CN113496786A - 一种用于同步送粉技术制作导电线路的含铜粉末 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于同步送粉技术制作导电线路的含铜粉末，属于金属材料领域。主要成分为金属铜粉末，此外还加入了金属锡、金属铟、聚乙烯吡咯烷酮、氧化锆、氧化硅、氧化硼、氧化锌、氧化钙、氧化铝等粉末，具有抗氧化作用，可在大气环境中进行激光烧结、熔化和熔覆，而不需要惰性或真空环境，得到导电线路的体积电阻率10‑5Ω.cm数量级；而且制备的导电线路与基材有好的结合强度。在塑料基材上，结合强度可以达到可达到美国测试与材料学会(ASTM)标准D3359‑08中的方法B‑胶带法的最高标准5B级别；在氧化铝陶瓷基材上，结合强度经拉力实验法测试，可以达到40MPa以上。
Description
技术领域
本发明属于金属材料领域，更具体地，涉及一种用于同步送粉技术制作导电线路的含铜粉末。
背景技术
众所周知，导电线路是实现各种电子元器件、光电器件等互联互通必不可少的组成部分，由其构成的各种电力、电子、电器、光电产品等遍布于人们的日常生活和国家的国防事业的方方面面。传统的导电线路制造技术，有基于平面的层压(或溅射)-光刻-蚀刻、激光直接刻蚀的减法技术，也有基于丝网印刷-干燥烧结和喷墨打印-干燥烧结的加成法(增材)制造技术。相关的参考文献包括ITRS lithography roadmap：status andchallenges.Advanced Optical Technologies(2012，1：217-222)、Printing onPolymers：Fundamentals and Applications，William Andrew Publishing，Chadds Ford，USA(2016，pp.247-261)、A review of printed passive electronic componentsthrough fully additive manufacturing methods.Virtual and Physical Protyping(2016，11(4)：271-288)等。这些技术不适合或难以实现三维(3D)导电线路的制造。
近年来，随着电子工业的快速发展和各种介质材料的广泛应用，在各种介质材料表面实现局域选择性金属化的技术和功能材料在电子器件的制作、修复和封装等领域吸引了越来越多的关注。随着电子电器产品持续向数字化、轻量化、小批量、柔性化、多功能化、智能化、高可靠性、低能耗等方向的发展，进一步促进了在各种介质材料表面制作和修复导电线路技术及相关功能材料的快速进步。
利用同步送粉技术制造导电线路，是首先沿着线路轨迹在介质材料表面输送并覆盖一层金属功能材料粉末，与此同时，利用聚焦的激光束对这些区域的金属功能材料粉末进行烧结和熔化，使金属功能材料粉末转化为导电线路，并嵌入到介质材料内部，使导电线路与介质材料表面进行稳固结合，从而保证导电线路的可靠性。这种制造技术具有工艺步骤简单、成本低廉、柔性化程度高、精度高，容易实现三维布线等优点。
用于制作导电线路的金属通常有铜、银、金、镍、锡、铝，其中金和银属于贵金属，大量使用将使成本高昂，而金属铜的导电性在所有金属中仅次于金属银，所以金属铜是应用最为广泛的导电线路金属材料，常以铜箔、铜丝、铜带、铜靶材、铜粉末等通过层压、粘接、溅射、形成浆料的技术制作铜导电线路。
在利用同步送粉技术制作导电线路的技术中，由于采用的是金属功能粉末，在大气环境中，金属铜在高温条件下，极易氧化，从而降低导电性或彻底失去导电性。因此对于金属铜粉末的烧结，为了防止氧化，通常需要在高纯氮气或氩气等惰性气体中烧结，造成成本增加。
发明内容
针对相关技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于同步送粉技术制作导电线路的含铜粉末，旨在解决现有用于同步送粉技术制作导电线路的铜粉易氧化、烧结所耗成本较高的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于同步送粉技术制作导电线路的含铜粉末，包括铜粉、抗氧化成分粉末和玻璃态氧化物粉末；其中，
铜粉的含量≥wt.90％；
抗氧化成分粉末和玻璃态氧化物粉末的含量之和≤wt.10％。
进一步地，所述抗氧化成分粉末包括锡粉、铟粉和聚乙烯吡咯烷酮粉末。
进一步地，所述锡粉、铟粉和聚乙烯吡咯烷酮粉末的含量分别为0.1～3wt.％。
进一步地，所述玻璃态氧化物粉末包括氧化锆、氧化硅、氧化硼、氧化锌、氧化钙、氧化铝和氧化铋。
进一步地，所述氧化锆、氧化硅、氧化硼、氧化锌、氧化钙、氧化铝和氧化铋的含量分别为1～2wt.％。
进一步地，所述铜粉、抗氧化成分粉末和玻璃态氧化物粉末的粒径均为1～10μm。
进一步地，所述含铜粉末是由铜粉、抗氧化成分粉末和玻璃态氧化物粉末经搅拌、球磨和过筛得到的均匀混合物。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明提出的功能性含铜粉末材料可用于自动送粉技术制作导电线路的耗材，具有抗氧化作用，可在大气环境中进行激光烧结、熔化和熔覆，而不需要惰性或真空环境，得到导电线路的体积电阻率在10-5Ω.cm数量级；而且制备的导电线路与基材有良好的结合强度。
附图说明
图1是利用本发明的功能性含铜粉末材料在96％氧化铝陶瓷基材上制备的导电线路样品照片。
图2为利用本发明的功能性含铜粉末材料在聚碳酸酯+玻纤基材上制备的导电线路样品，胶带百格法测试前后的照片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种用于同步送粉技术制作导电线路的含铜粉末，包括铜粉、抗氧化成分粉末和玻璃态氧化物粉末；其中，
铜粉的含量≥wt.90％；
抗氧化成分粉末和玻璃态氧化物粉末的含量之和≤wt.10％。
进一步地，所述抗氧化成分粉末包括锡粉、铟粉和聚乙烯吡咯烷酮粉末。其中，金属锡粉末和金属铟粉末因为比铜更容易氧化，起抗氧化作用，但氧化后得到氧化锡或氧化铟属于导体或半导体材料，而氧化锡铟属于导体材料；聚乙烯吡咯烷酮具有一定的还原作用，可以起到铜氧化后对生成的氧化铜或氧化亚铜的还原作用。
进一步地，所述锡粉、铟粉和聚乙烯吡咯烷酮粉末的含量分别为0.1～3wt.％。
进一步地，所述玻璃态氧化物粉末包括氧化锆、氧化硅、氧化硼、氧化锌、氧化钙、氧化铝和氧化铋。其中，氧化硅是形成稳定玻璃的关键成分，氧化铝用于增加化学稳定性和耐酸性，氧化硼用于降低玻璃的熔点、抑制膨胀系数和增加流动性，氧化锌用于减低软化点、增加流动性和调节热膨胀系数，氧化铋用于减低软化点、增加流动性、调节热膨胀系数和增加玻璃态的比重；氧化钙用于提高玻璃态的化学稳定性、抑制碱金属杂质的迁移，氧化锆用于提高玻璃态的化学稳定性和降低热膨胀系数。
进一步地，所述氧化锆、氧化硅、氧化硼、氧化锌、氧化钙、氧化铝和氧化铋的含量分别为1～2wt.％。
进一步地，所述铜粉、抗氧化成分粉末和玻璃态氧化物粉末的粒径均为1～10μm。
进一步地，所述含铜粉末是由铜粉、抗氧化成分粉末和玻璃态氧化物粉末经搅拌、球磨和过筛得到的均匀混合物。
总体而言，本发明提出了一种用于同步送粉技术制作导电线路的功能性含铜粉末材料，该功能性粉末材料主要成分为金属铜粉末，为防止其在空气中高温烧结或激光烧结、熔覆过程中发生氧化，其中还加入了金属锡、金属铟和聚乙烯吡咯烷酮粉末；为了是使烧结、熔覆后的导电线路更致密，且与基材的结合强度高，还在其中加入了含有氧化锆、氧化硅、氧化硼、氧化锌、氧化钙、氧化铝等玻璃态氧化物粉末。
下面结合两个优选实施例，对上述实施例中涉及的内容进行说明。
实施例1
一种用于同步送粉技术制作导电线路的功能性含铜粉末材料，其中含有粒径为1～10μm的金属铜粉末90wt.％，含有粒径为1～10μm金属锡粉末1.1wt.％，金属铟粉末0.1wt.％，聚乙烯吡咯烷酮粉末1wt.％，含有粒径为1～10μm的氧化锆1.0wt.％、氧化硅1.4wt.％、氧化硼1.1wt.％、氧化锌1.0wt.％、氧化钙1.08wt.％、氧化铝1.02wt.％、氧化铋1.2wt.％，将其混合后，经充分的搅拌、球磨、过筛等得到均匀混合物。该功能性含铜粉末材料仅用于同步送粉技术制作导电线路。
实施例2
一种用于同步送粉技术制作导电线路的功能性含铜粉末材料，其中含有粒径为1～10μm的金属铜粉末91wt.％，含有粒径为1～10μm金属锡粉末0.4wt.％，金属铟粉末0.1wt.％，聚乙烯吡咯烷酮粉末0.5wt.％，含有粒径为1～10μm的氧化锆1.03wt.％、氧化硅1.2wt.％、氧化硼1.06wt.％、氧化锌1.02wt.％、氧化钙1.08wt.％、氧化铝1.1wt.％、氧化铋1.51wt.％，将其混合后，经充分的搅拌、球磨、过筛得到。该功能性含铜粉末材料仅用于同步送粉技术制作导电线路。
本发明提出的功能性含铜粉末材料可用于自动送粉技术制作导电线路的耗材，具有抗氧化作用，可在大气环境中进行激光烧结、熔化和熔覆，而不需要惰性或真空环境，得到导电线路的体积电阻率在10-5Ω.cm数量级；而且制备的导电线路与基材有良好的结合强度。本发明实施例的测试结果如图1-2所示。经试验，在塑料基材上，结合强度可以达到可达到美国测试与材料学会(ASTM)标准D3359-08中的方法B-胶带法的最高标准5B级别；在氧化铝陶瓷基材上，结合强度经拉力实验法测试，可以达到40MPa以上。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于同步送粉技术制作导电线路的含铜粉末，其特征在于，包括铜粉、抗氧化成分粉末和玻璃态氧化物粉末；其中，
铜粉的含量≥wt.90％；
抗氧化成分粉末和玻璃态氧化物粉末的含量之和≤wt.10％。
2.如权利要求1所述的含铜粉末，其特征在于，所述抗氧化成分粉末包括锡粉、铟粉和聚乙烯吡咯烷酮粉末。
3.如权利要求2所述的含铜粉末，其特征在于，所述锡粉、铟粉和聚乙烯吡咯烷酮粉末的含量分别为0.1～3wt.％。
4.如权利要求1所述的含铜粉末，其特征在于，所述玻璃态氧化物粉末包括氧化锆、氧化硅、氧化硼、氧化锌、氧化钙、氧化铝和氧化铋。
5.如权利要求1所述的含铜粉末，其特征在于，所述氧化锆、氧化硅、氧化硼、氧化锌、氧化钙、氧化铝和氧化铋的含量分别为1～2wt.％。
6.如权利要求1-5任一项所述的含铜粉末，其特征在于，所述铜粉、抗氧化成分粉末和玻璃态氧化物粉末的粒径均为1～10μm。
7.如权利要求6所述的含铜粉末，其特征在于，所述含铜粉末是由铜粉、抗氧化成分粉末和玻璃态氧化物粉末经搅拌、球磨和过筛得到的均匀混合物。
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|---|---|---|---|---|
| CN116168874A (zh) * | 2023-02-09 | 2023-05-26 | 一道新能源科技(衢州)有限公司 | 一种高导电率的太阳能电池导体浆料及其制备工艺 |
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