銀粉對(duì)導(dǎo)電銀漿表面微結(jié)構(gòu)及導(dǎo)電性能的影響實(shí)踐

薛紅俊，孫茹，嚴(yán)皓梁，邢陳陳

（1.無(wú)錫市清之源環(huán)境服務(wù)有限責(zé)任公司，江蘇 無(wú)錫 214135：2.京瓷（無(wú)錫）電子材料有限公司，江蘇 無(wú)錫 214135）

0 引言

導(dǎo)電銀漿作為電子產(chǎn)業(yè)的重要加工材料在近年來(lái)受到越來(lái)越多的關(guān)注，其相關(guān)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用也越來(lái)越普遍。以金屬銀粉為主要填料，高分子樹(shù)脂為輔料，再加上其它助劑是導(dǎo)電銀漿的常用配方。銀粉顆粒在燒結(jié)的過(guò)程中相互融合形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，因此銀漿固化膜的導(dǎo)電性能與銀漿燒結(jié)后網(wǎng)絡(luò)的致密性息息相關(guān)[1]。為了提升銀漿導(dǎo)電性能，對(duì)不同銀粉條件下銀漿固化膜微觀結(jié)構(gòu)情況及導(dǎo)電性情況進(jìn)行試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)

試驗(yàn)中所用的銀粉包括以下四種型號(hào)：

1#銀粉：顆粒粒徑0.55μm，振實(shí)密度3.81g/cm3，比表面積1.44m2/g。

2#銀粉：顆粒粒徑0.95μm，振實(shí)密度3.01g/cm3，比表面積1.67m2/g。

3#銀粉：顆粒粒徑1.35μm，振實(shí)密度5.61g/cm3，比表面積1.51m2/g。

4#銀粉：顆粒粒徑1.65μm，振實(shí)密度2.31g/cm3，比表面積1.39m2/g。

試驗(yàn)中，混合銀粉導(dǎo)電銀漿中銀粉占比為80%，有機(jī)助劑配比占15%，玻璃粉占比5%。導(dǎo)電銀漿的制備主要流程如下：銀粉、玻璃粉、有機(jī)助劑混合均勻→研磨（顆粒細(xì)度低于5μm）→脫泡→導(dǎo)電銀漿（黏度在200～230Pa?s范圍內(nèi)）。先將導(dǎo)電銀漿印刷在氧化鋁陶瓷板上，印刷絲網(wǎng)目數(shù)250，印刷靜置時(shí)間10min，待銀漿溜平后將其置于烘箱內(nèi)烘干，溫度設(shè)置150℃，烘干時(shí)間10min。印刷膜層烘干透徹之后將其放入燒結(jié)爐內(nèi)，燒結(jié)溫度850℃，燒結(jié)時(shí)間10min。燒結(jié)完畢后自然冷卻，得到導(dǎo)電銀漿固化膜樣品[2]。對(duì)制得的試驗(yàn)樣品進(jìn)行導(dǎo)電性能測(cè)試。采用掃描電鏡對(duì)固化膜表面微觀形貌進(jìn)行觀察分析，采用探針儀檢測(cè)固化膜樣品方阻大小，采用拉力測(cè)試儀對(duì)銀漿固化膜附著力機(jī)械進(jìn)行檢測(cè)。

2 結(jié)果

1#、2#、3#、4#銀粉在掃描電鏡下的微觀形貌如圖1所示。

圖1 四種型號(hào)銀粉掃描電鏡圖

從銀粉掃描電鏡圖中可以得到明顯的銀粉微觀形態(tài)，1#銀粉顆粒形狀不規(guī)則，存在少量團(tuán)聚，粒徑分布較寬；2#銀粉顆粒形狀不規(guī)則，有少量團(tuán)聚，粒徑分布比1#銀粉顆粒稍微均勻；3#銀粉顆粒形狀規(guī)則，呈球形，大小尺寸沒(méi)有較明顯差距，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)團(tuán)聚，顆粒分散性好；4#銀粉顆粒形狀不規(guī)則，粒徑分布間距寬，有少量團(tuán)聚。

上述四種不同類型的銀粉分布作為原料制備導(dǎo)電銀漿，然后對(duì)燒結(jié)后的固化膜進(jìn)行導(dǎo)電性能測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同類型銀粉固化膜層導(dǎo)電方阻測(cè)試結(jié)果

根據(jù)表1中的方阻測(cè)試結(jié)果可知，不同類型的銀粉會(huì)對(duì)導(dǎo)電銀漿導(dǎo)電性能帶來(lái)影響。4#銀粉導(dǎo)電銀漿固化膜層方阻均值7.4mΩ，在四種銀粉類型中其導(dǎo)性最差；3#銀粉導(dǎo)電銀漿固化膜層方阻均值為3.2mΩ，是四種銀粉中導(dǎo)電性最好的；1#和2#銀粉導(dǎo)電性一般。結(jié)合圖1中四種類型銀粉的微觀形貌特點(diǎn)分析，3#銀粉顆粒分散性最好，顆粒大小更加一致，在燒結(jié)過(guò)程中銀粉顆粒之間接觸性良好，有利于熱量和物質(zhì)相互傳遞，得到致密的燒結(jié)效果，最終表現(xiàn)出固化膜層導(dǎo)電性最佳[3]。4#銀粉顆粒形狀不規(guī)則，銀粉顆粒之間間隙較多容易形成孔洞，燒結(jié)的過(guò)程中銀粉顆粒之間接觸性差，不利于熱量和物質(zhì)相互傳遞，因此燒結(jié)致密性差，固化膜層方阻最大，導(dǎo)電性能不佳。對(duì)3#、4#銀粉燒結(jié)固化膜進(jìn)行電鏡掃描，得到更加直觀的微觀形貌對(duì)比結(jié)果，如圖2所示。

圖2 銀粉固化膜掃描電鏡圖

銀粉固化膜導(dǎo)電性與銀漿燒結(jié)致密性息息相關(guān)，在單一銀粉的基礎(chǔ)上添加玻璃粉和有機(jī)助劑，試驗(yàn)增加配方后的混合銀粉在燒結(jié)活性以及固化膜導(dǎo)電性能上是否發(fā)生變化。以3#銀粉為基礎(chǔ)原料，銀粉顆粒呈球形且粒徑均值為50nm。保持銀粉：玻璃粉：有機(jī)助劑質(zhì)量配比為80%：5%：15%不變，調(diào)整普通銀粉和納米銀粉的質(zhì)量比例（72%：8%；74%：6%；76%：4%；78%：2%），分別進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)不同銀粉質(zhì)量配比情況下銀漿固化膜方阻進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當(dāng)普通銀粉和納米銀粉的質(zhì)量比為78%：2%時(shí)，銀漿固化膜方阻值最大為3.21mΩ；當(dāng)普通銀粉和納米銀粉的質(zhì)量比為76%：4%時(shí)，銀漿固化膜方阻值為2.91mΩ；當(dāng)普通銀粉和納米銀粉的質(zhì)量比為74%：6%時(shí)，銀漿固化膜方阻值最低為2.11mΩ；而當(dāng)普通銀粉和納米銀粉的質(zhì)量比為72%：8%時(shí)，銀漿固化膜方阻值為3.01mΩ，有所增加。根據(jù)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行分析，在一定范圍內(nèi)增加納米銀粉質(zhì)量比有利于降低固化膜方阻，隨著納米銀粉加入量增多，反而不利于固化膜導(dǎo)電性?？赡艿脑蚴羌{米銀粉增多提高了銀粉團(tuán)聚性，使銀粉孔隙率降低，當(dāng)超過(guò)銀粉孔隙率臨界值后，電子在銀漿固化膜運(yùn)行的接觸電阻和隧穿電阻增大，對(duì)導(dǎo)電性能反而帶來(lái)不利影響[4-5]。對(duì)不同混合銀粉燒結(jié)固化膜進(jìn)行電鏡掃描，如圖3所示。

圖3 不同混合銀粉固化膜掃描電鏡圖

3 結(jié)語(yǔ)

不同類型的銀粉對(duì)銀漿固化膜導(dǎo)電性能有影響，銀粉顆粒粒徑一致性越高，分散性越好的銀粉對(duì)銀漿固化膜導(dǎo)電性能有利。在普通銀粉中加入納米銀粉，通過(guò)調(diào)節(jié)銀粉加入比例可以進(jìn)一步改善銀粉固化膜導(dǎo)電性能。實(shí)際生產(chǎn)中可以通過(guò)改善配備發(fā)揮出銀粉顆粒之間最佳的接觸和傳質(zhì)效應(yīng)，提升導(dǎo)電膜性能和燒結(jié)外觀。