CN113257455A - 一种可低温烧结的无铅导电银浆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种可低温烧结的无铅导电银浆，属电子浆料技术领域，其组成及重量百分比含量为：高振实密度的微米级球形银粉55‑70wt%，纳米级球形银粉5‑10wt%，无铅玻璃粉3‑10wt%，有机载体20‑30wt%。本发明采用无铅玻璃粉，制备出的银浆不含铅，满足绿色生产的要求，加入适量的纳米银粉，利用纳米银粉低温烧结的特性，促进银粉之间的连接，提高导电银浆的低温烧结致密性。无铅玻璃的软化温度低于300℃，所制备浆料可在400℃条件下进行烧结，烧结后的结合强度高，导电性能优异。

Description

一种可低温烧结的无铅导电银浆

技术领域

本发明属电子浆料技术领域，尤其涉及一种可在陶瓷基板上印刷的可低温烧结的无铅导电浆料。

背景技术

随着微电子制造工业领域的快速发展，电子产品朝着小型化，多样化，高性能方面发展。目前，电子产品主要采用在陶瓷基板上进行表面金属化绘制导电线路，而电子浆料在集成电路，显示器，电阻网络，太阳能电池等电子元器件领域有着广泛的应用。导电银浆属于电子浆料产品之一，具有较高导电性，导热性和较好的结合强度，具有十分广阔的应用前景。导电浆料主要分为聚合物型和烧结型两类，两者的区别在于粘结相的种类，前者以有机聚合物为粘结相，后者以玻璃料或者金属氧化物为粘结相。因此对于烧结型的导电浆料一般由导电相、粘结相和有机载体构成。

当前大部分电子浆料烧结温度较高，在500℃以上，主要受限于导电相和玻璃粉，实现在更低温度烧结电子浆料可以提高电子产品的良品率。玻璃料作为导电银浆中的粘结相逐步得到重视，玻璃主要通过对基板的润湿铺展提高附着力。含铅玻璃由于极低的烧结温度曾经一度被广泛应用，但随着各个国家明令禁止使用含铅的电子产品，含铅玻璃的使用受到限制，所以开发无铅玻璃以及无铅的电子浆料是当前所面临的一大问题。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供了一种可低温烧结的无铅导电银浆的制备方法。本制备方案制备出的导电银浆采用无铅玻璃粉，可实现在400℃左右低温烧结成致密导电膜。

对此，本发明的具体技术方案为：

一种可低温烧结的无铅导电银浆，各组份的组成及重量百分比含量为：高振实密度的微米级球形银粉55-70wt%，纳米级球形银粉5-10wt%，无铅玻璃粉3-10wt%，有机载体20-30wt%，各组分重量百分比之和为100%。

上述高振实密度微米级球形银粉的振实密度＞5.5g/cm³，微米级银粉由两种不同尺寸银粉混合组成。其中较大尺寸银粉平均粒径在1-2µm，较小尺寸银粉平均粒径在0.5-1µm，较大尺寸银粉与较小尺寸银粉的重量配比为2：1。

上述纳米级球形银粉的平均粒径在20-80nm，单分散，银粉为球形。加入纳米级别的银粉，可以有效增强银粉体系的烧结活性，降低浆料的烧结温度。纳米银粉在烧结过程中可以有效的填充浆料烧结过程中的孔隙提高烧结膜的致密性，降低收缩率，大大提高电极的导电能力。

上述无铅玻璃粉软化点为250-300℃，其组分及摩尔百分比含量为V₂O₅50-60%，P₂O₅5-20%，TeO₂22-36%，ZnO 3-8%，Bi₂O₃1-5%。

上述有机载体是高分子树脂和溶剂的混合物，溶剂和高分子树脂的重量百分比配比为85：15-92：8。其中高分子树脂包括乙基纤维素，硝基纤维素，聚氨酯树脂，丙烯酸树脂，大豆卵磷脂中的一种或多种；溶剂包括松油醇，乙酸乙酯，乙二醇丁醚，丁基卡比醇醋酸酯中的一种或多种。

与现有技术相比，本发明的有点是：

1、本发明采用无铅玻璃粉，可制备出无铅低温导电浆料，导电性好且更加环保；

2、本发明通过加入适量的纳米银粉，有效提高了银粉的烧结活性，降低了银浆的烧结温度，提高的烧结膜的质量；

3、本发明制备出的导电浆料导电性好，结合强度高，烧结膜致密。

具体实施例

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式做进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

一种可低温烧结无铅导电浆料，其具体的组分及重量百分比含量为：高振实密度的微米级银粉70wt%，纳米级球形银粉5wt%，无铅玻璃粉5wt%，有机载体20%。其中高振实密度微米级银粉振实密度＞5.5g/m3，由1-2µm大尺寸银粉与0.5-1µm小尺寸银粉以2：1比例混合组成；纳米级球形银粉平均粒径在20-80nm；无铅玻璃粉的软化点为250-300℃，其组成和摩尔百分比含量为V₂O₅60%，P₂O₅5%，TeO₂26%，ZnO 8%，Bi₂O₃1%；有机载体的组成及重量百分比含量为松油醇87%、乙基纤维素13%。

实施例2

一种可低温烧结无铅导电浆料，其具体的组分及重量百分比含量为：高振实密度的微米级银粉68wt%，纳米级球形银粉5wt%，无铅玻璃粉3wt%，有机载体24%。其中高振实密度微米级银粉振实密度＞5.5g/m3，由1-2µm大尺寸银粉与0.5-1µm小尺寸银粉以2：1比例混合组成；纳米级球形银粉平均粒径在20-80nm；无铅玻璃粉的软化点为250-300℃，其组成和摩尔百分比含量为V₂O₅50%，P₂O₅20%，TeO₂22%，ZnO 3%，Bi₂O₃5%；有机载体的组成及重量百分比含量为松油醇91%、大豆卵磷脂9%。

实施例3

一种可低温烧结无铅导电浆料，其具体的组分及重量百分比含量为：高振实密度的微米级银粉65wt%，纳米级球形银粉6wt%，无铅玻璃粉9wt%，有机载体20%。其中高振实密度微米级银粉振实密度＞5.5g/m3，由1-2µm大尺寸银粉与0.5-1µm小尺寸银粉以2：1比例混合组成；纳米级球形银粉平均粒径在20-80nm；无铅玻璃粉的软化点为250-300℃，其组成和摩尔百分比含量为V₂O₅50%，P₂O₅6%，TeO₂36%，ZnO 5%，Bi₂O₃3%；有机载体的组成及重量百分比含量为松油醇65%、乙基纤维素5%、乙酸乙酯15%、大豆卵磷脂3%、丁基卡比醇醋酸酯12%。

实施例4

一种可低温烧结无铅导电浆料，其具体的组分及重量百分比含量为：高振实密度的微米级银粉55wt%，纳米级球形银粉10wt%，无铅玻璃粉5wt%，有机载体30%。其中高振实密度微米级银粉振实密度＞5.5g/m3，由1-2µm大尺寸银粉与0.5-1µm小尺寸银粉以2：1比例混合组成；纳米级球形银粉平均粒径在20-80nm；无铅玻璃粉的软化点为250-300℃，其组成和摩尔百分比含量为V₂O₅55%，P₂O₅16%，TeO₂25%，ZnO 3%，Bi₂O₃1%；有机载体的组成及重量百分比含量为二乙二醇丁醚50%、丙烯酸树脂5%、乙酸乙酯15%、聚氨酯树脂10%、丁基卡比醇醋酸酯20%。

实施例5

一种可低温烧结无铅导电浆料，其具体的组分及重量百分比含量为：高振实密度的微米级银粉60wt%，纳米级球形银粉10wt%，无铅玻璃粉10wt%，有机载体30%。其中高振实密度微米级银粉振实密度＞5.5g/m3，由1-2µm大尺寸银粉与0.5-1µm小尺寸银粉以2：1比例混合组成；纳米级球形银粉平均粒径在20-80nm；无铅玻璃粉的软化点为250-300℃，其组成和摩尔百分比含量为V₂O₅56%，P₂O₅7%，TeO₂31%，ZnO 4%，Bi₂O₃2%；有机载体的组成及重量百分比含量为松油醇55%、硝基纤维素3%、乙酸乙酯20%、丙烯酸树脂8%、乙二醇丁醚14%。

将按实施例1~实施例5配方所制备的浆料印刷在氧化铝陶瓷基板上，烘干后放入烧结炉中烧结，下表是对其剪切强度和导电性的测试结果：

通过实施例结果可以看出，本发明所制备出的导电浆料与市售产品相比具有更低的烧结温度，且烧结后的导电性较低，具有较高的剪切强度。更重要的是本发明采用的玻璃粉不含铅，更加的绿色环保。

上述实施方案是对本发明内容的做出的进一步说明，但是并不意味着本发明是主题范围仅限于上述实施例，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，对其进行若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种可低温烧结的无铅导电银浆，其特征在于各组份的组成及重量百分比含量为：高振实密度的微米级球形银粉55-70wt%，纳米级球形银粉5-10wt%，无铅玻璃粉3-10wt%，有机载体20-30wt%，各组分重量百分比之和为100%。

2.根据权利要求1所述的一种可低温烧结的无铅导电银浆，其特征在于高振实密度微米级球形银粉的振实密度＞5.5g/cm³，由两种不同尺寸银粉混合组成，较大尺寸银粉平均粒径在1-2µm，较小尺寸银粉平均粒径在0.5-1µm，较大尺寸银粉与较小尺寸银粉的重量配比为2：1。

3.根据权利要求1所述的一种可低温烧结的无铅导电银浆，其特征在于纳米级球形银粉的平均粒径在20-80nm，单分散，银粉为球形。

4.根据权利要求1所述的一种可低温烧结的无铅导电银浆，其特征在于无铅玻璃粉软化点为250-300℃，其组分及摩尔百分比含量为V₂O₅50-60%，P₂O₅5-20%，TeO₂22-36%，ZnO 3-8%，Bi₂O₃1-5%。

5.根据权利要求1所述的一种可低温烧结的无铅导电银浆，其特征在于有机载体是溶剂和高分子树脂的混合物，溶剂和高分子树脂的重量百分比配比为85：15-92：8。

6.根据权利要求5所述的一种可低温烧结的无铅导电银浆，其特征在于高分子树脂包括乙基纤维素，硝基纤维素，聚氨酯树脂，丙烯酸树脂，大豆卵磷脂中的一种或多种，溶剂包括松油醇，乙酸乙酯，乙二醇丁醚，丁基卡比醇醋酸酯中的一种或多种。