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印制电子用铜、银导电油墨的制备及其性能研究

杨颖  
【摘要】: 绿色生产、节能减排,是当今社会经济发展的大趋势。由此而发展起来的导电油墨,将成为电子行业新一代全印制电子技术的关键材料。在导电油墨的制造技术中,其关键之一是实现导电功能的金属或非金属填料的制备。本文根据合作企业的实际需要,研究了环氧树脂基导电油墨的制备,研究内容包括:金属粉体导电填料——超细铜粉、镀银铜粉、超细银粉的制备方法,复合导电油墨的制备、以及填料含量、稀释剂、助剂对油墨导电性质的影响,得到了能满足印制电子实际需要的复合导电油墨。 通过对不同还原剂、不同还原方法进行实验研究,得到制备超细金属粉体的方法。在多元醇中以稀释了的水合肼溶液还原铜氨制得了超细铜粉,以球磨固相反应方法还原制得镀银铜粉和超细银粉,将所得粉末通过XRD、SEM、EDS、TG等仪器进行表征。所制得的超细铜粉、超细银粉平均粒径都约为200nm,而镀银铜粉因为其在铜粉的基础上又镀上了一层银,粒径约为500nm。XRD图谱、EDS成分分析显示,制得的金属粉末纯度在98%以上。使用热重分析仪,以20~800℃变温范围、升温速度20℃/min考察制得粉末的热稳定性,制得粉体中以银粉的热稳定性为最好,在测试条件下未发现氧化等反应。在液相还原制得铜粉的条件中,超声波的使用更利于颗粒的分散,制得粉末的热稳定性更佳、粒径更细;丙三醇的使用对铜粉分散性、热稳定性效果优于乙二醇。而在球磨制备反应制备技术研究中发现,低粘度的乙二醇溶剂比高粘度的丙三醇溶剂更适合于球磨反应。 以石墨粉、自制超细铜粉、镀银铜粉、超细银粉作为导电填料,环氧树脂作为连结剂,考察填料用量、溶剂、助剂的种类与用量对于油墨导电性的影响。通过测试获得导电线路的电阻并讨论其导通过程,三次元影象拍摄、高低温热循环冲击实验表征其性能,由此找出最适宜的配方。实验所得最佳方案为,以15~20mL丁酮溶解2.0g环氧树脂,加入填料粉末1.8g,助剂乙二醇或丙二酸0.1~0.2g搅拌均匀,使用时加入固化剂0.4g后常温下或20~40℃左右水浴中加热后放置固化。以此方案制得的油墨,石墨油墨电阻率为4.00~4.25?·cm、热稳定性良好,镀银铜粉油墨电阻率约为1.25?·cm,此种油墨适用于所要求的导电率较低的领域;铜粉油墨电阻率约为0.4?·cm,铜粉的廉价使其可应用的范围较广;但因为超细铜粉的活泼性,容易被氧化而使油墨热稳定性不佳,因此对使用环境气候、湿度等有一定要求;只有0.035~0.046?·cm的银粉油墨导电性最佳,且其热稳定性很好,但由于制备成本较铜油墨高,因此适用于较精细的导电线路。


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