无铅导电银浆的制备及其烧结工艺的研究

采用熔融冷却法制备了Bi2O3-SiO2-B2O3-ZnO系无铅低熔玻璃粉,固定浆料配比及制备工艺,将无铅玻璃粉、自制银粉和有机载体混合,经三辊碾磨机轧制成无铅导电银浆料。银浆料通过丝网印刷法印刷在玻璃基体上,在指定温度下保温烧结。采用XRD、DTA和SEM等手段分析了成分变化对无铅低熔玻璃粉软化温度和析晶温度的影响;采用差热分析法(TG、DTA)、SEM、四探针法、焊接法等研究了烧结温度和保温时间对烧成银膜导电性和附着力的影响。结果表明:无铅低熔玻璃粉中n(Bi3+)∶n(Si4+)∶n(B3+)∶n(Zn2+)=40∶20∶30∶10,银浆料的最佳烧结温度为700℃,最佳保温时间为15 min。

银粉形貌及粒径对无铅导电银浆性能的影响

通过银粉的不同形貌、粒径以及级配研究其对无铅导电银浆烧结后膜层的电阻率和附着力的影响。选取了平均粒径为0.50,0.91,2.09,3.36μm的球形银粉和4.3μm的片状银粉,首先将5种银粉各自制备成无铅导电银浆,选出银浆性能最优的银粉,再将此银粉搭配纳米级银粉和片状银粉制备无铅导电银浆。通过扫描电子显微镜(SEM)观察浆料烧结银膜的形貌,用四探针测试仪测量烧结银膜的电阻率,通过拉伸试验测试烧结银膜的附着力,讨论了银粉形貌及粒径对无铅导电银浆烧结膜附着力和电阻率的影响。结果表明,当为纯球形银粉或片状银粉时,球形银粉制备的银浆电阻率和附着力最优,且球形银粉粒径为0.91μm时最优,电阻率为33.3μΩ·cm,附着力为3.193 N;添加纳米级银粉能改善银浆的电性能,在添加量为4%时最优,电阻率为30.9μΩ·cm,附着力为3.253 N;添加片状银粉的含量在8%时最优,电阻率为27.7μΩ·cm,附着力为3.478 N。

无铅银导电浆料

以银粉、低熔无铅玻璃和乙基纤维素松油醇溶液制备了无铅银导电浆料。根据浆料中玻璃粉含量对烧结膜表面电阻、威氏硬度和附着力的影响结果,提出了银导电浆料的配方,测定研究了浆料的流变性。用玻璃转变温度为488℃、含量为5%（质量）的无铅低熔玻璃配制的浆料在540-590℃之间任一温度烧结后,外观致密光洁;膜厚为（15±3）μm时,表面方阻为2.3×10-3Ω/mm2,威氏硬度为61MPa,与玻璃基片的附着力为28.5MPa。

无铅玻璃粉及硅基银导电浆料的制备

为了解无铅玻璃粉中各组分含量对玻璃粉性能的影响,采用正交实验法对各组分含量进行筛选,得到流动性为32.80 mm、转变温度为446℃的性能较好的无铅低熔玻璃粉,其组成为:w(Bi2O3)62.7%、w(B2O3)18.8%、w(ZnO)1.5%、w(碳族氧化物A)6.0%、w(碳族氧化物D)8.0%。以该玻璃粉与银粉和乙基纤维素松油醇溶液配制银导电浆料,在多晶硅片上经720℃烧渗。结果表明,得到的银层表面光洁,厚为(15±3)μm时,方阻为4.2×10–3Ω/mm2,附着力为4 N,能满足硅基电子元器件的使用要求。

银粉粒径及形貌搭配对无铅导体浆料性能的影响

从银粉的不同粒径级配与形貌搭配方面考察其对无铅导体银浆烧结后膜层的电阻率、附着力的影响。选取了平均粒径分别为0.1,0.4,1μm的球形银粉以及平均粒径为3~6μm的片状银粉,首先将3种粒径的球形银粉按不同比例的搭配得到3种球形银粉最紧密堆积的最佳比例,然后根据Dinger-Funk粉体堆积原理进行验证,最后再与片状银粉搭配制得导电银浆。实验结果表明,在大颗粒间填充小颗粒能增加粉体堆积的致密度,从而明显降低烧结后膜层的方阻,同时通过在片状银粉之间空隙填充这种致密度好的球形混合银粉颗粒,比单纯使用片状银粉制得的银膜层方阻更低。通过本次实验制得的银膜外表致密光洁,可焊性、耐焊性良好,方阻为3.78 m?/□、附着力>40 N/mm^2。