10-20份；
添加剂10-20份；
所述银粉为脂肪酸和有机银化合物双层表面改性改性的银粉，银粉平均粒径为1.2-1.8微米；
所述低熔点玻璃粉为Bi2O3-B2O3-SiO2-Al2O3-CuO体系，软化点为460-650℃，粒径2-5微米；
所述溶剂为松油醇、酯醇十二、二乙二醇丁醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇丁醚醋酸酯、邻苯二甲酸二乙酯的一种或多种混合物。
2.所述添加剂的组分为1-10份表面活性剂如聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段共聚物、1-10份有机硅消泡剂，10-30份的触变剂如氢化蓖麻油或聚酰胺蜡，以及40-70份的增稠剂如氢化松香、聚合松香、改性松香的一种或多种混合物。
3.根据权利要求1所述的表面改性改性的银粉制备方法如下：
将100份微米银粉置入500份乙醇中，超声分散均匀；
将0.5-2份的脂肪酸加入10份乙醇中，加热搅拌至完全溶解；
将步骤（2）中液体倒入（1）中，置入行星搅拌机中400rpm搅拌1h，过滤，放入真空干燥箱40℃干燥10h；
将步骤(3)中的微米银粉置入300份乙醇中，搅拌均匀；
将3-6份有机银加入10份乙醇中，加热搅拌至完全溶解；
将步骤（5）中液体倒入（4）中，置入搅拌磨中球磨1-2h，过滤，放入真空干燥箱40-50℃干燥6h，制得双层表面改性的微米银粉末。
4.根据权利要求2所述的脂肪酸为二聚酸或月桂酸
根据权利要求2所述的有机银的结构如下：
H2N-R-C=C-COOAg
R表示C12-C18烷基。
5.一种根据权利要求1所述的高性能导电银浆的制备方法，其特征在于，其特征在于以下工艺步骤:
将银粉与低熔点玻璃粉用气流磨混合均匀；
将有机溶剂加热至40-50℃，加入添加剂，用转速2000-4000rmp的高速分散机分散20-50min；
将步骤（1）中混合物加入（2）中液体，置入双行星混合搅拌机于60-100rmp速度搅拌2-5h；
将上述混合物分散混合均匀后进行三辊研磨，轧制细度小于5μm，调整粘度为80-120Pa•s，制得导电银浆。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190122 |
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