导电银浆的制备及用途性能研究

导电银浆的制备及用途性能研究潘宇镇（南京工业大学材料化学材化0801）摘要：随着电子技术的发展，对电子设备提出了轻、薄、多功能、智能化等技术要求，促使人们去开发更加先进价廉的电子元器件、电子线路板等制造技术。

导电银浆产品集冶金、化工和电子技术于一体，就是一种高技术的电子功能材料。

本文对银浆的制备、性能和用途进行了综述。

关键词：导电银浆；工艺制备；导电性能Conductive silver paste preparation and application performancePan Yuzhen（NJUT Chemistry of materials 0801）Abstract：With the development of electronic technology, electronic equipment to put out the light, thin, multi-functional, intelligent and other technical requirements, to make people more advanced development cheap electronic components, electronic circuit boards and other manufacturing technology. Conductive silver paste products metallurgical, chemical and electronic technology in one, is a kind of high technology electronic functional materials. The silver paste preparation, properties and applications are reviewed.Key words：Conductive silver paste；Process for the preparation of；Conductive property银浆系由高纯度的(99.9% )金属银的微粒、粘合剂、溶剂、助剂所组成的一种机械混和物的粘稠状的浆料。

导电银浆对其组成物质要求是十分严格的。

其品质的高低、含量的多少，以及形状、大小对银浆性能都有着密切关系。

下面就举出几个银浆的具体应用实例来帮助研究导电银浆。

一、环氧树脂–银粉复合导电银浆（印刷用）的制备导电银浆是以全印制电子技术制作印制电路板的关键材料。

此节研究了以环氧树脂为连结剂、自制超细银粉为填料、聚乙二醇等材料为添加剂的复合导电银浆配方及制备方法[1]。

研究获得的最佳配方为：w(银粉)为70%~80%，其他各组分之间的质量比ζ(环氧树脂∶四氢呋喃∶固化剂∶聚乙二醇)=1.00:(2.00~3.00):(0.20~0.30):(0.05~0.10)。

在最佳配方范围内，复合导电银浆室温固化后电阻率小于100Ω/cm，有机物挥发少，对环境友好，符合实际应用要求。

1.1原料的选取1.1.1导电填料与连结剂导电填料选金属银颗粒，它是导电银浆的主要成分，导电性主要靠它来实现。

在导电银浆中，银颗粒分散在连结剂中。

在印刷前，液状连结剂使银浆构成具有一定黏度的印料；印刷后，经过连结剂固化使银浆的微粒与基材间形成稳定结合。

连结剂采用E—44环氧树脂，当其与固化剂反应便可形成三维网状的热固性塑料，该环氧树脂具有在固化反应过程中收缩率小，固化物的粘结性、耐热性、耐化学药品性以及力学性能和电气性能优良的特点。

1.1.2稀释剂及添加剂导电银浆中的稀释剂用来溶解树脂，使导电微粒充分分散，并调节黏度和干燥速度。

所用稀释剂需要对环氧树脂具有良好溶解性，且不能与其他原料发生反应；其沸点过低，会因挥发过快造成黏度变化太大；沸点过高不易挥发，不利于银浆应用。

综合对比各种有机物与环氧树脂的相溶性及其沸点，采用四氢呋喃作稀释剂。

加入适当的活性添加剂可利于导电填料均匀分散于连结剂中，改善油墨的导电性。

对多种表面活性剂进行综合对比，选取聚乙二醇作为活性添加剂。

1.2超细银粉的制备1.2.1材料准备硝酸银、抗坏血酸（Vc）、氨水、乙二醇、去离子水（均为分析纯）1.2.2制备步骤①将适量硝酸银溶解于50 mL去离子水中，滴加氨水，当所产生的沉淀恰好完全溶解、溶液澄清时停止滴加，得到银氨溶液。

②在上述银氨溶液中加入50 mL乙二醇。

③按Vc:银离子摩尔比为1:2，Vc略微过量计算Vc用量，将Vc溶于50 mL 去离子水中，滴加入银氨–乙二醇溶液中，边滴加边搅拌。

④滴加完毕后分离出沉淀物，干燥，即得超细银粉。

将银粉保存于干燥器中待用。

对所制得超细银粉进行SEM、XRD测试,显示所得银粉为平均粒径约500 nm 的高纯、单分散球形超细银粉，可以用于导电银浆制备。

1.3导电银浆的制备称取一定量的环氧树脂于烧杯中，用胶头滴管滴加四氢呋喃入烧杯，滴加同时搅拌，当树脂完全溶解后停止滴加，称取自制超细银粉于烧杯中，搅拌均匀，取微量聚乙二醇加入到混合物中，搅拌均匀即得银浆。

1.4实验结果分析①银粉的含量：金属银粉在浆料中的含量直接决定银浆的导电性能。

银粉含量越高，银浆导电性越好；但如果银粉含量过高时会影响到银浆的流变性，不利于银浆的印刷。

实验发现，当w(银粉)高于80%时，再增加银粉对于导电性的提高并不十分显著，反而会极大地影响银浆的流变性，因此银粉质量分数在70%~80%为合适。

②稀释剂用量：稀释剂用量过小，对树脂的溶解速度慢且易使浆料黏性偏大；稀释剂用量过大，不利于其挥发和银浆固化。

在银浆制备中四氢呋喃会有一部分挥发掉，由实验结果可知，当环氧树脂与四氢呋喃质量比约为1∶(2~3)时银浆流变性较为理想。

③固化剂用量：固化剂用量少，固化时间会极大地延长甚至很难固化；固化剂用量过多会影响银浆的导电性且不利于操作。

实验采用E—44环氧树脂及其专用固化剂，当环氧树脂∶固化剂质量比为1.0∶(0.2~0.3)时，银浆可在数小时内固化且对于导电性影响较小。

④聚二乙醇用量：作为活性添加剂的聚乙二醇，只用加入很少量就可以显著改善银浆的印刷性质；而聚乙二醇用量太多会造成材料浪费且会降低银浆的导电性。

由实验测得环氧树脂∶聚乙二醇的质量比为 1.00∶(0.05~0.10)即可改善银浆导电性。

研究发现，以环氧树脂为连结剂，自制超细银粉为导电填料，聚乙二醇为添加剂，以一定比例在室温条件下制备得到性能良好的复合导电银浆。

该银浆具有能够室温固化，固化后线路的导电性能高，挥发性有机物少等特点，可应用于全印制电子技术之中。

二、无铅银浆烧结工艺与导电性能研究本节制备了无铅低温玻璃粉，将其与银粉和有机载体混合配制成无铅导电银浆并烧结。

通过SEM和EDX观察浆料烧结银膜的形貌并进行成分分析，用四探针测试仪测量烧结银膜的电阻率，讨论了浆料成分配比、烧结时间、烧结温度等方面对银膜导电性能的影响。

2.1实验2.1.1无铅玻璃粉的制备低熔点玻璃在电真空、微电子技术、介质材料、激光和红外技术等领域获得了广泛的应用。

以前低熔点玻璃以含铅玻璃[质量分数w(PbO)>50%]为主，毒性较强，现逐渐被无铅系玻璃所取代。

在元素周期表中，因为铅和铋为相邻元素，同属第6周期的p区，有相似的性质，且两种玻璃在黏度、玻璃转变温度θg、热膨胀系数等方面比较相似，所以目前铋系玻璃是含铅玻璃的最佳替代品。

2.1.2有机载体的制备将有机物按组分比例称量、混合，并放入恒温水浴锅中充分搅拌，即得有机无铅导电浆料由功能相、粘结相和有机载体三部分组成。

功能相起导热、导电作用，采用质量分数为99.95%的球状银粉，平均粒径在2.0μm左右。

玻璃粉起粘结作用，它与银粉形成网络状组织，并调节浆料的热膨胀系数，同时满足与电极和基板粘结强度的要求。

有机载体的添加是为了通过丝网印刷，使浆料和基板形成预连接，然后有机载体在加热时挥发掉。

有机载体的性质、成分和含量将影响浆料的触变性和流平性。

2.1.4浆料的丝网印刷及烧结浆料通过丝网印刷在规格为75 mm×25 mm的厚约2 mm石英基板上形成厚膜电极，所用丝网为45μm(325目)不锈钢丝网。

印刷完毕后，将基板放置于水平台面，待浆料自然淌平，随后放于干燥箱中于120℃干燥15 min去除有机载体。

最后将基板放于烧结炉中，升温速率10℃/min，峰值烧结温度为540~640℃，达到烧结峰值温度后保温一段时间，然后取出冷却，冷却后的基板表面将形成连续致密烧结银膜。

浆料烧结银膜通过SEM观察其微观形貌，通过SZ—82数字式四探针测试仪测其表面电阻率。

用NDJ—97型黏度计测试有机载体及浆料的黏度，按照标准GB/T17473.4—2008测试烧结银膜的附着力，按照标准GB/T17473.7—1998测量烧结银膜的焊接性能。

2.2结果讨论2.2.1浆料成分对浆料电性能的影响浆料中的各组分对烧结膜电性能都有不同的作用。

当玻璃粉含量不变时，电阻率在一定范围内随着银粉的含量逐渐增加而降低。

因为银是良导体。

但是文献[2-4]表明，当银粉含量过大时，电阻率反而升高。

因为银粉含量过大，玻璃粉含量不变，即浆料的固体含量过大，有机载体含量过低，那么浆料的黏度过大，流平性差，丝网印刷时，不易形成连续致密的银膜，故电阻率过大。

当银粉含量不变时，电阻率在一定范围内随着玻璃粉含量的逐渐增加，电阻率逐渐升高，导电性能越差。

在浆料烧结过程中，随着温度升高，玻璃粉熔融，由于毛细作用浸润并包裹银颗粒，银粉以银离子的形式溶解在熔融的玻璃相中[3]。

当浆料中的玻璃粉含量很少时，银粉由于缺少液相而不能铺展在基板上，银粒子倾向于沿垂直方向生长，导致银粒子之间的接触变差[4]；当玻璃粉含量增加到某一值时，玻璃粉能够有效润湿银粉，使银粉充分铺展在基板上，银粒子沿水平方向生长，银粒子的接触更加紧密，能够有效形成导电网络。

但文献[4]表明，当玻璃粉含量继续增加，多余的玻璃粉就会聚集在表面上，导致电性能下降，电阻率增加。

同时，当玻璃粉含量过高时，有机载体的含量就越低，有机载体的含量直接影响到浆料的黏度，有机载体的含量越低，浆料的黏度越高，在印刷的过程中，浆料的流平性很差，不利于浆料分布均匀，银粉与玻璃粉容易成团聚态。

2.2.2保温时间对电阻率的影响当保温时间过长时，玻璃粉过早进入软化状态，并且长时间的软化态玻璃会沉积于基板与银膜之间，而与银膜中的银粒子相脱离，导致银膜出现大量空洞，电阻率升高，导电性能较差。

长时间较高温度的保温会导致银膜的氧化，这也是导致电阻率升高，导电性能降低的原因。

2.2.3烧结峰值温度对电阻率的影响当烧结温度过高时，玻璃发生析晶，由于晶体不具备玻璃相的黏度和润湿性，玻璃粉未能起到包裹银粉并软化铺展作用，银粉颗粒之间由于缺乏玻璃粉的粘结作用而不能形成良好连接，烧结膜出现较多孔洞，导电性能较差。