TW201403764A - 金屬化基板之製作方法 - Google Patents

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Abstract

一種金屬化基板(1)之製作方法，該基板(1)至少有部分，較佳為全部，由鋁及/或鋁合金構成，基板(1)之表面(2)至少局部覆上導電膏(3)，在第一燃燒階段(B1)內，導電膏(3)係置於基本上連續上升之燃燒溫度(T)中，使燃燒溫度(T)提高至預定之最高燃燒溫度(Tmax)-約略小於660℃，而在第二燃燒階段(B2)內，導電膏(3)係於一預定時間範圍(tB)內，置於一基本上為預定最高燃燒溫度(Tmax)之中，在冷卻階段(A)內，導電膏(3)被冷卻，而在後續處理階段，導電膏(3)表面(4)係以機械方式處理，較佳為被刷過。(第1圖)

Description

金屬化基板之製作方法
本發明係關於一種金屬化基板之製作方法，該基板至少有部分，較佳為全部，由鋁及/或鋁合金構成。
鋁原料有越來越重要之意義，尤其在功率電子之領域。依其相對之下較小之重量，以及較低之成本，讓鋁經常被用來做為功率電子模組一類(例如LED、IGBT或MOSFET)電子元件之冷卻體，或直接用做為導電線，尤其做為電流或匯流排使用。對於這類應用目之，鋁不僅有一非常高之導熱性，約為235W/(m*K)，也具有一非常高之導電性，約為37*106A/(V*m)。鋁之化學特性之一，係很快在空氣中形成薄氧化層，其係經由空氣與氧接觸，導致鋁本體之表面產生氧化程序。該氧化層雖然形成防腐蝕層，但另一方面亦使鋁與其他材料在熔焊、電焊或其他既知之接合技術上之結合變得困難。
因此，本發明之目之，係提出一種改良方法，用以製造一金屬化基板，而該基板主要係由鋁及/或鋁合金構成。尤其應達成基板表面之可焊接性，以便能與基板形成導電連接。
依據本發明，該目之係由申請專利範圍第1項之特徵加以解決。本發明之優良組態，係於附屬專利項中提出。
依據本發明，基板表面至少有局部覆上導電膏，在第一燃燒階段內，導電膏係置於基本上連續上升之燃燒溫度中，使燃燒溫度提高至預定之最高燃燒溫度-約略小於660℃，而在第二燃燒階段內，導電膏係於一預定時間範圍內，置於一基本上為預定最高燃燒溫度之中，在冷卻階段內，導電膏被冷卻，而在後續處理階段，導電膏表面係以機械方式處理，較佳為被刷過。
利用所述之方法步驟，即可讓基板表面可靠地被金屬化，尤其係鋁製基板。由所述之方法覆上導電膏，並參照該方法步驟燒結而成之區域，係做為該基板之導電接點，而非原本主宰該區域之基板氧化表面。此一導電層，該導電層至少經由導電膏之塗佈及燒結達成者，可以在後續例如用來焊接一電子元件或焊接一冷卻體，而該冷卻體本身依然可由鋁構成。
基板至少可以有部分，較佳為全部由鋁原料構成，鋁含量需儘可能地高。基本上係採用歐洲標準規範EN 573所訂等級為EN AW-1050A或EN AW-1060A之鋁原料，該原料至少含有重量百分比99.5至99.6之鋁。亦可採用鋁合金，例如EN AW-3003(AlMn1Cu)、EN AW-3103(AlMn1)、EN AW-5005(AlMg1)或EN AW-5754(AlMg3)這類含錳或鎂之鋁合金，但相較於前述基本為純鋁之原料，該原料有略低之熔化溫度以及略低之導電性。
利用所提出之方法，可選擇性在鋁製基板表面各區域加以金屬化，其中，以燒結之導電膏為基礎之金屬化區域，會直接與基板牢固結合，並讓導電膏至基板達成高導電性及高導熱性，反之亦然。此外，金屬化區域亦顯現為可焊接區域，該焊接可讓基板以既知之形式及方法與其他元件相連接。因此，可採用傳統焊接材料，例如共晶錫鉛、錫銀銅或錫金焊材，在金屬化區域焊上各種電子元件。
為改善散熱，亦可透過金屬化區域，將例如高功率LED模組或功率電子模組等元件之無電位接點焊接在鋁基板上，無須在其間置一絕緣介電 層，亦無須採用昂貴之銀基導電膏，使其整體達成一較小之熱阻。藉由較小之熱阻以及提高之導熱性，即可讓此一與基板連接之元件之結構尺寸變小，或令其以較高之輸出功率運作。欲焊接該元件至金屬化區域，可採用傳統焊劑(參見上文)。如此，即可捨棄特殊之鋁焊劑，該焊劑經常含有鹵素及其他有害健康之元素。
所提方法之另一應用領域，係鋁匯流排之金屬化，用以改善與其連接之電線之連接可靠度。利用銅基導電膏，經由鋁匯流排表面之金屬化，特別可防止該表面及與之連接之銅電線產生金屬間擴散及電化學反應。
依據一特別優良之應用組態，可知其導電膏係以網版印刷法施加在基底表面上。網版印刷術係基板製做導線之主要方法。在功率電子領域，經常採用一種稱之為「絕緣金屬基板(IMS,Insulated Metal Substrate)」之基板，該基板含有一鋁製核心，並被一層絕緣層或介電層所包覆。此際，採用鋁製之核心係為改善導熱性。導線本身，例如利用網版印刷術製作在絕緣層上方者，與鋁製核心並無導電性接觸。
本發明目之之一，係讓基板上所覆之導線與基板本身有直接之導電接觸。而透過所提出之方法，將導線或導電面直接設置在基板上，無須在其間設立一層絕緣層，即可達成這點。其目標為燒結之導電膏及基板之間之黏合劑，透過該劑，即可讓燒結之導電膏及基板直接形成導電及導熱接觸。此處，可以採用厚層膏或燒結膏形式之傳統導電膏。利用厚層膏之多孔性，即可補償導電膏及基板之間不同之熱膨脹，而使導電膏及基板之連接之可靠性得以提高，尤其在例如汽車領域一類有強烈溫度變化需求之場合。
網版印刷之疊加特性，係於一基板覆加一覆層，因此，基板表面之金屬化則可以捨棄曝光及腐蝕法，成為所提出之方法之成本優勢。
厚層導電膏通常包含至少一種做為導電媒介之金屬粉末、一種 做為附著材料之無機粉末(例如玻璃渣)以及有機之黏合劑及溶劑。有機之黏合劑及溶劑，可形成油膏狀之濃度，並具一定之流體特性，該特性亦受導電膏其他成份之影響。
關於導電金屬粉末之成份，基本上可採用一種包含銅粉之導電膏。當然也可以採用一種包含銀及/或金粉之導電膏。此處，採用銅粉明顯便宜。
關於無機粉末之成份，基本上可以採用一種包含由PbO-B2O3-SiO2系統所製之玻璃及/或包含Bi2O3之玻璃之導電膏。如此一來，雖然此處有設定一相較之下較低之燃燒溫度，但仍能在所提出方法之燒結程序中，達成導電膏在基板上附著極為良好之目之。
導電膏印刷後，例如以現有技術既知之網版印刷術印製者，基本上該導電膏會因為其流體特性而留在相對應之區域內，流出之部分微不足道。為了讓基板表面上所覆之導電膏，能在燃燒或燒結時有最佳狀態，基本上可採如下方式，讓導電膏在第一燃燒階段之前，先進乾燥階段，以一大約80℃至大約200℃之溫度加以乾燥，較佳為100℃至150℃，更佳為在130℃以下，時間長度為大約5分鐘至大約20分鐘。經過此一乾燥階段，導電膏內所含之溶劑基本上會完全散開。此處係以既知之乾燥法為佳，例如紅外線或熱風乾燥。經過乾燥程序，以及與其相關之導電膏溶劑之散逸，導電膏之體積會產生一定之縮減。但此一現象能在前置作業時，以相對應較厚之導電膏之塗佈加以因應。
導電膏在所提方法之第一及/或第二燃燒階段之燃燒或燒結，基本上可以在一燃燒爐中進行，而燃燒爐內係以燃燒溫度為主。當然，乾燥階段及/或冷卻階段也可以在燃燒爐內進行。基本上，此處可為一種設有輸送裝置之燃燒爐。
視基板及導電膏所使用之藥劑之組合而定，可以採用一種適合之燃燒斷面。有一種特別之應用變化，係在第一燃燒階段中，讓燃燒溫度至少 間歇性地以大約40℃/min至大約60℃/min之速度上升。此外，在第一燃燒階段中，可以將燃燒溫度升高至最高溫度約為580℃，較佳為大約為565℃，而更佳為大約548℃。
在大約400℃至450℃之間為導電膏加熱，基本上會導致所有有機物質成份完全散開-例如有機黏合劑等，並使所有無機成份軟化(例如玻璃粉或玻璃渣)。此外，金屬粉末之燒結程序會在此一溫度之下導入。導電膏內軟化之玻璃成份，會在後續成為基板上附著性良好之導電膏。
最高燃燒溫度原則上受限於鋁之熔化溫度，該溫度約為660℃。在銀基板上使用之導電膏，最高燃燒溫度基本上約為565℃，而在銅基板上使用之導電膏，最高燃燒溫度基本上約為548℃。其熔化溫度可從可能形成之鋁銅或鋁銀合金中，推算出此一溫度。
對應於各最高燃燒溫度，其導電膏需選用適當之玻璃成份，其相對之玻璃過渡溫度(TG)或熔化溫度(TS)，應與其最高燃燒溫度相吻合。相對應之導電膏之玻璃成份之玻璃過渡溫度或熔化溫度，應據此低於所設定之最高燃燒溫度，以保證基板上之導電膏能有最佳之附著性。這點，尤其適用於PbO-B2O3-SiO2系統所製之玻璃或包含Bi2O3之玻璃。
一特別顯著之優點，是在第二燃燒階段中，讓導電膏燃燒大約5分鐘至大約30分鐘。基本上，第二燃燒階段(在最高燃燒溫度下)之時間越長，導電膏之燒結越密實，而且對於後續之處理(例如熔焊及電焊)有較佳之特性。當第二燃燒階段之時間過長，在典型烤爐中之通過時間就會相對拉長，這對於總通過量會造成負面影響。
在其他優良之變化應用中，可以在第二燃燒階段中，讓預定之最高燃燒溫度基本上保持恆定。
此外，基本上可以在第一燃燒階段及/或第二燃燒階段中，讓導 電膏處在一含氮之保護氣體之中。保護氣體(例如氮氣)對於銅導線之燒入具有優點，能防止導線材料之氧化(視燃燒階段而定，可能會有數ppm之殘留氧化物成份)。這類材料或導電膏之有機黏合劑，可以概述如下，其在含氮之氣體中可以減少。對於銀導線膏而言，傳統之空氣氣體反而有優點，因為此處表面氧化之影響微乎其微。此處所使用之有機黏合劑，可以經由空氣中之氧氣氧化。
在本發明一優良應用形式中，冷卻階段中之燃燒溫度至少間歇性地以大約20℃/min至大約40℃/min之速度下降，較佳為大約30℃/min。基本上，其冷卻需至周圍溫度。冷卻越慢，導電膏及基板之連結之機械影響越小，因為所使用之材料有不同之膨脹係數。
燒結之導電膏經過典型之氧化之後，即在燃燒或燒結程序中因遇高溫而形成之氧化，需讓導電膏表面在冷卻之後進行適當之機械後處理，以簡化後續之加工-例如後續之熔焊或電焊。
在一優良應用形式中，基板表面上所覆之導電膏厚度為大約10μm至大約100μm。當然也可以在基板表面覆上厚度小於10μm之導電膏，或厚度大於100μm之導電膏。亦可依序多次使用所提出之方法，以提高整體設定之導電膏厚度。
1‧‧‧基板
2‧‧‧基板表面
3‧‧‧導電膏
4‧‧‧導電膏表面
T‧‧‧燃燒溫度
Tmax‧‧‧最高燃燒溫度
B1‧‧‧第一燃燒階段
B2‧‧‧第二燃燒階段
A‧‧‧冷卻階段
tB‧‧‧時間範圍
DS‧‧‧基板厚度
DL‧‧‧導電膏厚度
RB‧‧‧燃燒溫度上升率
RA‧‧‧燃燒溫度下降率
本發明之其他細節及優點，係以如下之圖示說明加以闡示。此圖示為：圖1 穿過基板及置於其上之導電膏之截面圖，以及圖2 所提出之方法之一應用實例，其以時間為基軸之燃燒溫度之燃燒斷面。
圖1所示(不按比例)為按所提出之方法執行之基板1之截面，基本上為純鋁或高純度鋁合金。其基板1係由例如歐洲標準 規範EN 573所訂等級為EN AW-1050A之鋁原料製成，該原料至少含有重量百分比99.5之鋁。基板1具有一約為2mm之厚度DS，以及一基本上為平坦之表面2。一般來說，基板1可以有一至少為1mm之厚度DS，而有意義之最大厚度DS，則受限於後續之基板1之加工。
基板1之表面2，係以網版印刷術覆上一層銅基導電膏3，亦即所使用之導電膏3含有做為導電成份之銅粉。基板1及導電膏3係依據所提出之方法，以圖2所對應之燃燒斷面加以處理，以得到一可焊接之鋁基板1。本例中，利用所提出之方法加以燃燒或燒結後之導電膏3之厚度DL約為35μm。以銅導線膏為例，燃燒或燒結後之導電膏3之厚度DL約為20μm至大約40μm，而銀導線膏則約為10μm至大約20μm。為改善所提出之方法中被燃燒或被燒結之導電膏3之焊接特性，燒結後之導電膏3表面4會進行機械後處理，例如刷過。
圖2所示，係所提出之方法一可行之燃燒斷面。此處所示之圖表，係表示燃燒爐內之燃燒溫度T隨時間之變化，其中進行之階段為第一燃燒階段B1，第二燃燒階段B2，以及冷卻階段A。在第一燃燒階段B1中，其燃燒溫度T係由一約為22℃之周圍溫度開始，連續升高到約為542℃之預定最高燃燒溫度Tmax。在第一燃燒階段B1中，其燃燒溫度T之時間變化基本上為S形，並具有基本上為線性之區段，該區段內其燃燒溫度T之時間變化係以一約為46℃/min之速率RB上升。
達到預定之最高燃燒溫度Tmax之後，導電膏3以及基板1會在第二燃燒階段B2中，以一約為9分鐘之預定時間範圍tB，以及一約為542℃之預定最高燃燒溫度Tmax加以設定，讓導電膏3被燃燒或燒 結。
在後續之冷卻階段A中，其燃燒溫度T會連續下降，而燃燒溫度T相對於時間t，係以一基本上為S形之曲線下降。燃燒溫度T在冷卻階段A之下降速度RA，其中央大約近似於33℃/min。
1‧‧‧基板
2‧‧‧基板表面
3‧‧‧導電膏
4‧‧‧導電膏表面
DS‧‧‧基板厚度
DL‧‧‧導電膏厚度

Claims (13)

  1. 一種金屬化基板(1)之製作方法，該基板(1)至少有部分，較佳為全部，由鋁及/或鋁合金構成，其特徵為，基板(1)之表面(2)至少局部覆上導電膏(3)，在第一燃燒階段(B1)內，導電膏(3)係置於基本上連續上升之燃燒溫度(T)中，使燃燒溫度(T)提高至預定之最高燃燒溫度(Tmax)-約略小於660℃，而在第二燃燒階段(B2)內，導電膏(3)係於一預定時間範圍(tB)內，置於一基本上為預定最高燃燒溫度(Tmax)之中，在冷卻階段(A)內，導電膏(3)被冷卻，而在後續處理階段，導電膏(3)表面(4)係以機械方式處理，較佳為被刷過。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，導電膏(3)係以網版印刷法施加在基底(1)表面(2)上。
  3. 根據申請專利範圍第1項或第2項所述之方法，其特徵為，採用一種含銅粉之導電膏(3)。
  4. 根據申請專利範圍第1項至第3項之任一項所述之方法，其特徵為，採用一種包含由PbO-B2O3-SiO2系統所製之玻璃及/或包含Bi2O3之玻璃之導電膏(3)。
  5. 根據申請專利範圍第1項至第4項之任一項所述之方法，其特徵為，導電膏(3)在第一燃燒階段(B1)之前，先進乾燥階段，以一大約80℃至大約200℃之溫度加以乾燥，較佳為100℃至150℃，更佳為在130℃以下，時間長度為大約5分鐘至大約20分鐘，
  6. 根據申請專利範圍第1項至第5項之任一項所述之方法，其特徵為，導電膏(3)至少在第一燃燒階段(B1)及/或第二燃燒階段(B2)之燃燒，係於一燃燒爐中進行，燃燒爐內可設定燃燒溫度(T)。
  7. 根據申請專利範圍第1項至第6項之任一項所述之方法，其特徵為，在 第一燃燒階段(B1)中，燃燒溫度(T)至少間歇性地以大約40℃/min至大約60℃/min之速度上升。
  8. 根據申請專利範圍第1項至第7項之任一項所述之方法，其特徵為，在第一燃燒階段(B1)中，燃燒溫度(T)至少升高至約為580℃之最高溫度度(Tmax)，較佳為大約為565℃，而更佳為大約548℃。
  9. 根據申請專利範圍第1項至第8項之任一項所述之方法，其特徵為，導電膏(3)在第二燃燒階段(B2)中之燃燒，大約為5分鐘至大約30分鐘。
  10. 根據申請專利範圍第1項至第9項之任一項所述之方法，其特徵為，第二燃燒階段(B2)中，預定之最高燃燒溫度(Tmax)基本上保持恆定。
  11. 根據申請專利範圍第1項至第10項之任一項所述之方法，其特徵為，在第一燃燒階段(B1)及/或第二燃燒階段(B2)中，導電膏(3)係處於一含氮之保護氣體之中。
  12. 根據申請專利範圍第1項至第11項之任一項所述之方法，其特徵為，冷卻階段(A)中之燃燒溫度(T)至少間歇性地以大約20℃/min至大約40°C/min之速度下降，較佳為大約30℃/min。
  13. 根據申請專利範圍第1項至第12項之任一項所述之方法，其特徵為，基板(1)表面(2)上所覆之導電膏(3)厚度為大約10μm至大約100μm。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102030688B1 (ko) * 2017-01-17 2019-10-10 주식회사 케이씨씨 세라믹 회로기판 및 이의 제조방법
US11192209B2 (en) 2019-01-14 2021-12-07 Ab Mikroelektronik Gmbh Laser pretreatment of metal substrates for electrical circuit boards
US11222878B2 (en) 2019-04-30 2022-01-11 Ab Mikroelektronik Gesellschaft Mit Beschraenkter Haftung Electronic power module
RU2762374C1 (ru) * 2021-04-29 2021-12-20 Общество с ограниченной ответственностью «Научное предприятие Монокристалл Пасты» Способ формирования токосъёмного контакта на поверхности солнечных элементов с гетеропереходом

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS49675B1 (zh) * 1969-07-03 1974-01-09
JPS5441233A (en) * 1977-09-09 1979-04-02 Asahi Glass Co Ltd Formation method of copper film on aluminum or aluminum alloy surface
JPS5441234A (en) * 1977-09-09 1979-04-02 Asahi Glass Co Ltd Formation method of copper film of predetermined shape on aluminum or aluminum alloy surface
JPS5827327A (ja) * 1981-08-11 1983-02-18 Toshiba Corp ダイボンデイング方法
JPS61133382A (ja) * 1984-11-30 1986-06-20 Kobe Steel Ltd Ａｌ又はＡｌ合金材への銅被膜形成方法
JPS61264784A (ja) * 1985-05-20 1986-11-22 伊勢電子工業株式会社 プリント配線基板の製造方法
JPS62265796A (ja) * 1986-05-14 1987-11-18 株式会社住友金属セラミックス セラミツク多層配線基板およびその製造法
JPS63305592A (ja) * 1987-06-06 1988-12-13 Tokuyama Soda Co Ltd プリント配線基板の製法
JPH01198404A (ja) * 1988-02-03 1989-08-10 Toyo Alum Kk 無機焼結体及びその製造方法
JPH04107276A (ja) * 1990-08-28 1992-04-08 Senju Metal Ind Co Ltd 複合金属箔の製造方法およびその装置
JP2630096B2 (ja) * 1991-03-29 1997-07-16 株式会社村田製作所 厚膜導体の表面処理方法
US5682018A (en) * 1991-10-18 1997-10-28 International Business Machines Corporation Interface regions between metal and ceramic in a metal/ceramic substrate
JP3507084B2 (ja) * 1991-12-13 2004-03-15 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー 銅導体組成物
US5256469A (en) * 1991-12-18 1993-10-26 General Electric Company Multi-layered, co-fired, ceramic-on-metal circuit board for microelectronic packaging
SE503038C2 (sv) * 1993-07-09 1996-03-11 Sandvik Ab Diamantbelagt skärande verktyg av hårdmetall eller keramik
US6074893A (en) * 1993-09-27 2000-06-13 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Process for forming fine thick-film conductor patterns
DE4339498A1 (de) * 1993-11-19 1995-05-24 Castolin Sa Verfahren und Lotpaste zum Auflöten großflächiger Platinen aus Aluminium oder Aluminium-Legierungen sowie Anwendung des Verfahrens
US5882722A (en) * 1995-07-12 1999-03-16 Partnerships Limited, Inc. Electrical conductors formed from mixtures of metal powders and metallo-organic decompositions compounds
EP0964415B1 (en) * 1997-10-06 2009-07-15 TDK Corporation Electronic device and method of producing the same
US6736988B1 (en) * 1999-11-04 2004-05-18 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. Copper-clad board suitable for making hole with carbon dioxide laser, method of making hole in said copper-clad board and printed wiring board comprising said copper-clad board
JP2002232204A (ja) * 2001-02-05 2002-08-16 Ngk Insulators Ltd 電子部品及びその製造方法
WO2005055309A1 (en) * 2003-12-02 2005-06-16 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Thin film transistor, display device and liquid crystal display device and method for manufacturing the same
JP4647224B2 (ja) * 2004-03-30 2011-03-09 昭栄化学工業株式会社 積層セラミック電子部品端子電極用導体ペースト
US8383014B2 (en) * 2010-06-15 2013-02-26 Cabot Corporation Metal nanoparticle compositions
JP4438659B2 (ja) * 2005-03-24 2010-03-24 Ｔｄｋ株式会社 積層セラミック電子部品の製造方法
JP4986594B2 (ja) * 2005-12-20 2012-07-25 三洋電機株式会社 セラミックグリーンシート及びセラミック基板
JP2009087957A (ja) * 2005-12-28 2009-04-23 Naoetsu Electronics Co Ltd 太陽電池
AT9473U1 (de) * 2006-05-04 2007-10-15 Austria Tech & System Tech Verfahren zur herstellung wenigstens eines leitfähigen elements einer leiterplatte sowie leiterplatte und verwendung eines derartigen verfahrens
JP2008166344A (ja) * 2006-12-27 2008-07-17 Kyocera Corp 光電変換素子用導電性ペースト、光電変換素子、および光電変換素子の作製方法
JP4291857B2 (ja) * 2007-01-24 2009-07-08 三ツ星ベルト株式会社 銅導体ペースト、導体回路板及び電子部品
JP5342910B2 (ja) * 2009-03-31 2013-11-13 三井化学株式会社 導電ペースト組成物および焼成体
JP5212298B2 (ja) * 2009-05-15 2013-06-19 三菱マテリアル株式会社 パワーモジュール用基板、冷却器付パワーモジュール用基板、パワーモジュール及びパワーモジュール用基板の製造方法
JP5741793B2 (ja) * 2009-10-22 2015-07-01 三菱マテリアル株式会社 パワーモジュール用基板、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、パワーモジュール、パワーモジュール用基板の製造方法及びヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法
JP2012033291A (ja) * 2010-07-28 2012-02-16 Tdk Corp 電極形成用のペースト、端子電極及びセラミック電子部品
US20130248777A1 (en) * 2012-03-26 2013-09-26 Heraeus Precious Metals North America Conshohocken Llc Low silver content paste composition and method of making a conductive film therefrom

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