CN113470865B - 一种氮化铝用环保型银导体浆料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氮化铝用环保型银导体浆料，其由以下重量百分比的成分组成：70%～82%银粉、1%～5%玻璃粉、硼酰化钴1%～3%、锂冰晶石1%～3%、10%～20%有机载体。本发明导体浆料安全环保，不含铅和铋，其借助锂冰晶石在高温下可与氮化铝基体强结合而作为附着力粘合剂，采用微量的硼酰化钴作为烧结表面浸润剂，可有效的提高导体浆料与氮化铝基体的浸润性，使浆料和基板的结合更充分，具有附着力好、导电性能好的特点，同时对基体也不会造成污染，可满足丝网印刷的工艺要求。

Description

一种氮化铝用环保型银导体浆料
技术领域
本发明属于银导体浆料技术领域，具体涉及一种氮化铝用环保型银导体浆料。
背景技术
近年来，随着大功率模块电路集成度的提高，对所用绝缘基板材也相应的提出了更高的要求，现阶段成熟的高热导率陶瓷材料有氧化铍、氮化铝和碳化硅，其中氧化铍有毒性，不利于环保，碳化硅的介电常数偏高，不适用于厚膜陶瓷基片，氮化铝陶瓷材料由于具有较高的热导率，较好的电气性能，已被广泛应用于各种高功率产品中，成为理想的集成电路散热基板和封装材料。
尽管氮化铝有很多优良的性能，但在实际应用中还受到一些限制，因制备氮化铝基片本身的工艺还不够成熟外，还缺乏充分应用到氮化铝或含氮化铝衬底的电子浆料，已经商业化的氧化铝电子浆料不能完全应用在氮化铝基板上。
针对氮化铝用银导体浆料，需要表现出高稳定性以及对氮化铝基底有极佳的附着力，尤其是老化后还要保持良好的附着力。
在已知的应用于氮化铝基体导体浆料的技术发明中，采用了硼硅酸铋体系低熔点玻璃粉（例如中国专利CN 104715805A）和常规含硼化合物（例如中国专利ZL96110998.X和ZL02819782.8）作为氮化铝基体的导体浆料。由于含铋玻璃在烧结过程中会与氮化铝陶瓷基体发生剧烈反应，产生大量的气体使导体烧结膜形成气泡，工艺控制不好无法满足氮化铝基体使用。常规的含硼化合物确实可以对氮化铝上银浆提供良好的附着力，是由于硼化物与滤波器陶瓷基体进行反应产出较好的结合强度。但是该类硼化物硬度较大，在浆料生产过程中不易辊轧，无法均匀的分散到整个浆料体系中，烧结后容易烧不透，导致银浆料的可焊性较差，从而造成导体浆料拉力不均匀，出现产品拉力失效。
发明内容
本发明目的在于提供一种氮化铝用环保型银导体浆料，提高附着力、有效降低老化后可靠性损失，且该银浆料不含铅，安全环保。
本发明氮化铝用环保型银导体浆料由下述重量百分比的原料组成：
70%～82%银粉、1%～5%玻璃粉、硼酰化钴1%～3%、锂冰晶石1%～3%、10%～20%有机载体。
上述银粉为球形银粉，其平均粒径为1.0～2.5μm、振实密度为4.5～5.5g/cm3。
上述硼酰化钴的平均粒径为1.0～2.5μm、锂冰晶石的平均粒径为0.5～3.0μm。
上述玻璃粉的组成为B2O3、SiO2、Al2O3、ZnO、BaO，其平均粒径为1.0～1.8μm。具体重量百分比组成为：1%～5%B2O3、30%～47%SiO2、7%～22%Al2O3、6%～20%ZnO、15%～28%BaO。
上述有机载体由以下重量百分比的原料组成：树脂5%～15%、有机添加剂1%～5%、有机溶剂80%～93%。其中，所述树脂为松香树脂、马来酸树脂、聚乙烯缩丁醛、乙基纤维素中任意一种或多种，所述有机添加剂为氢化蓖麻油或聚乙烯蜡任意一种或两种的混合物，所述有机溶剂为松油醇、二乙二醇二丁醚、丁基卡比醇醋酸酯中的任意一种或两者以上混合物。
本发明的有益效果如下：
1.本发明导体浆料未采用含铋的玻璃粉以及含铋化合物，防止烧结过程中氧化铋与氮化铝基体发生剧烈反应，出现起泡现象造成导体浆料失效。
2.本发明通过引入锂冰晶石作为附着力粘合剂，使导体浆料与氮化铝基体的结合更充分，烧结后附着力提升明显。锂冰晶石化学式为LiNa3Al2F12，通常是单斜晶系，在565～600℃时转化为正方晶系。普通多为致密状和粒状结构，650℃开始熔融渗入到氮化铝基体中，与氮化铝基体形成较强的结合强度，从而达到提升导体浆料附着力的作用。
3.本发明通过加入一定的硼酰化钴作为烧结表面浸润剂，可有效的提高导体浆料与氮化铝基体的浸润性，结合更充分，烧结后拉力提升明显。
4.本发明导体浆料同时添加了锂冰晶石作为附着力粘合剂、硼酰化钴作为烧结浸润剂，两者搭配使用可提高导体浆料与氮化铝基体的浸润性，使浆料和基板的结合更充分，和氮化铝基体形成较强的结合，同时对基体材质也不会造成成分污染影响。该浆料制备工艺简单，无铅环保、污染小，附着力好，主要应用于集成电路制造，形成导电网络，电极的附着力强、导电性好，并可直接焊接使用。
附图说明
图1是导体浆料性能测试制作的印刷网版图形。其中区域1用于附着力及膜厚测试，区域2用于电阻测试，区域3用于可焊性测试。
图2是 实施例5、对比例1及商用含硼类化合物的导体浆料烧结后放大2000倍表面SEM图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
实施例
按照表1的重量百分比组成，将平均粒径为1.0～2.5μm振实密度为4.5～5.5g/cm3的球形银粉、平均粒径为1.0～1.8μm的玻璃粉、平均粒径为1.0～2.5μm的硼酰化钴、平均粒径为0.5～3.0μm的锂冰晶石、有机载体进行辊轧研磨后制成膏状混合物，然后以325目的滤网布进行过滤，得到细度≤10μm的银导体浆料100g。其中，玻璃粉的制备为：将3.5g B2O3、43g SiO2、16g Al2O3、15.5g ZnO、22g BaO混合均匀后，置于150℃烘箱中烘干2小时，然后在1250℃下熔炼2小时，将熔化均匀的玻璃水淬得到玻璃粗粒，加入聚氨酯罐内球磨12小时，再经125℃干燥，得到平均粒径为1.0～1.8μm的玻璃粉；有机载体的制备方法为：将85g松油醇加热到70℃，在搅拌条件下先后缓慢加入3g松香树脂、10g乙基纤维素、2g氢化蓖麻油，充分搅拌均匀后，继续搅拌30分钟，得到有机载体。
表1
Figure 554312DEST_PATH_IMAGE002
同时以表1中对比例1～3的重量百分比组成按上述方法制备成100g银导体浆料，做对照实验。
通过丝网印刷方法将上述实施例1～6及对比例1～3制备的银导体浆料分别通过丝网印刷工艺印刷到氮化铝基片上，自然流平10min后，150℃下干燥10min后，将样品置于850±5℃的带式烧结炉中进行烧结，烧结周期80min，峰值保温12min，制成测试样品后进行下列性能测试。
1.烧结表面形貌：通过SEM放大2000倍，观察所得样品烧结膜表面状态，见图2；
2.初始附着力：将ф0.8mm的导线平面焊接在样品如图1位置1图形上，导线进行90°弯曲后，用拉力机进行初始附着力测试。
3.老化附着力：将焊接后的样品置于150±5℃烘箱中放置96h后取出样品，导线进行90°弯曲后，用拉力机进行老化附着力测试。
4.可焊性：在图1中3的位置放一直径为4mm、厚度为2.85mm的标准焊锡块，220±3℃、62Sn/36Pb/2Ag条件下放置5s后测试其扩散面积。
5.方阻值：将数字万用表两端搭接在图1中2位置的线段两头，对样品阻值进行测试后，计算对应膜厚下的方阻值。
上述测试结果如表2所示。并将实施例5的导体浆料与商用含硼类化合物的导体浆料（杜邦ALN11）进行对比。
表2
Figure 883662DEST_PATH_IMAGE003
由表2可以看出，本发明实施例1～6制备的银导体浆料初始附着力较好，老化后拉力仍然保持良好，产品可靠性高；将实施例1～6与对比例1～3进行对比，我们很显然的得出，加入锂冰晶石以及硼酰化钴以后导体浆料附着力明显优于不加的，且老化附着力下降幅度较小，说明锂冰晶石以及硼酰化钴的加入显著提高了导体浆料的附着力，实施例5与对比例2进行对比，说明硼酰化钴对锂冰晶石的烧结有一定的烧结促进作用。将实施例5导体浆料与商用含硼类化合物的导体浆料杜邦ALN11对比，商用含硼类化合物的导体浆料烧结表面有较明显不熔物（见图2），且可焊性较实施例5较差。

Claims (8)

1.一种氮化铝用环保型银导体浆料，其特征在于所述银导体浆料由下述重量百分比的成分组成：
70%～82%银粉、1%～5%玻璃粉、硼酰化钴1%～3%、锂冰晶石1%～3%、10%～20%有机载体；
所述玻璃粉的组成为B2O3、SiO2、Al2O3、ZnO、BaO。
2.根据权利要求1所述的氮化铝用环保型银导体浆料，其特征在于：所述银粉为球形银粉，其平均粒径为1.0～2.5μm、振实密度为4.5～5.5g/cm3。
3.根据权利要求1所述的氮化铝用环保型银导体浆料，其特征在于：所述硼酰化钴的平均粒径为1.0～2.5μm、锂冰晶石的平均粒径为0.5～3.0μm。
4.根据权利要求1所述的氮化铝用环保型银导体浆料，其特征在于所述玻璃粉的平均粒径为1.0～1.8μm，其重量百分比组成为：1%～5%B2O3、30%～47%SiO2、7%～22%Al2O3、6%～20%ZnO、15%～28%BaO。
5.根据权利要求1所述的氮化铝用环保型银导体浆料，其特征在于：所述有机载体由以下重量百分比的原料组成：树脂5%～15%、有机添加剂1%～5%、有机溶剂80%～93%。
6.根据权利要求5所述的氮化铝用环保型银导体浆料，其特征在于：所述树脂为松香树脂、马来酸树脂、聚乙烯缩丁醛、乙基纤维素中任意一种或多种。
7.根据权利要求5所述的氮化铝用环保型银导体浆料，其特征在于：所述有机添加剂为氢化蓖麻油或聚乙烯蜡任意一种或两种的混合物。
8.根据权利要求5所述的氮化铝用环保型银导体浆料，其特征在于：所述有机溶剂为松油醇、二乙二醇二丁醚、丁基卡比醇醋酸酯中的任意一种。
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