朱登雷 付軼雯

摘 要：導電銀漿是印刷厚膜電子零件的關鍵基礎原料之一，在LED燈具導電布線的印刷方面用量特別大。因此，可焊性、導電性良好的導電銀漿的研制具有十分重要的意義。本課題主要研究電子銀漿的可焊性、導電性和影響這些性能的因素，以期為使用性能良好的電子銀漿的設計和制造提供理論和技術支持。

關鍵詞：導電銀漿；絲網印刷；LED燈

中圖分類號：TM923.34 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）22-0069-03

Trial-Manufacture of Silver Paste for Conductive Wiring of LED Lamps

ZHU Denglei FU Yiwen

（Anyang Institute of Technology，Anyang Henan 455000）

Abstract： Conductive silver paste is one of the key basic raw materials for printing thick film electronic parts， and it is especially used in the printing of conductive wiring of LED lamps. Therefore， the development of conductive silver paste with good solderability and good conductivity is of great significance. In order to provide theoretical and technical support for the design and manufacture of electronic silver paste with good performance， this paper studied the solderability， conductivity and the factors affecting these properties of electronic silver paste.

Keywords： conductive silver paste；screen printing；LED lamp

隨著科技的發(fā)展，人們使用的照明燈具也在不斷進步。LED燈以其亮度高、能耗低、壽命長等優(yōu)勢正不斷走進千家萬戶中。可是，現在市場上大部分LED燈還存在很多缺點，如制造工藝復雜，基座散熱性差等，這就要求研究出更加合理的制造工藝，來彌補它的缺陷。導電銀漿是印刷厚膜電子零件的關鍵基礎原料之一，在電子信息范疇普遍應用，特別是在導電布線的印刷方面用量特別大。因而，可焊性、導電性良好的導電銀漿的研制具有十分重要的意義。

1 導電銀漿的配制

1.1 實驗材料的選購

銀粉購自中科銅都粉體新材料股份有限公司的球形微米銀及片狀銀粉；玻璃粉購自上海玖銀電子科技有限公司；乙基纖維素產自天津市大茂化學試劑廠及美國亞什蘭集團公司；松油醇和表面活性劑購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；純水由實驗室制作。

1.2 銀粉的選擇

作為導電相，銀粉是電子漿料中最重要的成分，其內部的空洞、位變等缺陷的多少，銀粉之間的接觸面積的大小，以及銀粉之間距離的遠近，都會影響漿料印刷、燒結成膜后電路的導電性能[1]。因此，銀粉的選擇在電子漿料的研發(fā)工作中起到十分重要的作用。

現階段，市場上在售的銀粉主要有納米銀粉、球形銀粉和片狀銀粉，不同銀粉有各自的特性，用于不同的電子漿料中。納米銀粉主要用于高溫燒結型導電漿料；球形銀粉粒度稍大，振實密度較高，具有良好的填充效果，燒結過程中收縮率低，主要用于燒結型厚膜導電漿料；片狀銀粉的粒度較大，一般是1～10μm，主要用于低溫固化型導電漿料。經過前期實驗驗證發(fā)現球形銀粉與片狀銀粉按照4∶1的比例混合后更適合LED燈導電布線印刷銀漿的使用[2]。

片狀銀粉比普通球形銀粉有更大的接觸面積，因此更有利于提高成膜后電路的導電性能[3]。目前，在售片狀銀粉一般是通過將球形銀粉進行球磨得到的。在片狀銀粉的加工過程中，巨大的壓力將導致片狀銀粉內部存在很多結構性缺陷，這些缺陷將導致定向流動的電子被強烈散射，從而使電阻增大。為減少此種缺陷的影響，應當使用適當的熱處理方式來改善其性能。

1.3 玻璃粉的選擇

通常，導電銀漿中玻璃粉的含量為5～10wt%，在一些電阻漿料中玻璃粉的含量甚至可以達到一半以上。作為黏結劑，玻璃粉的質量可以直接影響漿料成膜后導電膜層的質量。如玻璃粉的軟化點、膨脹系數都將最終影響導電銀層與基板之間的附著力[4]。

本設計備選玻璃粉有3種，型號分別為：S-3、AN-3、B-H。分別取出適量放置在3塊氧化鋁陶瓷基片上，置于箱式爐中進行燒結，觀察它們大致的熔點及與氧化鋁陶瓷基片的結合效果[5]，以選取出最為合適的玻璃粉。

具體實驗步驟如下。①設置箱式爐的溫度，從室溫升溫至500℃，然后保溫10min。打開箱式爐觀察發(fā)現玻璃粉S-3已經開始熔化并輕微黏結在了陶瓷片上，其他兩種玻璃粉形態(tài)上都沒有太大的變化。②接著設置箱式爐的溫度經過20min從500℃升至600℃后保溫10min，打開箱式爐觀察發(fā)現玻璃粉S-3進一步熔化，形成了小的圓形玻璃珠，B-H型玻璃粉也開始熔化，AN-3型玻璃粉沒有太大變化。③設置箱式爐的溫度經過20min從600℃升溫至700℃后保溫10min。打開箱式爐觀察發(fā)現S-3型玻璃粉和B-H型玻璃粉都已經完全熔化，而AN-3型玻璃粉只是開始收縮結塊，如圖1所示。觀察發(fā)現，其中S-3型玻璃粉與陶瓷片浸潤較好，B-H型玻璃粉形成較為圓滑的玻璃珠，浸潤性較差。對比3種玻璃粉的熔點以及燒結后它們與陶瓷片結合的緊密程度，最終選擇S-3型的玻璃粉進行后續(xù)實驗。

1.4 有機載體的制作及銀漿的配制

此次實驗選擇了3種乙基纖維素作為備選，型號分別為CE100、CE200、M100，其中CE100和CE200外觀為白色顆粒，M100為白色粉末。分別取3種乙基纖維素約 0.2g放在氧化鋁陶瓷基片上，將陶瓷基片置于箱式爐中燒結，溫度設置550℃，時間10min，燒結完畢后取出陶瓷片觀察表面灰粉的殘留情況[6]。觀察發(fā)現，3種材料均有一定的黑灰色灰分殘留，如圖2所示。相比之下，M100灰分殘留更少，且考慮到CE100和CE200為進口材料，M100為國內生產材料，故考慮首選M100作為后續(xù)實驗材料。

用電子天平稱得松油醇92g、乙基纖維素5g、硅烷偶聯(lián)劑2g、表面活性劑1g混合于燒杯中，并置于攪拌器上加熱攪拌，經過1h的攪拌溶解完全，制得均勻透明的有機載體，供制備銀漿使用。

然后，取適量有機載體于燒杯中，邊攪拌邊按照配方再稱取銀粉、玻璃粉、有機載體，將其混入燒杯中攪拌0.5h，制得黏度良好的銀漿，如圖3所示。將此漿料在室溫條件下靜置2個月，觀察未發(fā)現分離、沉淀、分層的情況。

2 烘干、燒結工藝及性能測試

2.1 烘干及燒結工藝

要想讓導電銀漿發(fā)揮最佳的導電性能，必須要設置適當的烘干、燒結過程。LED燈用的銀漿為燒結型銀漿，最主要的工藝參數為燒結溫度?，F階段，燒結方法多種多樣，我們使用傳統(tǒng)的箱式爐燒結來做實驗。

將得到的銀漿通過手動絲印機印刷在氧化鋁陶瓷基片上[7]，印刷好的圖形先進行烘干。在烘干的初始階段，銀漿中的溶劑會通過印刷膜層的表面揮發(fā)，銀粉顆粒之間的距離迅速縮短。當膜層表面已經干燥后，溶劑就需要先擴散到膜層的表面然后揮發(fā)到空氣中，因此揮發(fā)會變得比較緩慢，銀粉顆粒之間的距離也會緩慢縮短。烘箱設置200℃經過約10min后溶劑完全揮發(fā)，印刷圖形干燥完畢之后的圖形如圖4所示。

將干燥完畢的圖形轉入箱式爐中燒結。燒結圖形在500℃時保溫20min，將漿料中的樹脂去掉，然后分別在以600、700℃和800℃的燒結溫度保溫20min進行實驗，取出后冷卻觀察漿料成膜的光亮程度，具體情況見表1。通過對比發(fā)現，當燒結溫度設置為800℃時漿料燒結而成的導電膜最為緊致光亮，如圖5所示，故選擇800℃為燒結溫度。

2.2 性能測試

性能測試主要包括兩個方面：①銀膜的可焊性測試；②銀膜的導電性測試。測試步驟如下。首先，在銀膜圖案上涂抹少量助焊劑，然后用普通的電烙鐵熔化焊錫絲進行上錫。實驗發(fā)現：銀膜上錫良好，焊點飽滿、光亮、牢固。具體如圖6所示。最后，將電阻測試圖形連接到電路中，用兩節(jié)干電池供電來點亮一個5mm的白光LED燈泡，燈泡的正常工作電壓為2.8～3.8V。燈泡可以正常點亮[8]，如圖7所示。

3 結論

本文所研究的導電銀漿是一種適用于絲網印刷的LED燈導電布線用燒結型銀漿，主要的研究目的是試制出一種可焊性、導電性良好的導電銀漿。經測試，試制所得漿料可焊性良好，上錫飽滿，電阻率低，基本可以滿足使用需求。在后續(xù)的工作中仍需進一步實驗，以提高導電銀漿的耐焊性及附著力。

實驗探究得出的重點結論如下：銀粉、玻璃粉的選擇，燒結工藝的不同，是影響銀漿成膜拉力、銀層致密性及導電性的主要因素。滿足高導電性的銀粉應具有以下特點：粒徑適中，微米級，形狀以球狀粉末為佳，適量加入熱處理后的片狀銀粉可改善其導電性能。燒結溫度的不同直接影響銀層的致密性，從而影響成品的光亮度及導電性，較高的燒結溫度可以改善銀層的致密性，但繼續(xù)增高溫度反而會由于銀層被氧化而導致導電性下降。玻璃粉在導電銀漿中起著重要作用。玻璃粉的軟化溫度要和燒結溫度相匹配，同時要考慮其膨脹率，膨脹率對成品拉力有重要影響。有機相的潤濕性越強，漿料的分散性越好，導電銀漿的穩(wěn)定性越好。

參考文獻：

[1]易偉.微米級導電漿料用銀粉制備及表征[D].沈陽：東北大學，2009.

[2]魏艷彪，曹秀華.片狀銀粉對燒結型銀漿性能的影響[J].電子工藝技術，2013（3）：142-144.

[3]劉永慶.電子漿料用片狀銀粉的制備[J].絲網印刷，2006（2）：24-26.

[4]余守玉，傅仁利，張捷.電子漿料用玻璃的研究及發(fā)展趨勢[J].電子與封裝，2015（1）：41-48.

[5]劉小麗，朱曉云，肖曉東，等.陶瓷散熱片用銅漿玻璃相的制備[J].材料導報，2011（1）：357-359.

[6]張志旭，李宏杰，曲海霞，等.中溫快燒銀漿表面亮度的影響因素[J].貴金屬，2017（1）：22-26.

[7]車龍.高分辨、高導電固化型銀漿的研究[D].長沙：國防科學技術大學，2014.

[8]甘衛(wèi)平，周華，張金玲.無鉛銀漿燒結工藝與導電性能研究[J].電子元件與材料，201（4）：65-69.