浆料的材料与工艺

《浆料的材料与工艺》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浆料的材料与工艺（4页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、碳类材料中石墨的导电性与产地有关，并且很难粉碎和分散，给应用带来很大困 难;炭黑的导电性虽然很好，但加工困难；TiOz, PdO等金属氧化物导电性较差， 难以制作高质量的电极。常用的金属导电相多为电阻率较低的Au, Ag, Cu, Ni 等金属粉末，性能最好的是Au粉末，但价格昂贵;Ag粉末的价格相对较低，但 在电场作用下Ag会产生电迁移现象，使导电性降低，影响使用寿命;Cu, Ni粉 末价格较便宜，在电场下不会产生迁移，但当温度升高时，会发生氧化，导致电 阻率增大，因此只能在低温下使用。为降低颗粒之间的接触电阻，改善导电性能， 某些低熔点合金应用在低温浆料中。在电子浆料的固化过程中，随温度的

2、升高， 低熔点合金可在金属颗粒之间形成连接通道，达到降低电阻的目的。1.2粘结相（玻璃相） 粘结相通常由玻璃、氧化物晶体或二者的混合物组合而成，其主要作用 是使固化膜层与基体牢固结合起来，粘结相的选择对成膜的机械性能和电性能有 一定的影响，粘结相有玻璃型、无玻璃型、混合物型三类。玻璃指的是某些金属或非金属氧化物，其主要作用是在厚膜元件的 烧结过程中连接、拉紧、固定导电相相粒子3，并使整个膜层与基片牢固地粘 结在一起。根据在玻璃中的主要作用，氧化物大致可分为三类:第一类为构成玻 璃基本骨架的氧化物，如SIOZ, BZ O,等，它们能单独形成机械性能和电性能 优良的玻璃;第二类是调节玻璃的物理、化

3、学性能的氧化物，如A1203 ,PbO,BaO,ZnO,它们可改善玻璃的热膨胀系数、机械强度、热和化学稳定 性等;第三类用于改进玻璃性能的氧化物，如PbO, BaO,BZ 03 , Ca凡，它们能 降低玻璃的熔化温度，同时还保证了玻璃的电性能和化学性能。无玻璃粘结相主要是通过氧化物与基片起化学反应形成而结合，这种粘 结相一般为铜的氧化物，常用的是Cu0或CueO,有时加人一些Cd,形成Cu-Cd 铝酸盐，使反应温度降低。混合物粘结相就是将上述两种玻璃型与无玻璃型相混合，发挥其各自的 优点。1.3有机载体 有机载体是溶解于有机溶剂的聚合物溶液，它是功能相和粘结相微粒的 运载体，起着控制浆料的流变

4、特性，调节浆料的粘稠度，使固体形态的导电相、 粘结相和其他作用的固体微粒混合物分散成具有流体特性的浆料，以便于转印到 基板上，形成所需图形。有机载体主要由有机溶剂和增稠剂组成叫，为了改善其 流动性，可加人表面活性剂;为了控制烧成时容易出现的二次流动现象，应加人 流延性控制剂;为了提高浆料的触变性，要加人触变剂、胶凝剂等;为了减少介质 浆料在印刷后产生的气孔，保证绝缘性能，还需要加人消泡剂。有机溶剂主要有松油醇、菇品醇（分子量:154.3）、丁基卡必醇、丁酸丁 基卡必醇、异丙醇或甲苯等，含量要求为9100-9500。增稠剂也称有机粘结剂， 其作用是提高浆料的粘度，覆盖固体微粒以阻止微粒的凝聚、结

5、块和沉淀，并赋 予浆料合适的流变特性，在浆料印刷、干燥后，使固体微粒粘结在一起，具有一 定的强度。常用的增稠剂有乙基纤维素、硝基纤维素、丙烯酸树脂、丁醛树脂、 聚异乙烯、聚己烯乙醇、聚a甲基苯乙烯、聚己烯醋酸酷和苯乙烯等s7,以 调节有机溶剂的粘度。在有机溶剂中还可以加人硅酸甲脂、硅酸四乙脂或苯甲基 硅油等作为消泡剂。另外，加人聚甲基丙烯酸脂或邻苯二酸二丁脂可以改善介质 浆料的成型和流平性s.771.4电子浆料的制备方法电子浆料制备工艺如图1所示。将金属粉末、玻璃粉末、有机载体分别 准备完毕后，就可对其进行混合与分散。为了使金属粉末和玻璃与有机载体组成 均匀而细腻的浆料，混合粉料必须先与载体混

6、合，然后进行研磨，使其均匀地分 散在载体中。浆料要反复地研磨，直至获得符合要求的分散体。图1电子浆料制备工艺流程图2.1贵金属浆料Ag及Ag基电子浆料2. 1. 1 Ag 浆料Ag是导电性能最好的金属材料，价格比Au,Pd,Pt等其它贵金属低，在 生产中得到广泛的应用。但Ag导体作为厚膜混合电路的导电带、电容器电极及 电阻的端接材料时，会产生Ag的迁移问题8。一般在Ag浆料中只添加微量金属，并且根据使用要求的不同添加的金属 也不同。目前比较新的工艺是向浆料中添加金属有机化合物，可用金属Ag与有 机物形成配位金属化合物，来提高浆料的分散性9)。随着我国电子工业的快速发展，Ag粉体材料将在电子技术

7、、化工、医药 等各个领域得到更广泛的应用，市场潜力越来越大。2.1.2 Ag-Pd 浆料在Ag中加人一定量的Pd,制备的Ag-Pd导体浆料可有效地抑制银离子 的迁移。在Ag-Pd浆料中，Ag+的扩散速度仅为纯Ag的几分之一，甚至还低一个 数量级。Pd的含量需按使用要求而定，通常为15%二25%，常用值为20000在Ag-Pd导体浆料中，导体的电阻值随Ag的含量增多而降低，但Ag含 量如果过多不仅会引起Ag+的迁移，还会使浸焊性下降。当Pd/ (Pd+Ag)0. 1 时，对改善迁移有显著的效果。Ag-Pd系导体在400=700C之间发生Pd的氧化， 生成Pd0，会降低导体的可焊性，因此Pd含量过

8、多会导致焊区的润湿性变差。2. 2 Au及Au基电子浆料2. 2. 1 Au 浆料目前已开发的多种类型的Au导体浆料主要分为含玻璃的Au导体材料和 强加人Cu0等氧化物的无玻璃Au导体浆料以及同时添加玻璃和氧化物的Au导体 浆料。含玻璃的Au导体浆料不会出现Ag那样的迁移现象，而且性能稳定、可靠。 但其附着强度较差，且经多次重烧，附着强度还会下降ElolAu导体浆料可用于多层布线导体、微波混合集成电路、与薄膜技术相配 合的电路、以及大功率晶体管芯片和引线框架的压焊等方面。2. 2. 2 Au-Pd 浆料为了改善纯Au导体附着强度较差的缺点，可在Au中加人一定量的Pd， 形成Au-Pd系导体浆料

9、。Au-Pd系导体不仅附着强度高，可焊性也好，而且能与 Pd-Ag系电阻同时烧成，形成低噪声接触Ell。由于本系统不存在扩散现象， 故常用于可靠性高和多层布线的场合。根据实验，Au-Pd导体浆料中各主要成分可取如下范围:Pd:80o-150o,Au:73%-800o，玻璃：1200二1900。但应注意，Au-Pd 系中 Pd 的含量不 宜超过2500，否则由于PdO的大量出现，将使导体的电阻增大，不适宜作导体。 2. 3 Pd-Ag 浆料Pd-Ag电阻浆料是发展最早并获得广泛应用的厚膜电阻材料。Pd-Ag浆料 制作的电阻器的性能主要取决于烧成的Pd0含量;Ag的加人可减小温度系数、噪 声和提高

10、稳定性。一般Pd: Ag =1.5:1Pd-Ag电阻浆料无论是电性能还是工艺性能都比较好，成本也较低，但 是对烧成条件非常敏感，且当阻值较大时噪声大，温度系数很难控制到较小数值， 另外其对还原性气氛也十分敏感。2. 4 Pt族浆料这类电阻浆料主要用铂(Pt)、铱(Ir)、钉(Ru)等贵金属作电阻材料，其 中厚膜铂电阻主要用于测温元件。厚膜铂电阻温度计是在20世纪70年代开始研 制的，现在国际市场上，已作为商品出售。现在的厚膜铂测温元件对热存放的稳 定性和抗温度冲击的稳定性都很好。Pt电阻浆料功能相的主要成份是纯度为99.95%,颗粒度0. 5cm的微细 Pt粉。3贱金属浆料3. 1 Ni浆料金

11、属Ni具有良好的导电性、化学稳定性和可焊性。用纳米Ni粉为主导 电相制成的Ni导电浆料丝网印刷性能良好。因此Ni导电浆料是一种比较理想的 厚膜导电浆料。但是要注意的是要保证Ni金属微粒表面在高温灼烧的条件下不 被氧化。Ni粉在浆料中含量很高，它是决定电极性能的主要因素12 oNi粉经 高温烧结熔结形成金属网络结构，但与陶瓷基片的结合强度较低，只有靠玻璃粘 结。一般，玻璃粉的含量很低，其流变性很好，在电极烧结温度下，流变性很好 的玻璃能流过金属网的细小空隙，使金属网牢固地附着在基片上。有些Ni浆必 须在低含氧量烧结气氛中烧成，烧结工艺复杂，对设备要求高13。3. 2 Cu浆料Cu金属具有比金更为

12、优良的高频特性和导电性，而且也没有Ag+迁移的 缺陷。目前已开发的Cu电极浆料主要分为含玻璃的Cu电极材料、加人氧化物的 无玻璃Cu电极浆料，以及同时添加玻璃和氧化物的Cu电极浆料14j。在制备时 要考虑Cu微粒可能会在高温灼烧的状态下发生氧化。目前报道的Cu导电浆料的抗氧化技术主要有:Cu粉表面镀银，浆料 中加还原剂保护，Cu粉的有机磷化合物处理，聚合物稀溶液处理，偶联剂处理 技术等。也可采用溶胶一凝胶法在Cu粉的表面包覆一层SiOZ-Al系薄膜，包覆 的薄膜对提高Cu粉在高温烧结过程中的抗氧化性起到了重要的作用。此外，包 覆层还降低了 Cu粉的烧结温度。3. 3 Al浆料A1电极浆料的优点

13、是价格便宜，电性能稳定。A1和Si易于形成PN结， 具有长波响应特性，而且对PTC热敏电阻瓷体具有良好的欧姆接触特性，又具有 良好的抗老化性E157,因此A1导体浆料被选作PTC热敏电阻的电极材料和地面 用单晶Si太阳能电池的背面场的材料。但是，A1浆电极的耐冲击电流较低，在较大的冲击电流下，在电极的接 触处比较容易出现拉弧现象，严重的还会烧毁电极。因此，可以在A1电极上再 烧渗一层Ag电极作为二次保护的措施。3. 4 Zn浆料Zn对PTC热敏电阻瓷体具有良好的欧姆接触特性和抗老化性，因此Zn 浆料也可用作PTC热敏电阻的电极材料E167,同时，用Ni导体浆料代替Ag导 体浆料，可以克服Ag电

14、极在等离子显示板上的溅射现象，使等离子显示板的寿 命大大延长lv。通常，是将微细Zn粉(成15um)、硼硅铅玻璃粉和有机粘合剂以一定比 例按传统方法配制成浆料。为了防止Zn粉在烧渗过程中过度氧化，在浆料中加 人一定量的金属有机化合物作为抗氧化剂。4电子浆料研究及应用的发展趋势(1) 电子浆料的无铅化 在电子浆料中加人铅可以降低浆料的烧结温度，节约能源，传统的电子浆料 含铅量一般都超过5000，含铅玻璃粉在生产的过程中会对环境造成严重污染， 导致采用这种含铅材料制造电子浆料的方法已经不能满足人们对环境保护所提 出的要求。因此，制造不含铅和贵金属且具有良好性能及价格低廉的电子浆料， 已经成为有待解

15、决的重要问题E183目前已开发的无铅电子浆料主要有Zn0-B2 O3-SiO2 . ZnO-Bit 03-B2 03 , P2 03 及 V2 O,-ZnO-B2 03 等系列。(2) 贱金属浆料代替贵金属浆料某些贱金属材料在一些领域内具有比贵金属更为优异的性能。由于Al, Ni和Zn对PTC热敏电阻瓷体具有良好的欧姆接触特性和抗老化性，因此常被选 作PTC热敏电阻的电极材料191 o Cu具有比金更为优良的高频特性和导电性， 更重要的是没有Ag+迁移的缺陷，因而Cu导体浆料是微波线路和微电子线路的 良好材料E201 o Ag电极在等离子显示板上的溅射现象比较严重，用Ni导体浆 料代替Ag导体

16、浆料，可以克服这些不足，并且使等离子显示板的寿命大大延长。 贱金属具有的独特的优越性，已经引起人们广泛的重视211(3) 高性价比电子浆料的研制随着信息产业的高速发展，电子浆料作为其关键材料扮演着重要的角色。 因此高性能、低成本的原材料将大大提高电子产品的竞争能力，也必然成为电子 浆料自身产业发展的必然条件。通过研究复合贵金属浆料和其它的基体浆料，使 之具有优异的性能来保证电子产品的质量，并且降低生产成本将在实际生产中具 有良好前景。电子浆料的复合方法主要有金属/金属(金属氧化物)型:用电性能优 良的金属覆盖另一种金属，形成具有梯度功能的复合型导电填料;金属/非金属型: 用电性能优良的金属包覆质轻的非金属芯材，得到性能较佳的复合导电填料;聚 合物/非金属型:用高聚物包覆质轻的非金属芯材，得到质轻、频宽特别是高频下 屏蔽性能优良的复合导电填料;共混型22?:异种填料共混。