CN109887639B

CN109887639B - 一种可焊接低温固化型功能银浆及其制备方法

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Publication number: CN109887639B
Application number: CN201910047393.4A
Authority: CN
Inventors: 李俊鹏; 万甦伟; 陈家林; 刘继松; 赵汝云; 李燕华
Original assignee: Kunming Institute of Precious Metals
Current assignee: Kunming Institute of Precious Metals
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2021-01-26
Anticipated expiration: 2039-01-18
Also published as: CN109887639A

Abstract

本发明公开了一种可焊接低温固化型功能银浆及其制备方法。所述可焊接低温固化型功能银浆的成分质量百分比为：85～95wt％银粉，5～15wt％有机载体，其中有机载体由75～90wt％改性聚甲基丙烯酸甲酯PMMA树脂，0～15wt％有机溶剂，5～20wt％交联剂和5～15wt％助剂组成。本发明通过将银粉、改性聚甲基丙烯酸甲酯PMMA树脂、有机溶剂、交联剂和助剂制备成为功能银浆，制备的功能银浆经低温固化后可满足波峰焊、回流焊、金锡焊、铟锡焊的可焊性要求。本发明为信息电子领域高密度、高可靠的电子产品组装提供了一种可焊接低温固化型功能银浆及其制备方法，具有广泛的应用前景和市场价值。

Description

一种可焊接低温固化型功能银浆及其制备方法

技术领域

本发明设计一种可焊接低温固化型功能银浆及其制备方法，属于信息电子新材料领域。

背景技术

随着时代的快速发展，电子产品的需求愈发多样化、小型化、可靠化，从而促使了电子器件朝着小型化，电子器件组装朝着高密度化方向发展。而电子器件组装在保证高密度的同时，更需保证产品性能高可靠性，这就要求组装加工不能影响产品的性能。此外由于目前电子产品多样化的需求，使用的材料种类也越发丰富，但诸如玻璃、铝、不锈钢、柔性基底等难附着衬底材料不方便进行高密度组装加工，使得电子器件的发展受到了限制。

为了丰富电子器件高密度组装方法，实现玻璃、铝、不锈钢、柔性基底等难附着衬底材料的高密度组装加工，考虑从电子浆料领域提出一种解决办法。

目前低温固化银浆的研发主要集中在电学性能、力学性能等方面，在可焊性方面少有研究。要使浆料在拥有优异导电性能的同时满足可焊性的要求，银粉和树脂的选择十分重要。银粉的选择关系到浆料涂层的导电性，而不同的树脂则会直接影响浆料涂层的附着强度和导电性。要使浆料具备可焊性，则涂层必须能耐受200℃以上的温度冲击，故选择的树脂需要相当的应变性能。在浸焊时，主要是焊料在浆料涂层上的浸润和向涂层内的扩散过程，这又需要树脂具有相当的耐热性以及保证涂层具有相当的附着强度，否则会发生溶蚀。聚甲基丙烯酸甲酯PMMA树脂是制备具有可焊性浆料时的树脂优选。虽然聚甲基丙烯酸甲酯PMMA树脂具有透光率高、机械强度高、质量轻、耐候性好、易于加工等优点，但是聚甲基丙烯酸甲酯PMMA树脂的耐热性差，其热变形温度只有95℃，热分解温度只有225℃。故需对其耐热性进行改性处理。常采取的改性方法为加入交联剂，使聚合物由线型结构变为体型结构，从而提高其耐热性、机械强度等性能；或增强高分子链间的相互作用力，即使高分子链间形成副价交联，也可提高聚甲基丙烯酸甲酯PMMA树脂的耐热性。

发明内容

本发明通过将银粉、改性聚甲基丙烯酸甲酯PMMA树脂、有机溶剂、交联剂和助剂制备成为功能银浆，制备的功能银浆经低温固化后可满足波峰焊、回流焊、金锡焊、铟锡焊的可焊性要求，为信息电子领域高密度、高可靠的电子产品组装提供了一种可焊接低温固化型功能银浆及其制备方法，具有广泛的应用前景和市场价值。

本发明所要解决的技术问题是：为信息电子领域高密度、高可靠的电子产品组装提供了一种可焊接低温固化型功能银浆及其制备方法，本发明所提供的功能银浆，经低温固化后满足波峰焊、回流焊、金锡焊、铟锡焊可焊性要求，导电性能良好，适应于大批量工业生产组装。

本发明所要解决的第一方面的技术方案是提供一种可焊接低温固化型功能银浆及其制备方法，其特征在于，由质量百分比如下各原料组成：85～95wt％银粉，5～15wt％有机载体。

优选地，银粉为由片状、球状银粉中的一种或两种组成，且所述银粉为纳米级银粉及微米级银粉的混合粉，微米级球状银粉的最大粒径＜6微米，微米级片状银粉最大片径＜25微米。片状银粉的振实密度3.0～6.0g/cm³，烧损率＜0.7％，比表面积0.5～2.0m²/g。球状银粉的振实密度3.3～5.5g/cm³，烧损＜0.9％，比表面积0.1～1.0m²/g。

优选地，所述有机载体由如下各原料组成：75～90wt％改性聚甲基丙烯酸甲酯PMMA树脂，0～15wt％有机溶剂，5～20wt％交联剂和5～15wt％助剂组成。

优选地，所述改性聚甲基丙烯酸甲酯PMMA树脂是由甲基丙烯酸甲酯MMA与含活泼氢原子的单体共聚而成。

优选地，所述含活泼氢原子的单体选自甲基丙烯酸MAA、丙烯酸AA、甲基丙烯酸酰胺MAAM、丙烯酰胺AM、顺丁烯二酸、α-氯丙烯酸等中的一种或多种。

优选地，所述有机溶剂选自乙酸丁酯、丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯、甲酸-2-乙基己酯、乙醇、乙酸乙酯、二乙二醇丁醚乙酸酯、二乙二醇乙醚乙酸酯、混合二元酸酯DBE、环己酮、乙二醇乙醚乙酸酯或乙二醇丁醚乙酸酯中的一种或多种。

优选地，所述交联剂选自热固性丙烯酸树脂、甲基丙烯酸丙烯酯类、二乙烯基类、环氧类、聚醚砜等中的一种或多种。

优选地，所述助剂选自硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯DEHP、邻苯二甲酸二丁酯DBP中的一种或多种。

本发明所要解决的第二方面的技术方案是提供所述银浆料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将树脂与有机溶剂混合，用高速分散机搅拌，温度不超过70℃，待树脂溶解完全后降至室温，添加交联剂和助剂，使用高速分散机分散制成有机载体；

(2)在有机载体中加入银粉，使用双行星搅拌机预混合成浆，使用三辊研磨机研磨分散，最后减压脱泡即得成品。

本发明的第三方面是提供前述一种功能化可焊接低温固化银浆及其制备方法和应用，所述功能银浆可印刷在玻璃、铝、不锈钢、柔性基底等难附着衬底材料上，固化温度130～180℃，固化时间30min，附着力＞百格4B，相应的体积电阻率＜1.0×10^-4Ω·cm，抗剪切力＞186N·cm^-2，满足波峰焊、回流焊、金锡焊、铟锡焊可焊性要求，拥有不错的导电性及附着力。

通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.本发明通过让甲基丙烯酸甲酯MM含有活泼氢原子的单体共聚，增强高分子链相互作用力，形成氢键，来对聚甲基丙烯酸甲酯PMMA树脂进行改性，得到耐热性好的改性聚甲基丙烯酸甲酯PMMA树脂。再通过添加交联剂进一步提高改性聚甲基丙烯酸甲酯PMMA树脂的耐热性。以此改性聚甲基丙烯酸甲酯PMMA树脂为银浆的成分制备得到了只需低温固化工艺即具备可焊性的功能化银浆。

2.本发明方法制备的可焊接低温固化型功能银浆，可印刷在玻璃、铝、不锈钢、柔性基底等难附着衬底材料上，固化温度130～180℃，固化时间30min，附着力＞百格4B，相应的体积电阻率＜1.0×10^-4Ω·cm，抗剪切力＞186N·cm^-2，满足波峰焊、回流焊、金锡焊、铟锡焊可焊性要求，拥有不错的导电性及附着力。

具体实施方式

实施例1

将甲基丙烯酸甲酯MMA与含活泼氢原子的单体甲基丙烯酸酰胺MAAM及丙烯酸AA共聚为改性聚甲基丙烯酸甲酯PMMA树脂。

取85wt％上述改性聚甲基丙烯酸甲酯PMMA树脂，加入10wt％甲基丙烯酸丙烯酯类交联剂和5wt％双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯，使用高速分散剂分散制成10wt％有机载体。

在有机载体中加入85wt％振实密度3.0～4.0g/cm³，烧损率＜0.7％，比表面积1.0～2.0m²/g，最大片径＜25微米片状银粉，使用双行星搅拌机预混合成浆，使用三辊研磨机研磨分散，最后减压脱泡即得成品。

实施例2

取75wt％实施例1改性聚甲基丙烯酸甲酯PMMA树脂与10wt％有机溶剂混合，用高速分散机搅拌，温度不超过70℃，待树脂溶解完全后降至室温，加入10wt％甲基丙烯酸丙烯酯类交联剂和5wt％双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯，使用高速分散剂分散制成15wt％有机载体。其中有机溶剂由质量百分数为20％丁二酸二甲酯、60％戊二酸二甲酯、20％己二酸二甲酯组成。

在有机载体中加入90wt％片状银粉/球状银粉(Wt:Wt＝9:1)，片状银粉振实密度4.0～6.0g/cm³，烧损率＜0.7％，比表面积0.5～1.5m²/g，最大片径＜25微米，球状银粉振实密度3.3～4.2g/cm³，烧损0.9％，比表面积0.5～1.0m²/g，最大粒径＜6微米，使用双行星搅拌机预混合成浆，使用三辊研磨机研磨分散，最后减压脱泡即得成品。

实施例3

取95wt％实施例1改性聚甲基丙烯酸甲酯PMMA树脂，加入5wt％甲基丙烯酸丙烯酯类交联剂，使用高速分散剂分散制成5wt％有机载体。

在有机载体中加入95wt％片状银粉/球状银粉(Wt:Wt＝8:2)，片状银粉振实密度4.0～6.0g/cm³，烧损率＜0.7％，比表面积0.5～1.5m²/g，最大片径＜25微米，球状银粉振实密度4.0～5.5g/cm³，烧损0.9％，比表面积0.1～0.5m²/g，最大粒径＜6微米，使用双行星搅拌机预混合成浆，使用三辊研磨机研磨分散，最后减压脱泡即得成品。

将上述实施例制备的导电浆料进行性能测试，具体测试方法如下。

(1)电学性能测试

以柔性材料聚对苯二甲酸乙二醇酯PET为基底，丝网印刷蛇形0.6mm×1m导电线条，使用Fluke17B⁺万用表、Dektak台阶仪对线宽0.6mm的银线进行电阻、膜厚的测试，通过电阻率计算公式得出体积浆料的电阻率。

(2)附着力测试

将3M600胶粘带粘着在已固化好的百格测试图形上，按平行及垂直线条方向各粘一条，用高级绘图橡皮用力擦平，放置1分钟后，用力垂直迅速拉脱(10cm/s)胶带，观察胶带和试样线条是否有粘浆料及膜层是否拉脱。

(3)可焊性测试

焊料选用Sn98Ag1.5Cu0.5，根据GB/T 17473.7-2008进行可焊性测试。

(4)抗剪切力测试

根据GB 7124-2008标准进行测量。

上述实施例制备的导电浆料测试结果如表1所示。

表1实施例1～3制备的功能浆料的性能指标

*焊区面积＞85％为良，＞95％为好。

Claims

1.一种可焊接低温固化型功能银浆的制备方法，其特征在于，功能银浆由质量百分比如下各原料组成：85~95wt%银粉，5~15wt%有机载体；将树脂与有机溶剂混合，用高速分散机搅拌，温度不超过70℃，待树脂溶解完全后降至室温，添加交联剂和助剂，使用高速分散机分散制成有机载体；在有机载体中加入银粉，使用双行星搅拌机预混合成浆，使用三辊研磨机研磨分散，最后减压脱泡即得一种可焊接低温固化型功能银浆；

所述功能银浆可印刷在玻璃、铝、不锈钢、柔性基底难附着衬底材料上，固化温度130~180℃，固化时间30min，相应的体积电阻率＜1.0×10^-4Ω·cm，抗剪切力＞186N·cm^-2，附着力＞百格4B，满足波峰焊、回流焊、金锡焊、铟锡焊可焊性要求；

所述有机载体为75~90wt%改性聚甲基丙烯酸甲酯PMMA树脂，0~15wt%有机溶剂，5~20wt%交联剂和5~15wt%助剂组成；

所述改性聚甲基丙烯酸甲酯PMMA树脂是由甲基丙烯酸甲酯MMA与含活泼氢原子的单体共聚而成；

所述交联剂选自热固性丙烯酸树脂、甲基丙烯酸丙烯酯类、二乙烯基类、环氧类、聚醚砜中的一种或多种；

所述助剂选自硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯DEHP、邻苯二甲酸二丁酯DBP中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述可焊接低温固化型功能银浆的制备方法，其特征在于，所述含活泼氢原子的单体选自甲基丙烯酸MAA、丙烯酸AA、甲基丙烯酸酰胺MAAM、丙烯酰胺AM、顺丁烯二酸、α-氯丙烯酸中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述可焊接低温固化型功能银浆的制备方法，其特征在于：所述银粉为由片状、球状银粉中的一种或两种组成，且所述银粉为纳米级银粉及微米级银粉的混合粉，微米级球状银粉的最大粒径＜6微米，微米级片状银粉最大片径＜25微米，片状银粉的振实密度3.0~6.0g/cm³，烧损率＜0.7%，比表面积0.5~2.0m²/g，球状银粉的振实密度3.3~5.5g/cm³，烧损＜0.9%，比表面积0.1~1.0m²/g。

4.根据权利要求1所述可焊接低温固化型功能银浆的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自乙酸丁酯、丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯、甲酸-2-乙基己酯、乙酸乙酯、二乙二醇丁醚乙酸酯、二乙二醇乙醚乙酸酯、混合二元酸酯DBE、环己酮、乙二醇乙醚乙酸酯或乙二醇丁醚乙酸酯中的一种或多种。