CN112542261A - 一种5g器件用导电银浆及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种5G器件用导电银浆及其制备方法和应用。该5G器件用导电银浆的原料组成为：银粉、树脂、溶剂、粘结剂和添加剂；其中，银粉、树脂、溶剂、粘结剂和添加剂的质量含量之比为：40％‑95％：0.1％‑5％：10％‑30％：1％‑5％：0.01％‑6％。本发明还提供了上述导电银浆的制备方法和应用。本发明的导电银浆具有极高的分散均匀性，银浆在500‑1000℃烧结2‑30分钟后具有高温高导电性能、高硬度、高抗剪切强度、高成膜性，从而电子元器件在高温环境下依旧高效运行。

Description

一种5G器件用导电银浆及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种导电银浆，尤其涉及一种5G器件用导电银浆，属于导电银浆技术领域。
背景技术
2020年是5G大规模建设元年。5G作为新基建的“排头兵”，对经济的影响不可忽视，是支撑经济社会数字化、网络化、智能化转型的关键。3月末，在工信部发布工业和信息化部关于推动5G加快发展的通知中，要求全力推进5G网络建设、应用推广、技术发展和安全保障，充分发挥5G新型基础设施的规模效应和带动作用，支撑经济高质量发展。通知表示，积极开展网络绿色化改造，加快先进节能技术应用推广。“新基建”背景下的5G网络大规模建设可有效催生新材料、新能源的应用需求。
其中5G新基建下新材料主要为配合5G的高性能，保证使用的可靠性，如PTFE聚四氟乙烯，LCP液晶高分子聚合物。部分是为了缓解5G高功耗带来的问题，如石墨散热片等等。同时，5G新基建下将继续加大充换电基础设施建设，鼓励各类充换电设施互联互通。推进动力电池各方面的发展，提高动力电池的能量密度，推动长续航电动汽车的发展。以5G为首的“新基建”释放出了一个信号，数字化将加速经济结构的调整和升级，还会带动应用基础设施的发展，比如高性能集成电路、高效太阳能电池、高能量密度锂离子电池、液晶显示器、高性能印刷线路板等等。传统集成电路、印刷线路板、发光二极管等组件的装配和生产过程中，离不开焊锡材料进行组件的焊接。
锡在地壳中的自然储量为1100万吨，可开采储量仅为610万吨。全球锡生产集中度较高，中国与印尼锡矿储量占全球52％，自马来西亚出现锡矿资源枯竭困境之后，印尼以及中国的锡精矿开采就开始进入保护性开采的政策引导下，特别是2005年以后的印尼的锡精矿的产出呈逐年递减的态势。但是，全球电子制造业将会出现恢复性增长。2019年全球印刷电路板(PCB)行业产值约为613亿美元。5G的快速发展让PCB行业的成长空间不断加大，预计2020年全球PCB产值为625亿美元，至2025年达到792亿美元。随着光伏产业未来持续爆发式增长，光伏焊带成为锡焊领域增长最快的下游需求端。全球2012年新增光伏装机容量可突破30GW，2015年可达87GW，2020年达293GW。按照我们测算的每100MW的光伏电池需要光伏焊带在50吨左右，按照锡含量20-25％计算，需要锡金属10-12.5吨，光伏焊带对锡的需求在2020年将增加至29312-36640吨左右。但是，一般用的焊锡因为熔点低，含铅60％、含锡40％左右，所以焊锡本身是有毒性的。
焊锡在焊接时最主要的危害因素是铅烟，哪怕是无铅焊锡，其中多少都含有一定的铅。铅是有毒重金属，对人体有很大的伤害，毒性很大。同时，长时间不戴防护眼睛看电焊弧光，眼睛会被电弧光中强烈的紫外线所刺激，从而发生电光性眼炎。同时，锡焊具有一定的局限性，喷锡板的表面平整度较差，不适合用来焊接细间隙的引脚以及过小的元器件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高温应用的器件的组件焊接原料。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种5G器件用导电银浆，该5G器件用导电银浆的原料组成为：银粉、树脂、溶剂、粘结剂和添加剂；其中，银粉、树脂、溶剂、粘结剂和添加剂的质量含量之比为40％-95％：0.1％-5％：10％-30％：1％-5％：0.01％-6％(优选为0.03％-6％)。
本发明的5G器件用导电银浆采用特定含量的银粉、树脂、溶剂、稀释剂、粘结剂和添加剂，尤其是非离子型多孔树脂、聚醚胺D-2000的使用，使得银浆具有极高的分散均匀性，在500-1000℃烧结2-30分钟后具高导电性能、高硬度、高抗剪切强度、高成膜性，从而电子设备在不同环境下依旧高效运行。
在本发明的一具体实施方式中，银粉为片状纳米银粉、片状微米银粉、颗粒状纳米银粉、颗粒状微米银粉、银包铜颗粒粉、银包镍颗粒粉中的一种或几种的组合。
其中，优选片状纳米银粉的粒径为300nm-600nm；片状微米银粉的粒径为4μm-6μm；颗粒状纳米银粉的粒径为200nm-500nm；颗粒状微米银粉的粒径为1μm-2μm；银包铜颗粒粉的粒径为1μm-2μm；银包镍颗粒粉的粒径为1μm-2μm。
在本发明的一具体实施方式中，溶剂为二乙二醇丁醚醋酸酯、丙酮、乙酸乙酯、丁醇、三甘醇二乙酸酯、对叔丁基苯基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙二醇单甲醚、二乙二醇单甲醚、乙二醇丁醚醋酸酯、乙二醇乙醚乙酸酯和聚醚胺D-2000中的一种或多种的组合；
优选溶剂为聚醚胺D-2000。
在本发明的一具体实施方式中，树脂为氯氨酯、酚醛树脂、环氧树脂、改性环氧树脂、聚酰亚胺树脂、ABS树脂、橡胶树脂、EVA树脂、非离子型多孔树脂的一种或几种的组合。
在本发明的一具体实施方式中，非离子型多孔树脂为XAD-1180N非离子型多孔树脂。
在本发明的一具体实施方式中，粘结剂为玻璃粉、陶瓷粉、氧化铜磷酸胶、氧化铝粉的一种或多种组合。
在本发明的一具体实施方式中，添加剂为树脂增韧剂、附着力助剂、触变剂、树脂增强剂、流平剂、消泡剂的一种或多种的组合。
本发明还提供了5G器件用导电银浆的制备方法，该制备方法包括：
将树脂、溶剂、粘结剂、添加剂混合，再加入银粉混合，室温下搅拌分散1-2小时，经过三辊机碾压得到5G器件用导电银浆。
本发明又提供了一种5G器件，该5G器件含有本发明的上述5G器件用导电银浆。
本发明的5G器件用导电银浆，作为锡焊最有效的替代物，高性能导电银胶在5G新基建快速发展过程中显得尤为重要。完美解决了铅中毒等安全性问题，同时降低固化温度，避免因高温焊接而产生的热损伤。同时，由于电子元件的小型化、微型化及印刷电路板的高密度化和高度集成化的迅速发展，铅锡焊接的0.65mm的最小节距远远满足不了导电连接的实际需求，而导电银胶可以制成浆料，实现0.05mm的线分辨率。
本发明的5G器件用导电银浆极大的弥补了高温领域导电银浆的种类，且具有如下特点：通过采用特定含量的银粉、树脂、溶剂、粘结剂、添加剂，尤其是非离子型多孔树脂、聚醚胺D-2000使用，使得其具有极高的分散均匀性，银浆在500℃-1000℃烧结2-30分钟后具有高温高导电性能、高硬度、高抗剪切强度、高成膜性，从而电子元器件在高温环境下依旧高效运行。体积电阻率高达10-6Ω·cm，抗拉伸强度高达17MPa。
附图说明
图1为不同比例片状颗粒银粉在银浆体系中的体积电阻率。
具体实施方式
本发明通过采用特定配方含量的银粉、树脂、溶剂、粘结剂、添加剂，其中非离子型多孔树脂、聚醚胺D-2000使得银浆具有极高的分散均匀性，在500-1000℃烧结2-30分钟后具有高导电性能、高硬度、高抗剪切强度、高成膜性，从而电子元器件在高温环境下依旧高效运行。体积电阻率高达10-6Ω·cm，抗拉伸强度高达17MPa。在5G通讯时代，为高发热器件所用导电银浆打开了新思路。
实施例
本实施例提供了一种5G器件用导电银浆，其原料组成为：银粉、树脂、溶剂、粘结剂和添加剂。
所用银粉选自片状纳米银粉、片状微米银粉，颗粒状纳米银粉、颗粒状微米银粉、银包铜颗粒粉、银包镍颗粒粉一种或几种的组合，其质量含量为40-95％。
所用溶剂选自二乙二醇丁醚醋酸酯、丙酮、乙酸乙酯、丁醇、三甘醇二乙酸酯、对叔丁基苯基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙二醇单甲醚、二乙二醇单甲醚、乙二醇丁醚醋酸酯、乙二醇乙醚乙酸酯、分散促进型溶剂聚醚胺D-2000中的一种或几种的组合，其总质量含量在10-30％。
所用树脂选自氯氨酯、酚醛树脂、环氧树脂、改性环氧树脂、聚酰亚胺树脂、ABS树脂、橡胶树脂、EVA树脂和非离子型多孔树脂终的一种或多种的组合，其总质量含量在0.1％-5％。
所用粘结剂选自玻璃粉、陶瓷粉、氧化铜磷酸胶，氧化铝粉的一种或多种的组合，其质量含量在1％-5％。
所用添加剂选自树脂增韧剂、附着力助剂、触变剂、树脂增强剂、流平剂、消泡剂的一种或多种，其质量含量为0.03-6％。
首先通过行星式搅拌器将树脂、溶剂、活性稀释剂、粘结剂、添加剂混合，再加入银粉混合。其次经过三辊机碾压得到成品。
其中玻璃粉选自安米微纳新材料有限公司，氧化铜磷酸胶选自牛首牌氧化铜磷酸胶，陶瓷粉选自灵寿县金源矿业加工厂，氧化铝粉选自淄博明润净水科技有限公司。
表1为实施例1的5G器件用导电银浆的原料组成。
表2为实施例2的5G器件用导电银浆的原料组成。
表3为实施例3的5G器件用导电银浆的原料组成。
表4为实施例4的5G器件用导电银浆的原料组成。
表6为实施例6的5G器件用导电银浆的原料组成。
表7为实施例7的5G器件用导电银浆的原料组成。
表8为实施例8的5G器件用导电银浆的原料组成。
表9为对比例1的5G器件用导电银浆的原料组成。
表10为对比例2的5G器件用导电银浆的原料组成。
表1
Figure BDA0002819667360000041
表2
Figure BDA0002819667360000051
表3
Figure BDA0002819667360000052
表4
Figure BDA0002819667360000053
表5
Figure BDA0002819667360000054
表6
Figure BDA0002819667360000055
Figure BDA0002819667360000061
表7
药品名 质量含量(重量份)
400nm颗粒银粉 80
改性环氧树脂/XAD-1180N非离子型多孔树脂 1(0.9/0.1)
丁醇/乙二醇丁醚醋酸酯/聚醚胺D-2000 12(1/8/3)
氧化铜磷酸胶/玻璃粉 2(1/1)
添加剂(树脂增韧剂、消泡剂) 5(2.5/2.5)
表8
药品名 质量含量(重量份)
600nm片状银粉 85
氯氨酯/XAD-1180N非离子型多孔树脂 1(0.3/0.7)
丙酮/乙二醇乙醚乙酸酯/聚醚胺D-2000 12(2/5/5)
氧化铜磷酸胶 0.5
添加剂(树脂增韧剂、触变剂、消泡剂) 1.5(0.5/0.5/0.5)
表9
Figure BDA0002819667360000062
表10
Figure BDA0002819667360000063
将实施例1-实施例8以及对比例1-对比例2中的导电银浆，测试其粘度，干膜体积电阻率，抗拉伸强度，列于表11中，测试方法如下：
粘度测试：按照GB 2794-81所述测试方法，使用上海精天RVDV-1粘度仪测试制备的银浆，调整各种转速，使扭矩保持在10％-90％，得到精确粘度。
干膜体积电阻测试：将两条4cm长的平行的3M810胶带粘在绝缘板上，使两者距离为2cm，将银浆用刮刀刮涂在两条胶带之间，使银浆初始厚度为胶带厚度0.1mm，擦去多余部分银浆及撕去胶带，使银浆在绝缘体上成2cm×4cm×0.01cm大小，按预定温度烧结以后，测量实际厚度，按照GB/T1410-2006所述测试方法，使用苏州晶格ST2256C四探针电阻仪的体电阻率档，输入形状数据，测试体电阻率。
抗拉伸强度测试：按照GB/T7124-2008标准，将2块标准金属片(10cm×2.5cm×0.2cm)试样上下放置，宽度方向上完全重叠，长度方向上使搭件重叠长度为1.5cm。在重叠区域涂上银胶保证厚度小于0.1mm，烧结完成后，使用拉力试验机沿水平方向分别夹住2片金属片两端，拉伸，测试断开时拉力大小，使用拉力/重叠面面积即为抗拉伸强度。
表11
Figure BDA0002819667360000071
图1为不同比例片状颗粒银粉在银浆体系中的体积电阻率。实验过程如下：选用1份量的添加剂(树脂增韧剂/附着力助剂/触变剂/树脂增强剂/流平剂/消泡剂＝0.1/0.1/0.1/0.2/0.2/0.3)、6份量的树脂(氯氨酯)、1份量的粘结剂(陶瓷粉)，通过调整银粉的添加量(22-90份)及不同量(2-70份)的特定种类的溶剂(乙二醇乙醚乙酸酯/分散促进型溶剂聚醚胺D-2000＝1/1)，测试含有不同银粉含量的银浆体系中的导电差异性，以此判断最具性价比的银粉添加量。图1可以看出，大于60％的银粉添加量对于导电力提升已经不是很明显，银粉最佳添加量在60-85％之间。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种5G器件用导电银浆，该5G器件用导电银浆的原料组成为：银粉、树脂、溶剂、粘结剂和添加剂；其中，银粉、树脂、溶剂、粘结剂和添加剂的质量含量之比为40％-95％：0.1％-5％：10％-30％：1％-5％：0.01％-6％。
2.根据权利要求1所述的5G器件用导电银浆，其中，所述银粉为片状纳米银粉、片状微米银粉、颗粒状纳米银粉、颗粒状微米银粉、银包铜颗粒粉、银包镍颗粒粉中的一种或几种的组合。
3.根据权利要求2所述的5G器件用导电银浆，其中，所述片状纳米银粉的粒径为300nm-600nm；所述片状微米银粉的粒径为4μm-6μm；所述颗粒状纳米银粉的粒径为200nm-500nm；所述颗粒状微米银粉的粒径为1μm-2μm；所述银包铜颗粒粉的粒径为1μm-2μm；所述银包镍颗粒粉的粒径为1μm-2μm。
4.根据权利要求1所述的5G器件用导电银浆，其中，所述溶剂为二乙二醇丁醚醋酸酯、丙酮、乙酸乙酯、丁醇、三甘醇二乙酸酯、对叔丁基苯基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙二醇单甲醚、二乙二醇单甲醚、乙二醇丁醚醋酸酯、乙二醇乙醚乙酸酯和聚醚胺D-2000中的一种或多种的组合；
优选地，所述溶剂为聚醚胺D-2000。
5.根据权利要求1所述的5G器件用导电银浆，其中，所述树脂为氯氨酯、酚醛树脂、环氧树脂、改性环氧树脂、聚酰亚胺树脂、ABS树脂、橡胶树脂、EVA树脂、非离子型多孔树脂的一种或几种的组合。
6.根据权利要求5所述的5G器件用导电银浆，其中，所述非离子型多孔树脂为XAD-1180N非离子型多孔树脂。
7.根据权利要求1所述的5G器件用导电银浆，其中，所述粘结剂为玻璃粉、陶瓷粉、氧化铜磷酸胶、氧化铝粉的一种或多种组合。
8.根据权利要求1所述的5G器件用导电银浆，其中，所述添加剂为树脂增韧剂、附着力助剂、触变剂、树脂增强剂、流平剂、消泡剂的一种或多种的组合。
9.根据权利要求1-8任一项所述的5G器件用导电银浆的制备方法，该制备方法包括：
将树脂、溶剂、粘结剂、添加剂混合，再加入银粉混合，室温下搅拌分散1-2小时，经过三辊机碾压得到5G器件用导电银浆。
10.一种5G器件，该5G器件含有权利要求1-8任一项所述的5G器件用导电银浆。
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