导电铜浆的制备及其图案印刷烧结性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:eadead1981
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随着印刷电子技术的发展,可印刷导电浆料受到广泛的关注。目前,多采用导电性、烧结性良好的银作为导电浆料的导电相。但银的价格高、抗电迁移性差限制了其在工业以及关键元器件中的应用。铜的导电性接近于银,价格仅为银的1/16,并且抗电迁移性好,是代替银的最佳选择。本课题旨在制备用于陶瓷基板金属化的高导电性、高附着强度的导电铜浆料,以代替贵金属导电浆料。本课题主要为导电铜浆的制备及其印刷图案烧结性研究。导电铜浆的制备包括玻璃料的制备、铜粉的甲酸处理、有机载体的制备。玻璃料是使用传统的熔融-淬火的方法制备,并使用DSC测试其玻璃化转变温度为360°C,析晶温度531°C。为了进一步研究玻璃料的烧结性能,将玻璃料配成玻璃膏,通过钢网印刷在Al2O3陶瓷基板上,在不同的温度下烧结。通过分析,可以发现玻璃在烧结过程中析晶生成Bi2B4O9,并与Al2O3发生反应,生成ZnAl2O4,有助于提高与基板的结合强度。同时,将玻璃膏印刷在铜片上,发现Cu将玻璃中的Bi还原出来生成了单质Bi。本课题对微米铜粉进行了甲酸清洗预处理,并对甲酸处理前后的铜微米颗粒进行XPS、TEM表征,确定清洗之后的铜颗粒表面的氧化物清除干净,并在表面生成了一层Cu(COOH)2。有机载体选用松油醇-乙基纤维素体系,并加入其他成分调节性能。通过对烧结导电厚膜的组织形貌观察、电阻率、剪切强度的测试,分析了玻璃料含量和烧结工艺对导电铜浆烧结性的影响,并对烧结导电厚膜的结构进行分析。研究发现,玻璃料用于导电铜浆可促进铜微米颗粒的烧结,且烧结导电厚膜的致密度和剪切强度随玻璃料含量的增加而提高。同时,烧结导电厚膜的电阻率随致密度的提高而下降,但过量的玻璃料降低其导电性。烧结温度低于650°C时,烧结导电厚膜的综合性能随着温度的升高逐步提高。烧结温度继续升高,厚膜中产生收缩孔洞,且氧化情况加重,导致导电性能下降。同时玻璃析晶程度更大,使玻璃本身的力学性能下降,且烧结过程中生成的单质Bi增多,导致烧结导电厚膜的力学性能下降。进行真空烧结时玻璃在烧结温度下发生沸腾,润湿性变差,进而影响致密化过程,导致烧结导电厚膜的导电性能和力学性能不如Ar气氛中获得的烧结导电厚膜。当玻璃料含量为10 wt.%,Ar气氛下,650°C烧结20 min,获得的铜膜综合性能优异,电阻率为3.38μΩ·cm,剪切强度为35.24MPa。
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