一種納米銀導電漿料的製作方法

2023-09-22 16:05:50

專利名稱：：一種納米銀導電漿料的製作方法
技術領域：
：本發明屬於電子漿料製備技術，具體涉及一種納米銀導電漿料。
背景技術：
：電子漿料是集材料、冶金、化工、電子技術於一體的電子功能材料，是混合集成電路、敏感元件、表面貼裝技術、電阻網絡、顯示器、以及各種電子分立器件等的基礎材料。它以高質量、高效益、技術先進、使用廣等特點在信息、電子領域佔有重要地位，被廣泛應用於航空、航天、電子計算機、測量與控制系統、通信設備、醫用設備、汽車工業、傳感器等諸多領域。電子漿料作為一種具有特定功能(如導電、磁性、電阻等)的基礎電子材料，通常包括功能相、粘結相和載體相等三種組分。傳統的微米漿料，由於採用的功能相粉體的粒徑通常在微米量級，因此由其製得的圖案的最大解析度通常在lOOym左右；而且為了獲得良好的器件性能(如導電性等)，需要採用很高的燒結溫度(通常大於60(TC)。為了使圖案的解析度達到100iim以下，並採用較低的燒結溫度，電子漿料功能相的粒徑尺寸就需要控制在納米數量級，這類漿料也叫納米漿料。它是一種高性能的電子漿料，能很好地用於微細尺寸直接布線及柔性基板導電線路製造。銀是所有金屬中導電性最好的一種金屬(電導率為6.62X105Scm—0，是價格最便宜的貴金屬，而且其化學惰性好。粒徑在微米、亞微米、納米級的銀顆粒被廣泛用作導電漿料的功能相。採用納米銀粉作功能相製備納米導電漿料，具有很大的優勢。關於納米銀導電漿料，目前見諸於文獻報導的主要有將納米銀粉通過機械的、物理的方法經研磨、球磨等分散於載體相中，製得相對均勻穩定的漿料。如中國專利文獻CN1202531C報導了一種將納米銀粒子分散於環氧樹脂及其固化劑中，得到一種低納米銀含量的導電漿料，但所得漿料在150-17(TC固化成型後，其電阻率高達10—3Q.cm;中國專利文獻CN1687992A公開了一種將銀粉、低融玻璃粘結相和載體相等在容器中攪拌分散均勻，再進行三輥研磨，最後得到燒結溫度在55(TC左右的漿料。這些納米漿料通常存在以下一些缺點在燒結或固化成型後，有較高電阻率，導致其導電性不好；或漿料中含有玻璃粘結相，導致後期需要很高的燒結溫度。
發明內容本發明的目的在於提供一種納米銀導電漿料，該導電漿料分散均勻，穩定性好，不含玻璃粘結相，具有低的燒結溫度，並且導電性好，具有低的電阻率。本發明提供的納米銀導電漿料，其特徵在於該導電漿料由導電功能相和載體相構成。其中，導電功能相為納米銀顆粒，其質量百分比為1070%，其餘為載體相；載體相由多種組分構成，其各組分的質量分數分別為分散劑220%、流平劑520%、觸變劑010%和增稠劑220%，其餘為溶劑；所述納米銀顆粒為粒徑在1100nm的銀顆粒；所述分散劑為司班-85、卵磷脂、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基磺酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉中的任一種；所述流平劑為醋酸丁基纖維素、有機矽油、乙二醇丁醚和聚丙烯酸中的任一種；所述觸變劑為鄰苯二甲酸二丁酯或氫化蓖麻油；所述增稠劑為乙基纖維素、丁基纖維素、羧甲基纖維素鈉、羥乙基纖維素和聚乙烯醇中的一種或幾種；所述溶劑為松油醇、磷酸三丁酯、檸檬酸三丁酯和丁基苄必醇中的至少一種。為了更進一步提高納米銀導電漿料的性能(如易分散性和分散穩定性)，也可以採用按照下述過程製備的"溼"納米銀顆粒(1)攪拌下，向硝酸銀水溶液中加入絡合劑，形成硝酸銀的絡合物水溶液，再向該絡合物溶液中加入表面活性劑，並調節溶液值至912之間，得到均相溶液，該均相溶液中硝酸銀的總體濃度為5100g/L;所述絡合劑為溶於水的有機胺、氨水和乙二胺四乙酸二鈉鹽中的任一種或幾種，絡合劑的加入量為使加入過程中生成的沉澱剛好溶解的量；所述表面活性劑為C8C18的脂肪酸或脂肪酸鹽中的任一種或幾種，表面活性劑的用量在其臨界膠束濃度之上；(2)再在劇烈攪拌下，向上述均相溶液中逐滴滴加還原劑溶液，室溫反應；所述還原劑為硼氫化鈉、水合肼、甲醛和抗壞血酸中的任一種或幾種，其用量比按反應當量計算的量多0.012倍。(3)在反應完成後，降低攪拌速度，向步驟(2)得到的體系中加入磷酸，該磷酸的體積百分比濃度為1525%，用以調節體系的pH值為27，之後靜置，使納米銀顆粒析出，將其分離，再用有機溶劑洗滌，再次分離，即得"溼"納米銀顆粒；所述有機溶劑為甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、丙酮、乙酸乙酯中的任一種或幾種。本發明提供的納米銀導電漿料可分別適用於接下來的旋塗、絲網印刷、微細筆直寫和微噴加工系統，從而得到高解析度(最大30iim)的導電圖案，其最高燒結溫度大大降低至25(TC以下，並具有良好的導電性(電阻率在10—5Q'cm數量級。具體實施方式實施例1攪拌下，將60g硝酸銀溶解於2000mL水中，並向其中加入50mL乙二胺，形成銀氨絡合物溶液，向上述溶液中加入18g十八烷基羧酸，再加入120mL濃氨水調節其pH值，以促進十八烷基羧酸的溶解。待十八烷基羧酸完全溶解後，再在劇烈攪拌下，向其中滴加含有7g硼氫化鈉的400mL的水溶液，整個滴加過程持續30min，待滴加完畢後繼續攪拌反應20min，整個反應過程維持在室溫。此後降低攪拌速度，向其中緩緩加入200mL22%(V/V)的磷酸。加完後靜置lh，過濾得黑色固體。將得到的黑色固體用500mL正丙醇洗滌兩次(每次250mL)，再次過濾，即得"溼"納米銀顆粒約27g。將增稠劑充分溶解在溶劑中，並按比例加入分散齊U、流平齊IJ、觸變劑，配成載體相40g，該載體相中的組分及各組分的質量百分比見表1。將上述27g"溼"納米銀顆粒與上述40g載體相混合，先機械攪拌均勻，再在超聲波振蕩器中振蕩分散30min，即得本發明的漿料。該漿料在玻璃基板上旋塗成膜後，採用程序升溫法，在23(TC下燒結1小時可得到白色導電層，電阻率約為4.7X10—5Q'cm。實施例2攪拌下，將100g硝酸銀溶解在3000mL水中，並向其中加入125mL40%的甲胺水溶液，形成銀氨絡合物溶液，向上述溶液中加入16g正辛酸鈉，攪拌使正辛酸鈉完全溶解。此後在劇烈攪拌下，並向其中逐滴滴加48g37%的甲醛水溶液，整個滴加過程持續30min，待滴加完畢後繼續攪拌反應60min。之後降低攪拌速度，向體系中緩緩注入150mL25%(V/V)的磷酸。加完後靜置lh，過濾得黑色固體。將得到的黑色固體依次用250mL乙醇、250mL丙酮洗滌，再次過濾，即得"溼"納米銀顆粒約45g。將增稠劑充分溶解在溶劑中，並按比例加入分散齊U、流平齊IJ、觸變劑，配成載體相46g，該載體相中的組分及各組分的質量百分比見表1。將上述45g"溼"納米銀顆粒與上述46g載體相混合，先機械攪拌均勻，再在超聲波振蕩器中振蕩分散30min，即得本發明的漿料。該漿料在陶瓷基板上用微細筆直寫裝置直寫圖形，採用程序升溫法，20(TC下燒結1小時，可得導電圖案，其解析度可達50iim，電阻率約為4.2X10—5Qcm。實施例3將增稠劑充分溶解在溶劑中，並按比例加入分散齊U、流平齊IJ、觸變劑，配成載體相13g，該載體相中的組分及各組分的質量百分比見表1。將27g商業納米銀顆粒與上述13g載體相混合，先機械攪拌均勻，再在超聲波振蕩器中振蕩分散30min，即得本發明的漿料。該漿料在陶瓷基板上，用絲網印刷後，採用程序升溫法，在20(TC下燒結lh可得到導電圖案，其解析度在150iim，電阻率約為5.3X10—5Qcm。實施例4將增稠劑充分溶解在溶劑中，並按比例加入分散齊U、流平齊IJ、觸變劑，配成載體相46g。該載體相中的組分及各組分的質量百分比見表1。將27g商業納米銀顆粒與上述46g載體相混合，先機械攪拌均勻，再在超聲波振蕩器中振蕩分散30min，即得本發明的漿料。該漿料在陶瓷基板上，用微噴裝置加工成所需圖案，採用程序升溫法，在24(TC下燒結lh，可得到導電圖案，電阻率為4.5X10—5Qcm，解析度可達30iim。實施例5將增稠劑充分溶解在溶劑中，並按比例加入分散齊U、流平齊IJ、觸變劑，配成載體相50g，該載體相中的組分及各組分的質量百分比見表1。將27g商業納米銀顆粒與上述50g載體相混合，先機械攪拌均勻，再在超聲波振蕩器中振蕩分散30min，即得本發明的漿料。該漿料在陶瓷基板上，用微噴裝置加工成所需圖案，採用程序升溫法，在25(TC下燒結lh，可得到導電圖案，電阻率為5.6X10—5Qcm，解析度可達40iim。實施例6將增稠劑充分溶解在溶劑中，並按比例加入分散齊U、流平齊IJ、觸變劑，配成載體相198g。該載體相中的組分及各組分的質量百分比見表1。將22g商業納米銀顆粒與上述198g載體相混合，先機械攪拌均勻，再在超聲波振蕩器中振蕩分散30min，即得本發明的漿料。該漿料在陶瓷基板上用微細筆直寫裝置直寫圖形，採用程序升溫法，20(TC下燒結1小時，可得導電圖案，其解析度可達70iim，電阻率約為7.8X10—5Qcm。實施例7，8，9，10的漿料的配置方法與上述實施例1-6的相類似，其載體相組分及各組分的質量百分比如表一所示；實施實例1-10的納米銀顆粒與載體相的質量及質量百分比如表二所示。表一各實例中載體相的組分及質量百分比tableseeoriginaldocumentpage6tableseeoriginaldocumentpage7以上所述為本發明的較佳實施例而已，但本發明不應該局限於該實施例所公開的內容。所以凡是不脫離本發明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發明保護的範圍。權利要求一種納米銀導電漿料，其特徵在於該導電漿料由導電功能相和載體相構成，其中，導電功能相為納米銀顆粒，其質量百分比為10～70％；載體相的組分及各組分在載體相中的質量分數分別為分散劑2～20％、流平劑5～20％、觸變劑0～10％和增稠劑2～20％，其餘為溶劑；所述納米銀顆粒為粒徑在1～100nm的銀顆粒；所述分散劑為司班一85、卵磷脂、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基磺酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉中的任一種；所述流平劑為醋酸丁基纖維素、有機矽油、乙二醇丁醚和聚丙烯酸中的任一種；所述觸變劑為鄰苯二甲酸二丁酯或氫化蓖麻油；所述增稠劑為乙基纖維素、丁基纖維素、羧甲基纖維素鈉、羥乙基纖維素和聚乙烯醇中的任一種或幾種；所述溶劑為松油醇、磷酸三丁酯、檸檬酸三丁酯、丁基苄必醇和蒸餾水中的至少一種。2.根據權利要求1所述的納米銀導電漿料，其特徵在於該納米銀導電漿料按照下述步驟配製將增稠劑充分溶解在溶劑中，並按比例加入分散齊U、流平齊U、觸變劑，配成載體相；再加入納米銀顆粒，機械攪拌，混合均勻，再在超聲振蕩器中超聲分散，使納米銀粒子均勻分散於載體相中，得到納米銀導電漿料。3.根據權利要求1所述的納米銀導電漿料，其特徵在於所述納米銀顆粒按照下述步驟製備(1)在攪拌下，向硝酸銀水溶液中加入絡合劑，形成硝酸銀的絡合物溶液，再向該絡合物溶液中加入表面活性劑，並調節pH值至912之間，得到均相溶液，該均相溶液中硝酸銀的總體濃度為5100g/L;所述絡合劑為溶於水的有機胺、氨水和乙二胺四乙酸二鈉鹽中的任一種或幾種，絡合劑的加入量為使加入過程中生成的沉澱剛好溶解的量；所述表面活性劑為C8C18的脂肪酸或脂肪酸鹽中的任一種或幾種，表面活性劑的用量在其臨界膠束濃度之上；(2)加大攪拌速度至300rpm以上，向上述均相溶液中逐滴滴加還原劑溶液，反應溫度控制在室溫；所述還原劑為硼氫化鈉、水合肼、甲醛和抗壞血酸中的任一種或幾種，其用量比按反應當量計算的量多0.012倍。(3)反應完成後，降低攪拌速度至300rpm以下，向步驟(2)得到的體系中加入磷酸，該磷酸的體積百分比濃度為1525%，用以調節體系的pH值為27;之後靜置，使納米銀顆粒析出，再進行分離，再用有機溶劑洗滌，再次分離，得到粒徑在小於50nm的"溼"納米銀顆粒；所述有機溶劑為甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、丙酮、乙酸乙酯中的任一種或幾種。全文摘要本發明提供了一種納米銀導電漿料，其中納米銀顆粒作為功能相，重量百分比為10-70％，其餘為載體相。將納米銀顆粒通過機械攪拌、超聲分散等方法，均勻分散於載體相中，即得納米銀導電漿料；將該漿料採用旋塗、絲網印刷、微細筆和微噴直寫等方法加工成型，採用程序升溫法，最高溫度在250℃以下熱處理，即可得到具有良好導電性(電阻率在10-5Ω·cm數量級)、高解析度(最大解析度30μm)的導電圖案。文檔編號H01B1/02GK101710497SQ20091027310公開日2010年5月19日申請日期2009年12月8日優先權日2009年12月8日發明者劉建國,曾曉雁,李祥友,王小葉申請人:華中科技大學