CN109365825A - 可锡焊的覆银镍导电层的制备方法及自动丝印覆银装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可锡焊的覆银镍导电层的制备方法及自动丝印覆银装置，其中，所述制备方法为：在印刷的镍导电图形上，点滴纳米银浆，然后经过烘干、共烧结，得到可锡焊的覆银镍导电层；其中，所述纳米银浆的含银量为5~15%，玻璃相含量为0.5~1.5%，粘度为5~30mPa•s。采用本发明的技术方案，不需要用特殊的助焊剂和焊锡料，只需采用一次共烧结的方法，就可获得具有更好的锡焊效果和焊锡结合力的镍导电层，而且操作简单方便，生产产品的一致性和稳定性好，不增加三废排放，绿色环保，适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种可锡焊的覆银镍导电层的制备方法及自动丝印覆银装置。
背景技术
随着全球信息化的飞速发展，世界对信息的需求快速增长，信息产品和信息服务对于各个国家、地区、企业、单位、家庭、个人都不可缺少；信息技术已成为支撑当今经济活动和社会生活的基石。电子信息产业的发展壮大离不开各种电子信息材料的更新和性能提升，导电浆料是电子信息材料的重要组成部分，是集材料、冶金、化工、电子技术于一体的电子功能新材料，是混合集成电路、敏感元件、表面组装技术、电阻网络、显示器，以及各种电子分立元件等的基础材料。
导电浆料经过丝网印刷、流平、烘干、烧结等工艺，可以在陶瓷等基片上固化形成导电膜，可制成厚膜集成电路、电阻器、电阻网络、电容器、多层陶瓷电容器、导体油墨、太阳能电池电极、LED冷光源、有机发光显示器、印刷及高分辨率导电体、薄膜开关/ 柔性电路、导电胶、敏感元器件及其它电子元器件等，并在很大程度上决定了各种电子元器件的性能好坏和价格高低。导电浆料以其高技术、高性能、高效益和适用广等特点在信息、电子领域占有重要地位，广泛应用于航空、航天、电子计算机、测量与控制系统、通信设备、医用设备、汽车工业、传感器、高温集成电路、民用电子产品等诸多领域，与人们的生活密切相关。
在各种金属基导电浆料中，金、银、钯、铂等贵金属导电浆料具有稳定性强、精度高、可靠性好和寿命长等优良性能，但其价格高昂，在有些电子元器件中，如多层陶瓷电容器中，单纯的导电浆料费用就超过了元器件成本的70%。为降低成本，使用铜、镍、铝等贱金属来代替贵金属已成为了当前导电浆料发展的必然趋势。其中的镍具备良好的导电性、导热性、化学稳定性。用其制得的导电浆料具有电阻低、无离子迁移、成线性、分辨性和丝网印刷性能良好等优点。
但是，由于烧结的镍导电层多为玻璃相和金属镍的组合，且其表面不可避免的会有镍的氧化层存在，以及金属镍本身与锡焊料的可润湿性就相对较差，使得镍导电层的可锡焊性很差，即使使用一些特殊的助焊剂和焊锡也很难获得符合要求的焊接效果和拉拔力。目前有研究对制备的镍导体电极前处理后进行酸性化学镀镍或者碱性化学镀镍，能够获得可锡焊的镍导体电极，但这种方法操作工艺复杂，流程长，且存在着明显的废液排放大、不环保的压力。
发明内容
针对以上技术问题，本发明公开了一种可锡焊的覆银镍导电层的制备方法及自动丝印覆银装置，操作简单方便，很好的解决了镍浆的锡焊问题，而且不增加三废排放，绿色环保，适合工业化生产。
对此，本发明采用的技术方案为：
一种可锡焊的覆银镍导电层的制备方法，在印刷的镍导电图形上，点滴纳米银浆，然后经过烘干、共烧结，得到可锡焊的覆银镍导电层；其中，所述纳米银浆的含银量为5~15%，玻璃相含量为0.5~1.5%，粘度为5~30mPa•s。
采用此技术方案，采用点滴低粘度纳米银浆和共烧结的方法即可制得可锡焊的镍导电层，该可锡焊的镍导电层不需要用特殊的助焊剂和焊锡料，适用于目前工业上常用的多种焊锡料和焊锡方法，都可获得较好的锡焊效果。而且纳米银浆由于粘度很低，仅仅为5~30mPa•s，在印刷的镍浆表面有很好的铺展性，可以形成厚度很薄的银浆层。
在印刷的镍导电图形上，点滴纳米银浆，纳米银浆因为粘度低，当点滴在印刷的镍导电图形上时，纳米银浆会渗透到导电图形的镍浆中，然后烘干、共烧结，由于低粘度银浆和镍浆是共烧结，且银浆层很薄，而且银浆渗透到镍浆中，共烧结形成银层以及镍银导电层，银层的存在使得镍导电层具有了很好的锡焊性。而且镍银导电层使得银层具有更好的附着力，使得焊接后具有更好的焊接效果和拉拔力。而且采用的一次共烧结的方法，并不增加烧结成本。
优选的，在印刷的镍导电图形的需要锡焊的位置进行点滴纳米银浆。
此技术方案采用在丝印的镍浆表面点滴低粘度纳米银浆的方法制备覆银镍导电图形，不改变现有镍浆的丝印方法，只是直接在丝印后的镍导电图形需要锡焊的位置自动点滴低粘度纳米银浆，操作简单方便；且不增加三废排放，绿色环保，适合工业化生产。
作为本发明的进一步改进，所述纳米银浆中纳米银的粒径为20~50nm。 20~50nm的银颗粒可以使银浆在较低的温度下即可烧结成导电银膜。
作为本发明的进一步改进，所述共烧结的温度为750~850℃，保温时间为15~30分钟。进一步的，所述共烧结在空气氛围下进行。
作为本发明的进一步改进，点滴纳米银浆在印刷的镍导电图形上形成的银浆层的厚度为0.01~5μm。
作为本发明的进一步改进，点滴纳米银浆在印刷的镍导电图形上形成的银浆层的厚度为0.05~1μm。
作为本发明的进一步改进，所述纳米银浆的含银量为5~12%，玻璃相含量为0.7~1.2%，粘度为7~24mPa•s。
作为本发明的进一步改进，所述烘干的温度为90~110℃，时间为10~20分钟。
作为本发明的进一步改进，点滴纳米银浆时，每次点滴的银浆量为0.03~1g。采用此技术方案，通过控制银浆点滴量，同时结合低粘度纳米银浆的固含量和粘度的不同，可以方便的获得所需要的覆银面积和厚度，来满足不同的锡焊要求。
本发明公开了一种自动丝印覆银装置，其包括用于丝印镍导电图形的自动丝印机、用于在丝印的镍导电图形上点滴纳米银浆的自动银浆点滴机、机械臂，所述自动银浆点滴机位于自动丝印机的一侧，所述机械臂位于自动丝印机、银浆点滴机的上方，所述机械臂将自动丝印机上的产品移到自动银浆点滴机的操作平台上。优选的，所述机械手为四轴或六轴机器人。
作为本发明的进一步改进，所述自动丝印覆银装置包括烘箱和马弗炉，用于覆银镍导电层的烘干和共烧结。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
第一，本发明的技术方案采用点滴低粘度纳米银浆和共烧结的方法制得了可锡焊的镍导电层，该可锡焊的镍导电层不需要用特殊的助焊剂和焊锡料，适用于目前工业上常用的多种焊锡料和焊锡方法，都可获得较好的锡焊效果；只需采用一次共烧结的方法，并不增加烧结成本；且由于低粘度银浆和镍浆是共烧结，且银浆层很薄，银层在镍导电层上具有很好的附着力。
第二，本发明技术方案采用的纳米银浆粘度和固含量都很低，同时结合点滴银浆的质量不同，能够方便的在镍导电层上获得任意需要的覆银厚度和面积，而成本增加很小。
第三，本发明采用在丝印的镍浆表面点滴低粘度纳米银浆的方法制备覆银镍导电图形，不改变现有镍浆的丝印方法，只是直接在丝印后的镍导电图形需要锡焊的位置自动点滴低粘度纳米银浆，操作简单方便；且不增加三废排放，绿色环保，适合工业化生产。
第四，采用本发明技术方案的自动丝印覆银装置，不用改变现有电子浆料的应用工艺流程，也不用增加繁琐的工艺步骤，自动化程度高、可操作控制性强、生产产品的一致性和稳定性好。
附图说明
图1是本发明在镍导电层上点滴不同粘度、固含量纳米银浆烧结后的照片对比图。
图2是本发明的镍导电层覆银与不覆银处焊锡正面的照片对比图；其中，左边的样品为镍导电层上覆银处焊锡，右边的样品为不覆银处焊锡。
图3是本发明的镍导电层覆银与不覆银处焊锡侧面的照片对比图；其中，左边的样品为镍导电层上覆银处焊锡，右边的样品为不覆银处焊锡。
图4是本发明的去除焊锡滴后镍导电层覆银和不覆银处的对比照片。其中，左边的样品为有覆银去除焊锡滴后的照片，右边的样品为不覆银去除焊锡滴后的照片。
图5是本发明一种自动丝印覆银设备的结构示意图。
其中，附图标记包括：1-自动丝印机，2-自动银浆点滴机，3-机械臂。
具体实施方式
下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
一种可锡焊的覆银镍导电层的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）采用纳米Ni-B粉，与玻璃粉、乙基纤维素、松油醇按比例混合，用三辊研磨机轧制，制得相应的镍浆。
（2）将20~50nm的银颗粒，与玻璃粉、乙二醇、乙基纤维素按比例充分搅拌混合，并在超声槽中超声处理30~80分钟，制得纳米银浆。
（3）采用自动丝印覆银设备，将以上所制得的镍浆，先是通过自动丝印机丝印到处理过的氧化铝陶瓷基片上，而后通过机械手将丝印完的氧化铝陶瓷基片转送到自动点滴银浆机工作台上，在需要焊接的镍浆表面点滴低粘度的纳米银浆。
（4）将点滴纳米银浆的陶瓷片统一送到鼓风干燥箱中100℃烘烤10-20分钟，直至有机溶剂完全挥发。
（5）将烘干的样片放入马弗炉中直接在空气中煅烧，烧结温度在750-850℃之间，烧结保温时间15-30min。
（6）采用手工焊的方式，用普通锡焊丝直接在烧结好的导电层上进行锡焊，对比覆银和不覆银镍导电层上锡焊滴的润湿性和附着力。
如图1所示，通过在镍导电层上点滴不同粘度、固含量纳米银浆烧结后的照片对比，从覆银点的颜色深浅可以看出，通过调整纳米银浆的粘度和固含量，以及结合点滴纳米银浆的质量不同，可以方便的获得不同面积和覆银厚度的锡焊点。图2和图3是覆银与不覆银处焊锡滴的对比照片，可见同样的焊锡质量，覆银和不覆银处焊锡滴的形状和铺展面积不同，覆银处的焊锡滴呈半球状，铺展面积大，且随着覆银厚度的增加而增大。说明焊锡在点滴了纳米银浆的镍导电层上的润湿性更好，从而有更好的可焊性。
图4是去除焊锡滴后覆银和不覆银处的对比照片，可见覆银处的镍导电层完全随着去除焊锡滴而脱落，直接露出了陶瓷基底，焊锡与覆银镍层粘结牢固，而且用万用拉力试验机测得的焊锡滴的拉脱力大于9.8N。而不覆银处的焊锡滴拉脱力仅有1.7N，且脱落处覆盖着一层助焊剂，说明焊锡在镍导电层上完全没有可焊性。
下面结合具体实施例进行进一步的说明。
实施例1
1. 将纳米Ni-B粉，与玻璃粉、乙基纤维素、松油醇按比例混合，用三辊研磨机轧制，制得相应的镍浆。
2. 将平均粒径25nm的银颗粒，与玻璃粉、乙二醇、乙基纤维素按比例充分搅拌混合，并在超声槽中超声处理70分钟，制得含银量在10%，玻璃相含量在0.8%，粘度在16mPa·s的纳米银浆。
3. 采用自动丝印覆银设备，将以上所制得的镍浆，先是通过自动丝印机丝印到处理过的氧化铝陶瓷基片上，而后通过机械手将丝印完的氧化铝陶瓷基片转送到自动点滴银浆机工作台上，在需要焊接的镍浆表面点滴0.3g的纳米银浆。
4. 将点滴纳米银浆的陶瓷片统一送到鼓风干燥箱中100℃烘烤15分钟，直至有机溶剂完全挥发。
5.将烘干的样片放入马弗炉中直接在空气中煅烧，烧结温度在750℃，烧结保温时间20min。
6.采用手工焊的方式，用普通锡焊丝直接在烧结好的导电层上进行锡焊，用万用拉力试验机测得覆银处焊锡滴的拉脱力为10.2N。
作为对比例，用普通锡焊丝直接在烧结好不覆银的镍导电层上进行锡焊，用万用拉力试验机测得焊锡滴拉脱力仅有1.7N。由此可见，采用本发明的技术方案，具有更好的焊接效果和拉拔力。
实施例2
1. 将Ni-B粉，与玻璃粉、乙基纤维素、松油醇按比例混合，用三辊研磨机轧制，制得相应的镍浆。
2. 将平均粒径47nm的银颗粒，与玻璃粉、乙二醇、乙基纤维素按比例充分搅拌混合，并在超声槽中超声处理35分钟，制得含银量在12%，玻璃相含量在1.2%，粘度在24mPa·s的纳米银浆。
3. 采用自动丝印覆银设备，将以上所制得的镍浆，先是通过自动丝印机丝印到处理过的氧化铝陶瓷基片上，而后通过机械手将丝印完的氧化铝陶瓷基片转送到自动点滴银浆机工作台上，在需要焊接的镍浆表面点滴0.8g的纳米银浆。
4.将点滴纳米银浆的陶瓷片统一送到鼓风干燥箱中100℃烘烤20分钟，直至有机溶剂完全挥发。
5.将烘干的样片放入马弗炉中直接在空气中煅烧，烧结温度在850℃，烧结保温时间30min。
6.采用手工焊的方式，用普通锡焊丝直接在烧结好的导电层上进行锡焊，用万用拉力试验机测得覆银处焊锡滴的拉脱力为11.6N，远远高于不覆银的镍导电层上锡焊的拉脱力。
实施例3
1. 将纳米Ni粉，与玻璃粉、乙基纤维素、松油醇按比例混合，用三辊研磨机轧制，制得相应的镍浆。
2. 将平均粒径36nm的银颗粒，与玻璃粉、乙二醇、乙基纤维素按比例充分搅拌混合，并在超声槽中超声处理45分钟，制得含银量在6%，玻璃相含量在0.7%，粘度在7.8mPa·s的纳米银浆。
3. 采用自动丝印覆银设备，将以上所制得的镍浆，先是通过自动丝印机丝印到处理过的氧化铝陶瓷基片上，而后通过机械手将丝印完的氧化铝陶瓷基片转送到自动点滴银浆机工作台上，在需要焊接的镍浆表面点滴0.07g的纳米银浆。
4. 将点滴纳米银浆的陶瓷片统一送到鼓风干燥箱中100℃烘烤18分钟，直至有机溶剂完全挥发。
5. 将烘干的样片放入马弗炉中直接在空气中煅烧，烧结温度在780℃，烧结保温时间19min。
6.采用手工焊的方式，用普通锡焊丝直接在烧结好的导电层上进行锡焊，用万用拉力试验机测得覆银处焊锡滴的拉脱力为9.2N，远远高于不覆银的镍导电层上锡焊的拉脱力。
实施例4
如图5所示，一种自动丝印覆银装置，其包括用于丝印镍导电图形的自动丝印机1、用于在丝印的镍导电图形上点滴纳米银浆的自动银浆点滴机2、机械臂3，所述自动银浆点滴机2位于自动丝印机1的一侧，所述自动丝印机的两侧，以及银浆点滴机的两侧均设有机械臂3，所述机械臂3自动将产品或装有产品的治具放置到自动丝印机1上进行丝印，然后机械臂3将自动丝印机1上的产品或装有产品的治具移到自动银浆点滴机2的操作平台上进行点银浆，最后机械臂3将点好银浆的产品移出。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种可锡焊的覆银镍导电层的制备方法，其特征在于：在印刷的镍导电图形上，点滴纳米银浆，然后经过烘干、共烧结，得到可锡焊的覆银镍导电层；其中，所述纳米银浆的含银量为5~15%，玻璃相含量为0.5~1.5%，粘度为5~30mPa•s。
2.根据权利要求1所述的可锡焊的覆银镍导电层的制备方法，其特征在于：所述纳米银浆中纳米银的粒径为20~50nm。
3.根据权利要求1所述的可锡焊的覆银镍导电层的制备方法，其特征在于：所述共烧结在空气气氛中进行，烧结温度为750~850℃，保温时间为15~30分钟。
4.根据权利要求1所述的可锡焊的覆银镍导电层的制备方法，其特征在于：点滴纳米银浆在印刷的镍导电图形上形成的银浆层的厚度为0.01~5μm。
5.根据权利要求4所述的可锡焊的覆银镍导电层的制备方法，其特征在于：点滴纳米银浆在印刷的镍导电图形上形成的银浆层的厚度为0.05~1μm。
6.根据权利要求1所述的可锡焊的覆银镍导电层的制备方法，其特征在于：所述纳米银浆的含银量为5~12%，玻璃相含量为0.7~1.2%，粘度为7~24mPa•s。
7.根据权利要求1所述的可锡焊的覆银镍导电层的制备方法，其特征在于：所述烘干的温度为90~110℃，时间为10~20分钟。
8.根据权利要求1~7任意一项所述的可锡焊的覆银镍导电层的制备方法，其特征在于：点滴纳米银浆时，每次点滴的银浆量为0.03~1g。
9.一种自动丝印覆银装置，其特征在于：其包括用于丝印镍导电图形的自动丝印机、用于在丝印的镍导电图形上点滴纳米银浆的自动银浆点滴机、机械臂，所述自动银浆点滴机位于自动丝印机的一侧，所述机械臂位于自动丝印机、银浆点滴机的上方，所述机械臂将自动丝印机上的产品移到自动银浆点滴机的操作平台上。
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