一種可低溫燒結的導電銀漿及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子漿料技術領域，具體的講是一種可低溫燒結的導電銀漿及其制備方法。
【背景技術】
[0002]傳統的導電銀漿是由導電相、粘結相、有機載體組成。導電銀漿通常可以分為兩類，即聚合物導電銀漿和燒結型導電銀漿。聚合物導電銀漿是烘干或固化成膜，以有機聚合物作為粘結相。燒結型導電漿料的燒結溫度通常大于500°C，玻璃粉或氧化物作為粘結相。導電銀漿具有很廣泛的應用，主要用于制造厚膜集成電路、電阻器、電阻網絡、電容器、MLCC、導電油墨、太陽能電池電極、LED冷光源、0LED (有機發光顯示器)、印刷及高分辨率導電體、薄膜開光/柔性電路、導電漿料、敏感元器件及其電子元器件等方面。
[0003]在電子電路的焊接方面，傳統的連接方式是采用錫鉛焊料，傳統的錫鉛焊料的共晶點是183°C，回流焊接溫度是210°C左右，這樣一來可以實現低溫焊接。較低的溫度可以降低熱應力，對于對溫度很敏感的器件來說，低溫貼裝是唯一的選擇，低溫工藝也降低了對基板的要求，那么就可以選用不耐高溫的較便宜的基材或PCB以降低成本，另外也可以降低能量消耗。但是錫鉛焊料中的鉛是一種對人體和環境存在重大危害的重金屬元素。隨著人們環保意識的增強，含鉛材料的使用逐漸得到限制或禁止了，特別是無鉛焊料的熔點相對比錫鉛焊料的高30°C，比重略小，僅次于錫的比重，流動性差，浸潤性差，只會擴張，不會收縮，耐疲勞性強。此外，高錫含量時，高溫下對鐵有很強的溶解性。由于合金本身的結構，使它跟有鉛焊料相比，比較脆，彈性不好。并且，錫橋、空焊、針孔等不良率較錫鉛焊料高。因此，開發出可替代錫鉛焊料的能夠低溫燒結的導電材料顯得尤為重要。
[0004]為此設計一種燒結溫度低、導電性好、結合力強、不易斷線且與基板粘附力輕的新型導電銀漿是十分重要的。
【發明內容】
[0005]本發明突破了現有技術的難題設計了一種燒結溫度低、導電性好、結合力強、不易斷線且與基板粘附力輕的新型導電銀漿。
[0006]為了達到上述目的，本發明設計了一種可低溫燒結的導電銀漿，其特征在于:其配方包括:無顆粒導電墨水、微米銀粉、納米級銀線和有機載體。
[0007]所述微米銀粉為球狀銀粉時，所述配方的配比為:質量百分比20?50%的無顆粒導電墨水、質量百分比20%?60%的微米銀粉、質量百分比10?40%的納米級銀線和質量百分比10?40%的有機載體;其中球狀銀粉的直徑為1?5μπι，其振實密度為3?6g/cm3。
[0008]所述微米銀粉為片狀銀粉時，所述配方的配比為:質量百分比20?50%的無顆粒導電墨水、質量百分比5%?40%的微米銀粉、質量百分比10?40%的納米級銀線和質量百分比10?40%的有機載體;其中片狀銀粉的片徑為1?5μπι，厚度為100?200nm，其寬厚比大于10。
[0009]所述微米銀粉為片狀銀粉和球狀銀粉時，所述配方的配比為:質量百分比20?50%的無顆粒導電墨水、質量百分比5%?30%的球狀微米銀粉、質量百分比5%?20%的片狀微米銀粉、質量百分比10?40%的納米級銀線和質量百分比10?40%的有機載體;其中片狀銀粉的片徑為1?5μπι，厚度為100?200nm，其寬厚比大于10;其中球狀銀粉的直徑為1?5μπι，其振實密度為3?6g/cm3ο
[0010]—種可低溫燒結的導電銀漿的制備方法，其特征在于:按照如下步驟進行制備: 步驟1:采用化學還原法制備納米級銀線；
步驟2:采用銀鹽、醇類、胺類、去離子水及碳酸鈉制備無顆粒導電墨水；
步驟3:選取質量百分比15%?30%的粘度調節劑、質量百分比為70%?85%的添加劑，按照1:2?1:8的質量比，攪拌混合，獲得有機載體；
步驟4:將步驟1所制得的納米級銀線晾干，稱取質量百分比在20%?60%的微米級珠狀銀粉和質量百分比在5%?40%的微米級片狀銀粉的混合粉末或質量百分比5為%~30%的球狀微米銀粉、質量百分比為5%?20%的片狀微米銀粉混合在質量百分比為20%?50%的無顆粒導電墨水中，并加入質量百分比為10%?40%的晾干的納米級銀線和質量百分比為10%?40%的有機載體，攪拌并均勻混合，超聲振蕩1小時，得到可低溫燒結的導電銀漿。
[0011]所述納米級銀線的制備步驟如下:
步驟1:將銀鹽溶液與100ml的乙二醇混合，得到質量百分比5%?35%的混合溶液A;
步驟2:將保護劑與100ml的乙二醇混合，得到質量百分比5%?35%的混合溶液B；
步驟3:配制質量百分比為0.015%?1.53%的無機物乙二醇溶液作為控制劑；
步驟4:取60ml乙二醇于100ml聚四氟乙烯的內襯中，加入0.1?0.5ml的控制劑，在室溫下磁力攪拌均勻，然后加入混合溶液A和混合溶液B，繼續攪拌均勻，得到混合溶液C;
步驟5:將裝有混合溶液C的100ml的聚四氟乙烯內襯裝入反應釜殼中，在140°0180°C下反應1?3小時，隨爐冷卻得到反應液；
步驟6:將反應液放入高速離心機離心，離心10?20分鐘，并用乙醇洗滌，過濾后得到納米級銀線。
[0012]所述無顆粒導電墨水按照以下步驟進行制備:
步驟1:將質量為16:5的銀鹽和碳酸鈉分別溶于60ml去離子水中，得到銀鹽溶液與碳酸鈉溶液，后將碳酸鈉溶液逐滴加入銀鹽溶液中，避光攪拌，然后真空抽濾至干燥，得到干燥粉末；
步驟2:將醇類和胺類按照質量比為1:3?3:1混合，攪拌均勻，形成醇胺混合溶液；
步驟3:將干燥粉末加入醇胺混合溶液中，其質量比為1: 20-1:4，攪拌至固體完全溶解，得到導電墨水；
步驟4:采用規格為0.45μπι的過濾膜過濾，得到透明無顆粒導電墨水。
[0013]所述粘度調節劑為甲基纖維素、乙基纖維素、甲基纖維素衍生物、乙基纖維素衍生物;添加劑為松油醇、曲拉通、聚乙二醇、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、丙酮、甲醇中的一種或多種。
[0014]所述保護劑為聚乙烯吡咯烷酮、乙二胺四乙酸、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、明膠、山梨醇中的一種或多種;所述無機物為氯化亞鐵、氯化鐵、氯化銅、氯化亞銅、氟化鉀、氟化鈣、氯化鉀、氯化鈉、氯化鈣、溴化鈉、溴化鉀、碘化鈉、碘化鉀、硫酸鈉中的一種或多種;所制備的納米級銀線的直徑約為50?200nm，長度約為5-100μηι。
[0015]所述醇類為碳原子數小于6的醇類;所述胺類為脂肪胺及多功能助劑;所述無顆粒導電墨水為透明液體，其中銀的質量百分比為5%?20%。本發明與現有技術相比，本發明采用了新的制備配方及制備方法，使制備的導電銀漿燒結溫度降低至90°C~150°C，同時提到了導電性能，使電阻降低至0.012 Ω/口，從而使得本發明可以替代傳統的焊料，減少對環境和人體的危害，同時又具有極強的粘附性，適用于印刷電子行業。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明實施例1中制備的納米銀線的SEM圖。
[0017]圖2為本發明實施例1中制備的導電銀漿燒結后的SEM圖。
【具體實施方式】
[0018]結合附圖對本發明做進一步描述。
[0019]參見圖1和圖2，本發明設計了一種可低溫燒結的導電銀漿，其特征在于:其配方包括:無顆粒導電墨水、微米銀粉、納米級銀線和有機載體。
[0020]本發明中微米銀粉為球狀銀粉時，所述配方的配比為:質量百分比20?50%的無顆粒導電墨水、質量百分比20%?60%的微米銀粉、質量百分比10?40%的納米級銀線和質量百分比10?40%的有機載體;其中球狀銀粉的直徑為1?5μπι，其振實密度為3~6g/cm3。
[0021 ]本發明中微米銀粉為片狀銀粉時，所述配方的配比為:質量百分比20?50%的無顆粒導電墨水、質量百分比5%?40%的微米銀粉、質量百分比10?40%的納米級銀線和質量百分比10?40%有機載體;其中片狀銀粉的片徑為1?5μπι，厚度為100?200nm，其寬厚比大于10。
[0022]本發明中微米銀粉為片狀銀粉和球狀銀粉時，所述