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高导电率精密印刷银浆制备技术研究

韦群燕  
【摘要】: 玻璃基板印烧的特种高导及细线印刷银浆近五年来需求量成倍增长,特别在汽车挡风玻璃及平板显示器方面的应用。汽车钢化玻璃除霜加热线,是采用在玻璃基板上印刷银浆,在玻璃的钢化热处理过程(急热骤冷工艺)中完成银导体膜的烧结附着,由于烧结时间短(总时间250sec)和温度骤变条件相当苛刻,要求导电细线无脱落断线,在功率满足要求的情况下,与外蓄电池连接的电极的焊接及附着强度也有具体要求,另外耐候性及耐擦洗等后步要求也较苛刻。 对于等离子显示器驱动电路及分辨率的要求,PDP显示屏的光刻电极主要考虑的因素有:电极宽度、线条边缘平直度、表面粗糙度、电极均匀性及电极是否存在缺陷等,由于电极断路使得相应的像素无法被点亮,显示屏出现黑线,电极分辨率差,线路间易短路,容易造成寻址错误或串扰。 为开发电学性能稳定、高导电率、具有良好细线印刷性能及优良附着性的高性能电子浆料,本研究着眼于对影响参数进行详细剖析,找到关键控制参数,通过研究微观结构与粉末参数的对应关系,找到如何能制备出具有致密的厚膜结构与较低的孔隙率,并且其浆体与有机载体的界面区也要有明显的改善的电子浆体;同时对批量生产的银粉的形态与粉末烧结反应的收缩现象,无铅玻璃体系对银膜致密化等过程进行研究,获得致密高导的无铅银浆料。 研究进行了以下几个方面研究: 1.为开发高导精密印刷银浆,对银浆应用过程各环节工艺与性能关系进行仔细分析。通过对浆料印刷过程的滚动性、流平性及线条形变受力分析,得到悬浮液中一个平均的三维空间颗粒间隙可以作为银浆印刷性能的判据,并推导团聚银粉固相体积分数φa与三维颗粒间距离(2δ)及平均粒度(D_(50))的关系。进行厚膜导体的导电性能对银膜致密性的要求分析,对Ag/玻璃釉系统的烧结过程分析,获得影响高导银浆的印刷及导电性能的关键因素。 2.研究对球状不同团聚度及粒径的三种银粉进行粉末流变特性、印刷性能及流平性及线条变形性进行实验,对于各种银粉形成银浆及印刷过程的微观结构的分析,对细线的流平性及边缘渗变形率进行定量分析,通过我们推导的颗粒液膜厚度与颗粒平均粒度及固相体积分数的关系式,得到在我们的印刷条件下,颗粒间距在0.1~0.9μm,能够达到膜厚平均偏差小于10%,边缘渗析变形率不超过10%。通过对悬浮液中颗粒的三维颗粒间距对浆体的粘度的影响及实验性获得颗粒间距的优选范围,并对完整球形颗粒的粒度、颗粒间距预测每种银粉的最大固含量,可以作为指导选择粉末的参数。 3.进行纳米球形银粉填隙作用的机理及应用研究,并进行了银粉表面改性实验,采用有机改性剂硬脂酸和油酸等进行了银粉表面改性研究,银含量达80%,能获得致密光洁的细线印刷线。 4.借助于BET、SEM、DTA等现代分析手段,通过比较几种银粉的烧结结构及孔洞行为分析,解析颗粒接触堆积状态对烧结微观的演化过程,探讨颗粒聚集状态、烧结活性与膜层开裂、缺陷、收缩等内在联系。 5.论文研究汽车玻璃钢化工艺对玻璃基板的作用,银厚膜烧结微观结构的影响,并针对国际电子及汽车行业无铅化要求,进行了改善膜层与基体烧结匹配性能的设计方案。对无铅玻璃银浆在快速烧结工艺下的适应问题进行研究,对各玻璃体系的作用进行分析,进行大量无铅玻璃体系配方的实验,得到采用控制复合系二元玻璃相对数量来控制玻璃粉在各烧结阶段出现液相的数量及银粉的烧结颈接收缩过程,在采用纳米球形银粉与微米球形银粉混合,减小颗粒缝隙,减小颗粒的烧结收缩,提出进一步改善膜层与基体烧结匹配性能的设计方案。研制的银浆经玻璃钢化后,银膜致密堆积,具有导电率高,无漏光,收缩小的特点,适宜在600~750℃下烧结,满足钢化工艺下银浆烧结条件苛刻的要求,提高了银膜可焊性及附着力,达到攻关目标,并得到应用。 6.论文针对新型平板等离子显示器高分辨率驱动电极材料的特殊要求,进行了光刻银浆的光刻工艺研究,获得较佳光刻工艺条件,研究还进行棒状银粉、片状银粉的制备及配制银浆工艺参数实验,同样对所获得的结果分别如下:单纯的纳米银丝制备银浆印刷性能稍差,采用添加部分进入微米与纳米球形银粉,可以改善印刷及导电特性。由于片状银粉的搭结在光滑表面接触,膜层的初始致密度及烧结膜层都比其他的银粉好,片晶结晶粉末有一定厚度,在快速烧结工艺,并没有发现卷曲急速收缩现象,因此也匹配快速烧结工艺,相比其他几种银粉及混粉,片状结晶银粉是制备高导银浆的首选。与国外同类银浆相比,导电性有所提高。 论文侧重于探讨电子浆体的粉末特性参数对制备工艺过程对微观结构的影响,对功能颗粒进行优化配比,将性能互补的不同的银粉末,采用一定的优化设计方案,制备出高性能电子浆料。 本项目研制的银浆应用范围除轿车玻璃、PDP显示屏外,同样适用于VFD荧光显示屏等以玻璃基体为底材的电极制作,厚膜多层布线微细线印刷及光刻电子材料工业化应用等领域,应用前景很广阔,可以产生较大的经济效益和社会效益。


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