CN111261323A - 一种烧结型导电银浆 - Google Patents

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万剑
王海波
朱月华
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Abstract

本发明提供了一种具有优异机械性能的烧结型导电银浆，所述的导电银浆，以重量份为单位，包括以下原料：银粉40‑70份；金属玻璃粉末10‑40份；有机溶剂10‑20份；树脂3‑8份，添加剂3‑5份。本发明制备的导电银浆具有高柔韧性、高硬度和强度，好的弹性和优异的抗腐蚀性能，在机械、通讯、电子、航空航天、汽车工业乃至国防军事上都具有广泛的应用。

Description

一种烧结型导电银浆
技术领域
本发明属于烧结型导电银浆领域，具体涉及一种具有优异机械性能的烧结型导电银浆。
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。烧结型导电浆料相比于低温固化银浆、紫外固化银浆，由于其优异的导电性能和机械性能，广泛应用于电子工业，是发展电子元器件的基础。银基电子浆料以其高导电率和可靠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。
目前，烧结型导电银浆是由银粉、粘结剂、溶剂、树脂组成。其中，银粉是导电相，粘结相通常是玻璃粉，在烧结过程中，熔融的玻璃相同金属粉末一起组成固液两相，浸润并包围银粉，其液相的表面张力会使气孔收缩，促进银粉颗粒重新排列并致密化，形成导电膜层。此时，银粉颗粒之间粘结相玻璃粉的存在，由于玻璃粉是脆性且没有韧性和延展性，硬度和抗腐蚀性较差，因此导致此导电膜层的塑性和抗腐蚀性较差，膜层容易折断，弹性差，强度低，从而限制了烧结型导电银浆在高可靠性、高强度、弹性和需要导电膜层有韧性的领域应用。
发明内容
本发明要解决现有的的上述问题，目的在于提供一种可以制备具有优异机械性能和抗腐蚀性导电银膜的一种烧结型导电银浆。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种具有优异机械性能的烧结型导电银浆，其特征在于，其组成如下：
银粉40-70份，
金属玻璃粉末10-40份，
有机溶剂10-20份，
树脂 3-8份，
添加剂3-5份，
其中，银粉粒径为200-500纳米，树脂为乙基纤维素或松香、甲基丙烯酸树脂中的至少一种，有机溶剂为松油醇、二乙二醇丁醚醋酸酯或2,2,4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯中至少一种，添加剂为消泡剂和聚酰胺蜡。
进一步的，所述的金属玻璃粉末是铁基或锆基金属玻璃，平均粒径为0.2-0.3微米。
进一步的，所述的金属玻璃粉末是通过等离子法由金属玻璃制成的粉末。
所述的一种具有优异机械性能的导电银膜，其特征是，将导电银浆通过涂覆、印刷、旋涂等方式附着于基板上，然后在500-650℃下烧结，此时银粉部分熔化和金属玻璃软化，通过液相烧结机制，形成具有优异机械性能的致密银膜导电层层。
进一步的，所述导电银膜可以通过调整银粉和金属玻璃粉末的比例来控制银膜层的可塑性能力。
通常，导电银浆中的粘结剂是玻璃粉，烧结时，玻璃相会率先熔融，同金属粉末一起组成固液两相，玻璃包围固体颗粒，由于玻璃相的表面张力会使气孔收缩，银粉颗粒移动重排，形成银膜层。本发明通过等离子法将金属玻璃制备成粉末，控制粒径，满足导电银浆的要求，此种金属玻璃粉代替玻璃粉，通过控制烧结温度，使100-300纳米的银粉处于微熔状态，同时金属玻璃粉处于熔融状态，由于金属玻璃-金属之间比金属-玻璃之间具有更好的亲和力，因此熔融的金属玻璃更易附着和润属于银粉表面，此时金属的较大的表面张力和接触比表面积使得银粉重排更容易，膜层的烧结致密度大大提高。
本发明中所述的金属玻璃是指熔融金属在冷却过程中不发生结晶，而其内部结构中的原子呈长程无序排列的一类材料，其结构类似于无定型的玻璃结构。 金属和玻璃的最大的差别在于:金属在从液态冷却凝固的过程中有确定的凝固点，原子按一定的规律排列，形成晶体；而玻璃从液态到固态是连续变动的，没有明确的分界线，即没有固定凝固点。因此，金属是一种典型的晶体材料，它的许多特性是由其内部晶体结构决定的，而玻璃却是一种非晶体材料，固态玻璃和液态玻璃内部原子呈无序紊乱排列。
金属玻璃相对于金属而言，金属玻璃没有结晶结构，原子在一点点的间隙中有活动余地它是无定型材料，和玻璃相类似;而与一般氧化物相比其主要成分是金属元素，没有普通玻璃的脆性和透明度，金属玻璃具有金属光泽，可以弯曲，外观上普通金属材料没有任何区别。
新型金属玻璃最主要特点和优势是具有很高的强度、硬度、弹性、刚性，它可以经受180度弯曲而不断裂，是钢的5倍，比普通金属的弯曲性、复原性更好还，比结晶金属的弹性极限提高了3倍。另外，金属玻璃的表面整齐致密，不给腐蚀提供任何机会，所以其耐腐蚀性更强。因此金属玻璃力学性能强韧兼备，其强度和硬度比现有的一般晶态金属都高耐蚀性能极强。
本发明中的导电银浆，用金属玻璃粉末作为粘结剂，使得膜层具有金属玻璃的特性，如高柔韧性、高硬度和强度，好的弹性和优异的抗腐蚀性能，解决了普通导电银浆中银粉颗粒之间脆性粘结相玻璃粉的存在导致的导电膜层差的塑性、弹性和抗腐蚀性，同时，通过调整银粉与金属玻璃粉末之间的比例，可以得到不同性能的导电银层，由此来满足不同领域的要求，可以应用于许多普通晶态材料所不具备的优良的力学、化学及物理性能，使之在机械、通讯、电子 航空航天、汽车工业乃至国防军事上都具有广泛的应用。
与现有技术相比，本发明的一种具有优异机械性能的烧结型导电银浆具有以下优点：
（1）用金属玻璃粉末作为粘结剂，促进烧结，使得膜层具有金属玻璃的性质，如高柔韧性、高硬度和强度，好的弹性和优异的抗腐蚀性能，解决了普通导电银浆中银粉颗粒之间脆性粘结相玻璃粉的存在导致的导电膜层差的塑性、弹性和抗腐蚀性。
（2）通过调整银粉与金属玻璃粉末之间的比例，可以得到不同性能的导电银层，由此来满足不同领域的要求，可以应用于许多普通晶态材料所不具备的优良的力学、化学及物理性能，使之在机械、通讯、电子、航空航天、汽车工业乃至国防军事上都具有广泛的应用。
（3）金属玻璃代替玻璃粉作为粘结剂，一方面，金属玻璃是金属 ，导电性优良，而玻璃粉为绝缘物质，可以提高膜层导电性能，另一方面，由于金属玻璃-金属之间比金属-玻璃之间具有更好的亲和力，烧结时，膜层的烧结致密度大大提高，导电性会进一步提高。
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
本实施例所述的一种具有优异机械性能的烧结型导电银浆，以重量计，其组成如下：
银粉40份（平均粒径为300纳米，球形）；金属玻璃粉末40份（铁基金属玻璃，平均粒径0.3微米）；有机溶剂14份（其中，松油醇10份，二乙二醇丁醚醋酸酯4份）；
乙基纤维素3份；聚酰胺蜡2份，有机硅消泡剂1份。
按照下列步骤制备烧结型导电银浆：
（1）有机载体的制备。将树脂加入溶剂中，混合均匀后，将混合物在80℃恒温搅拌溶解，直至混合物变为透明的粘稠液体；
（2）按照配比称量各组分重量，通过行星式重力搅拌机2000rpm预混合3分钟，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50Pa•s，制得导电银浆。
导电银膜层的制备：将导电银浆通过涂覆、印刷、旋涂等方式附着于基板上，然后在500-650℃下烧结，此时银粉部分熔化和金属玻璃软化，通过液相烧结机制，形成致密可塑的银膜导电层。
实施例2
本实施例所述的一种具有优异机械性能的烧结型导电银浆，以重量计，其组成如下：
银粉70份（平均粒径为500纳米，球形）；金属玻璃粉末10份（铁基金属玻璃，平均粒径0.2微米）；有机溶剂10份（其中，松油醇5份，二乙二醇丁醚醋酸酯5份）；甲基丙烯酸树脂6.5份；聚酰胺蜡3份，有机硅消泡剂0.5份。
本实施例中烧结型导电银浆的制备按照实施例1中所述方法。
本实施例中导电银膜层的制备按照实施例1中所述的方法。
实施例3
本实施例所述的一种具有优异机械性能的烧结型导电银浆，以重量计，其组成如下：
银粉55份（平均粒径为200纳米，球形）；金属玻璃粉末25份（铁基金属玻璃，平均粒径0.2微米）；有机溶剂13份（其中，松油醇3份，二乙二醇丁醚醋酸酯5份，2,2,4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯5份）；乙基纤维素2份，松香1.5份；聚酰胺蜡2.5份，有机硅消泡剂1份。
本实施例中烧结型导电银浆的制备按照实施例1中所述方法。
本实施例中导电银膜层的制备按照实施例1中所述的方法。
实施例4
本实施例所述的一种具有优异机械性能的烧结型导电银浆，以重量计，配比同实施例2，只是将金属玻璃粉末更换为锆基金属粉末。
本实施例中烧结型导电银浆的制备按照实施例1中所述方法。
本实施例中导电银膜层的制备按照实施例1中所述的方法。
实施例5
本实施例所述的一种具有优异机械性能的烧结型导电银浆，以重量计，配比同实施例3，只是将金属玻璃粉末更换为锆基金属粉末。
本实施例中烧结型导电银浆的制备按照实施例1中所述方法。
本实施例中导电银膜层的制备按照实施例1中所述的方法。
对比例
本对比例以重量计，配比同实施例2，只是将金属玻璃粉末更换为铋-硼-硅-铝系的玻璃粉，其他条件均不变化。
本对比例中烧结型导电银浆的制备按照实施例1中所述方法。
本对比例中导电银膜层的制备按照实施例1中所述的方法。
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10cmX 10cm的不锈钢基板上印刷，控制印刷膜厚在20微米；
ii) 在120℃的干燥炉中干燥15分钟；
iii)利用烧结炉在580℃下烧结15分钟；
iv) 用四探针仪测试方阻 ；
v)用扫描电镜测量膜层截面厚度；
vi) 用显微维氏硬度计测量膜层的硬度；
vii)使用弯折试验机测试样品的韧性，180度弯折10次，观察膜层弯折处；
viii)将不锈钢基板用氧化铝基板代替，按照上述方法制备样品，放入10%硫酸的溶液中，浸泡48h，观察银膜脱落状况。
Figure 335089DEST_PATH_IMAGE001
由上述结果可知：同等情况下，实施例比比较例的方阻低，导电性能好，膜层硬度、耐酸腐蚀性和韧性等机械性能大幅度提升，同时，通过调整银粉与金属玻璃粉末的比例，可以得到不同导电和机械性能的膜层。
综上所述，用金属玻璃粉末作为粘结剂，可以使得膜层具有金属玻璃的性质，得到高柔韧性、高硬度和强度，好的弹性和优异的抗腐蚀性能的银膜层，解决了普通导电银浆存在导致的导电膜层差的塑性、弹性和抗腐蚀性差的问题，同时对提升导电性能有所帮助，扩大了银浆的应用领域，可以应用于许多普通晶态材料所不具备的优良的力学、化学及物理性能，使之在机械、通讯、电子 航空航天、汽车工业乃至国防军事上得到广泛的应用。

Claims (5)

1.一种烧结型导电银浆，以重量计，其特征在于，其组成如下：
银粉40-70份,
金属玻璃粉末10-40份,
有机溶剂10-20份,
树脂3-8份,
添加剂3-5份,
所述的银粉粒径为200-500纳米，所述的树脂为乙基纤维素或松香、甲基丙烯酸树脂中的至少一种,
所述的有机溶剂为松油醇、二乙二醇丁醚醋酸酯或2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯中至少一种，所述的添加剂为消泡剂和聚酰胺蜡。
2.根据权利要求1所述的金属玻璃粉末，其特征是铁基或锆基金属玻璃，平均粒径为0.2-0.3微米。
3.根据权利要求1所述的金属玻璃粉末，其特征是通过等离子法由金属玻璃制成的粉末。
4.一种具有优异机械性能的导电银浆，其特征是，导电银浆可以通过涂覆、印刷、旋涂等方式附着于基板上，然后在500-650℃下烧结，此时银粉部分熔化和金属玻璃软化，通过液相烧结机制，形成优异机械性能的致密银膜导电层。
5.根据权利要求4所述导电银膜，其特征是，可以通过调整银粉和金属玻璃粉末的比例来控制银膜层的可机械性能。
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