CN109935380A - 一种ain厚膜电路用导电银浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种AIN厚膜电路用导电银浆，主要应用于封装陶瓷基板的金属化，属于微电子封装领域。包括银粉占60％～75％；玻璃粉占1％～5％；有机载体占25％～30％；所述的无铅玻璃粉的组成及含量为20％～30％的ZnO,55％～70％的B₂O₃和10％～25％的SiO₂，该玻璃体系的软化温度较低，粘度较低，与浆料中固相粒子的润湿性较好，与陶瓷基板的润湿角较小，符合电子浆料的性能要求。本发明可适用于AlN陶瓷、Al₂O₃陶瓷和玻璃陶瓷等多种陶瓷基板以及厚膜多层电路，与基板具有良好的兼容性。在浆料中添加纳米CuO活性助剂，以此来提高其导电性能和附着力，且浆料中无铅，无镉等有害物质，环保无污染，制备工艺简单，适合推广应用。

Description

一种AIN厚膜电路用导电银浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种AIN厚膜电路用导电银浆，主要应用于封装陶瓷基板的金属化，属于微电子封装领域。

背景技术

在如今电子信息技术快速发展的时代，厚膜浆料作为一种基本的电子材料，由于其具有导电性、磁性和电阻而广泛应用于印制电路板，集成电路以及芯片封装等领域。导电浆料是其中应用最多的一种浆料，它还可以制备如射频识别(Rfid)标签、智能卡和面板显示器等印刷电子产品。厚膜导电浆料一般是由微米级、亚微米级和纳米级的固相粒子与有机载体通过球磨或者三辊轧制的方式制备的均匀膏状物。封装陶瓷基板的金属化是使其能应用于电子器件中的重要环节。目前普遍的导电银浆是适用于氧化铝陶瓷基板的，但氮化铝具有更高的导热性、强度以及与Si相匹配的热膨胀系数。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种AIN厚膜电路用导电银浆。

本发明为解决第一目的所采用的技术方案为：一种AIN厚膜电路用导电银浆，银浆组分按重要百分比计，包括银粉占60％～75％；玻璃粉占1％～5％；有机载体占25％～30％；无机添加剂占1％～5％。

具体的所述银粉为70％微米银粉；玻璃粉为3％；有机载体为27％。

所述银粉为微米级银粉，平均粒径为3～5um，形态不限；纳米银粉的平均粒径为50nm，形貌为近球形；片状银粉的平均粒径为3～6um的一种或者多种。

所述玻璃粉为Zn-B-Si系氧化物组合物通过熔融冷却法制得，其各组分的重量百分比为：20％～30％ZnO，55％～70％B₂O₃，10％～25％SiO₂，球磨后过325目筛网，平均粒径d50为2～3um。

具体的所述ZnO具体为30％，B₂O₃具体为60％，SiO₂具体为10％。

所述有机载体为松油醇-乙基纤维素体系的有机混合物，其组成成分包括溶剂为松油醇、二乙二醇丁醚醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯，增稠剂为乙基纤维素，触变剂为蓖麻油，表面活性剂为聚乙二醇、三乙醇胺中的一种。

具体的所述松油醇为62％，邻苯二甲酸二丁酯为5％，二乙二醇丁醚醋酸酯为22％，蓖麻油为4％，三乙醇胺为2％，乙基纤维素为5％；

所述银浆组分还包括无机添加剂占1％～5％。

所述无机添加剂为纳米级CuO粉末。

具体作为一种实施方式，所述银粉为67％微米银粉；玻璃粉为3％；有机载体为27％，无机添加剂CuO为3％。

本发明的第二目的是提供一种AIN厚膜电路用导电银浆的制备方法，其具体步骤为：

1)玻璃粉的制备

将30％的ZnO，60％的B₂O₃，10％的SiO₂球磨混合均匀后放入升降炉中，烧结峰值温度为1300～1350℃，保温2h，随后将熔融后的玻璃粉混合物倒入去离子水中进行淬火，球磨后过325目筛网至玻璃粉粒径2～3um，测得的该玻璃粉的软化温度为500～600℃，热膨胀系数为6×10^-6～8×10^-6/K；

2)有机载体的制备

将乙基纤维素加入到松油醇、二乙二醇丁醚醋酸酯和邻苯二甲酸二丁酯的混合溶剂中，加热到90℃水浴搅拌，待其全部溶解后加入蓖麻油和三乙醇胺，继续加热搅拌1～2h，制得均匀的有机载体；

3)导电银浆的制备

首先将银粉、玻璃粉和添加剂以无水乙醇为介质球磨混合均匀，然后将有机载体加入到混合粉体中搅拌均匀，反复研磨，最后除泡制得细度为10um以下，粘度在100～300Pa·s的导电银浆。

上述具体的所述松油醇为62％，邻苯二甲酸二丁酯为5％，二乙二醇丁醚醋酸酯为22％，蓖麻油为4％，三乙醇胺为2％，乙基纤维素为5％；

此外，本发明中的银浆同样适用于氧化铝等陶瓷基板。

本发明的有益效果：

本发明采用简单的锌硼硅玻璃体系，减少了其他元素的引入，避免了玻璃产生过多的析晶，由于锌元素会与氮化铝、氧化铝发生化学反应，增大了其与基板的粘结强度，且无气泡产生，具有良好的兼容性。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术内容，下面结合具体实例作进一步的说明。

实施例1

一种AIN厚膜电路用导电银浆及其制备方法，导电银浆由银粉、玻璃粉、有机载体和添加剂混合配制而成。上述各组分的重量百分比如下：70％微米银粉，3％玻璃粉，27％有机载体；其中玻璃粉中各组分所占摩尔百分比为：30％ZnO,60％B₂O₃,10％SiO₂，有机载体中各组分所占重量百分比为：62％松油醇，5％邻苯二甲酸二丁酯，22％二乙二醇丁醚醋酸酯，4％蓖麻油，2％三乙醇胺，5％乙基纤维素。

实施例1的AIN厚膜导电银浆包含以下步骤：

1)玻璃粉的制备：按以下摩尔百分比称取原料：30％ZnO,60％B₂O₃,10％SiO₂，球磨混合均匀后放入升降炉中，烧结峰值温度为1300～1350℃，保温2h，随后将熔融后的玻璃粉混合物倒入去离子水中进行淬火，球磨后过325目筛网至玻璃粉粒径2～3um。

2)有机载体的制备：将1g的乙基纤维素溶于12.4g松油醇，1g邻苯二甲酸二丁酯和4.4g二乙二醇丁醚醋酸酯中，水浴加热至90℃，搅拌待其全部溶解后，再加入0.8g蓖麻油和0.4g三乙醇胺继续加热搅拌至均匀澄清的有机载体。

3)导电银浆的制备：将上述银浆组成成分的重量百分比称重，首先将银粉、玻璃粉以无水乙醇为介质低速球磨混合均匀，然后将有机载体加入到混合粉体中搅拌均匀，反复研磨，最后除泡制得细度为10um以下的导电银浆。

将制得的导电银浆通过丝网印刷的方式印刷到24×24mm和6×8mm的氮化铝基板上，利用微焊点强度测试仪和四方探针测其剪切强度和表面方阻。

实施例2

一种AIN厚膜电路用导电银浆及其制备方法，导电银浆一般由银粉、玻璃粉、有机载体和添加剂混合配制而成。上述各组分的重量百分比如下：67％微米银粉，3％玻璃粉，27％有机载体，3％CuO；其中玻璃粉中各组分所占摩尔百分比为：30％ZnO,60％B₂O₃,10％SiO₂，有机载体中各组分所占重量百分比为：62％松油醇，5％邻苯二甲酸二丁酯，22％二乙二醇丁醚醋酸酯，4％蓖麻油，2％三乙醇胺，5％乙基纤维素。

实施例2的AIN厚膜导电银浆包含以下步骤：

1)玻璃粉的制备：按以下摩尔百分比称取原料：30％ZnO,60％B₂O₃,10％SiO₂，球磨混合均匀后放入升降炉中，烧结峰值温度为1300～1350℃，保温2h，随后将熔融后的玻璃粉混合物倒入去离子水中进行淬火，球磨后过325目筛网至玻璃粉粒径2～3um。

2)有机载体的制备：将1g的乙基纤维素溶于12.4g松油醇，1g邻苯二甲酸二丁酯和4.4g二乙二醇丁醚醋酸酯中，水浴加热至90℃，搅拌待其全部溶解后，再加入0.8g蓖麻油和0.4g三乙醇胺继续加热搅拌至均匀澄清的有机载体。

3)导电银浆的制备：将上述银浆组成成分的重量百分比称重，首先将银粉、玻璃粉和氧化铜粉以无水乙醇为介质低速球磨混合均匀，然后将有机载体加入到混合粉体中搅拌均匀，反复研磨，最后除泡制得细度为10um以下的导电银浆。

将制得的导电银浆通过丝网印刷的方式印刷到24×24mm和6×8mm的氮化铝基板上，利用微焊点强度测试仪和四方探针测其剪切强度和表面方阻。

实施例3

一种AIN厚膜电路用导电银浆及其制备方法，导电银浆一般由银粉、玻璃粉、有机载体和添加剂混合配制而成。上述各组分的重量百分比如下：70％银粉，3％玻璃粉，27％有机载体；其中银粉包含86％的微米银粉和14％的纳米银粉，玻璃粉中各组分所占摩尔百分比为：30％ZnO,60％B₂O₃,10％SiO₂，有机载体中各组分所占重量百分比为：62％松油醇，5％邻苯二甲酸二丁酯，22％二乙二醇丁醚醋酸酯，4％蓖麻油，2％三乙醇胺，5％乙基纤维素。

实施例3的AIN厚膜导电银浆包含以下步骤：

1)玻璃粉的制备：按以下摩尔百分比称取原料：30％ZnO,60％B₂O₃,10％SiO₂，球磨混合均匀后放入升降炉中，烧结峰值温度为1300～1350℃，保温2h，随后将熔融后的玻璃粉混合物倒入去离子水中进行淬火，球磨后过325目筛网至玻璃粉粒径2～3um。

2)有机载体的制备：将1g的乙基纤维素溶于12.4g松油醇，1g邻苯二甲酸二丁酯和4.4g二乙二醇丁醚醋酸酯中，水浴加热至90℃，搅拌待其全部溶解后，再加入0.8g蓖麻油和0.4g三乙醇胺继续加热搅拌至均匀澄清的有机载体。

3)导电银浆的制备：将上述银浆组成成分的重量百分比称重，首先将银粉、玻璃粉以无水乙醇为介质低速球磨混合均匀，然后将有机载体加入到混合粉体中搅拌均匀，反复研磨，最后除泡制得细度为10um以下的导电银浆。

将制得的导电银浆通过丝网印刷的方式印刷到24×24mm和6×8mm的氮化铝基板上，利用微焊点强度测试仪和四方探针测其剪切强度和表面方阻。

实施例4

一种AIN厚膜电路用导电银浆及其制备方法，导电银浆一般由银粉、玻璃粉、有机载体和添加剂混合配制而成。上述各组分的重量百分比如下：70％银粉，3％玻璃粉，27％有机载体；其中银粉包含29％的微米银粉和71％的片状银粉，玻璃粉中各组分所占摩尔百分比为：30％ZnO,60％B₂O₃,10％SiO₂，有机载体中各组分所占重量百分比为：62％松油醇，5％邻苯二甲酸二丁酯，22％二乙二醇丁醚醋酸酯，4％蓖麻油，2％三乙醇胺，5％乙基纤维素。

实施例4的AIN厚膜导电银浆包含以下步骤：

1)玻璃粉的制备：按以下摩尔百分比称取原料：30％ZnO,60％B₂O₃,10％SiO₂，球磨混合均匀后放入升降炉中，烧结峰值温度为1300～1350℃，保温2h，随后将熔融后的玻璃粉混合物倒入去离子水中进行淬火，球磨后过325目筛网至玻璃粉粒径2～3um。

2)有机载体的制备：将1g的乙基纤维素溶于12.4g松油醇，1g邻苯二甲酸二丁酯和4.4g二乙二醇丁醚醋酸酯中，水浴加热至90℃，搅拌待其全部溶解后，再加入0.8g蓖麻油和0.4g三乙醇胺继续加热搅拌至均匀澄清的有机载体。

3)导电银浆的制备：将上述银浆组成成分的重量百分比称重，首先将银粉、玻璃粉以无水乙醇为介质低速球磨混合均匀，然后将有机载体加入到混合粉体中搅拌均匀，反复研磨，最后除泡制得细度为10um以下的导电银浆。

将制得的导电银浆通过丝网印刷的方式印刷到24×24mm和6×8mm的氮化铝基板上，利用微焊点强度测试仪和四方探针测其剪切强度和表面方阻。

以上实例中导电浆料性能测试结果见表1。

表1

以上所述实例仅为本实验的优选实例，并不限制本发明，本领域的技术人员可对其进行相关的改动和变化。在不脱离本发明的精神原则之内，在其他实例中也可以实现。本发明将不会限制于本文的实例，而是要符合本文所公开的新颖的想法和原理的最宽范围。

Claims (10)

1.一种AIN厚膜电路用导电银浆，其特征在于：银浆组分按重要百分比计，包括银粉占60％～75％；玻璃粉占1％～5％；有机载体占25％～30％。

2.根据权利要求1所述的一种AIN厚膜电路用导电银浆，其特征在于：所述银粉为70％微米银粉；玻璃粉为3％；有机载体为27％。

3.根据权利要求1所述的一种AIN厚膜电路用导电银浆，其特征在于：所述银粉为微米级银粉，平均粒径为3～5um；纳米银粉的平均粒径为50nm，形貌为近球形；片状银粉的平均粒径为3～6um的一种或者多种。

4.根据权利要求1所述的一种AIN厚膜电路用导电银浆，其特征在于：所述玻璃粉为Zn-B-Si系氧化物组合物通过熔融冷却法制得，其各组分的重量百分比为：20％～30％ZnO，55％～70％B₂O₃，10％～25％SiO₂，球磨后过325目筛网，平均粒径d50为2～3um。

5.根据权利要求4所述的一种AIN厚膜电路用导电银浆，其特征在于：所述ZnO具体为30％，B₂O₃具体为60％，SiO₂具体为10％。

6.根据权利要求1所述的一种AIN厚膜电路用导电银浆，其特征在于：所述有机载体为松油醇-乙基纤维素体系的有机混合物，其组成成分包括溶剂为松油醇、二乙二醇丁醚醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯，增稠剂为乙基纤维素，触变剂为蓖麻油，表面活性剂为聚乙二醇、三乙醇胺中的一种。

7.根据权利要求6所述的一种AIN厚膜电路用导电银浆，其特征在于：所述松油醇为62％，邻苯二甲酸二丁酯为5％，二乙二醇丁醚醋酸酯为22％，蓖麻油为4％，三乙醇胺为2％，乙基纤维素为5％。

8.根据权利要求1所述的一种厚膜电路用导电银浆，其特征在于：银浆组分还包括无机添加剂占1％～5％，所述无机添加剂为纳米级CuO粉末。

9.根据权利要求8所述的一种AIN厚膜电路用导电银浆，其特征在于：银粉为67％微米银粉；玻璃粉为3％；有机载体为27％，无机添加剂CuO为3％。

10.根据权利要求1所述的一种AIN厚膜电路用导电银浆，其特征在于：其具体制备方法为：

1)玻璃粉的制备

将30％的ZnO，60％的B₂O₃，10％的SiO₂球磨混合均匀后放入升降炉中，烧结峰值温度为1300～1350℃，保温2h，随后将熔融后的玻璃粉混合物倒入去离子水中进行淬火，球磨后过325目筛网至玻璃粉粒径2～3um，测得的该玻璃粉的软化温度为500～600℃，热膨胀系数为6×10^-6～8×10^-6/K；

2)有机载体的制备

将乙基纤维素加入到松油醇、二乙二醇丁醚醋酸酯和邻苯二甲酸二丁酯的混合溶剂中，加热到90℃水浴搅拌，待其全部溶解后加入蓖麻油和三乙醇胺，继续加热搅拌1～2h，制得均匀的有机载体；

3)导电银浆的制备

首先将银粉、玻璃粉和添加剂以无水乙醇为介质球磨混合均匀，然后将有机载体加入到混合粉体中搅拌均匀，反复研磨，最后除泡制得细度为10um以下，粘度在100～300Pa·s的导电银浆。