銀粉對導電銀漿表面微結構及導電性能的影響實踐

薛紅俊，孫茹，嚴皓梁，邢陳陳

（1.無錫市清之源環境服務有限責任公司，江蘇 無錫 214135：2.京瓷（無錫）電子材料有限公司，江蘇 無錫 214135）

0 引言

導電銀漿作為電子產業的重要加工材料在近年來受到越來越多的關注，其相關技術發展和應用也越來越普遍。以金屬銀粉為主要填料，高分子樹脂為輔料，再加上其它助劑是導電銀漿的常用配方。銀粉顆粒在燒結的過程中相互融合形成導電網絡，因此銀漿固化膜的導電性能與銀漿燒結后網絡的致密性息息相關[1]。為了提升銀漿導電性能，對不同銀粉條件下銀漿固化膜微觀結構情況及導電性情況進行試驗。

1 試驗

試驗中所用的銀粉包括以下四種型號：

1#銀粉：顆粒粒徑0.55μm，振實密度3.81g/cm3，比表面積1.44m2/g。

2#銀粉：顆粒粒徑0.95μm，振實密度3.01g/cm3，比表面積1.67m2/g。

3#銀粉：顆粒粒徑1.35μm，振實密度5.61g/cm3，比表面積1.51m2/g。

4#銀粉：顆粒粒徑1.65μm，振實密度2.31g/cm3，比表面積1.39m2/g。

試驗中，混合銀粉導電銀漿中銀粉占比為80%，有機助劑配比占15%，玻璃粉占比5%。導電銀漿的制備主要流程如下：銀粉、玻璃粉、有機助劑混合均勻→研磨（顆粒細度低于5μm）→脫泡→導電銀漿（黏度在200～230Pa?s范圍內）。先將導電銀漿印刷在氧化鋁陶瓷板上，印刷絲網目數250，印刷靜置時間10min，待銀漿溜平后將其置于烘箱內烘干，溫度設置150℃，烘干時間10min。印刷膜層烘干透徹之后將其放入燒結爐內，燒結溫度850℃，燒結時間10min。燒結完畢后自然冷卻，得到導電銀漿固化膜樣品[2]。對制得的試驗樣品進行導電性能測試。采用掃描電鏡對固化膜表面微觀形貌進行觀察分析，采用探針儀檢測固化膜樣品方阻大小，采用拉力測試儀對銀漿固化膜附著力機械進行檢測。

2 結果

1#、2#、3#、4#銀粉在掃描電鏡下的微觀形貌如圖1所示。

圖1 四種型號銀粉掃描電鏡圖

從銀粉掃描電鏡圖中可以得到明顯的銀粉微觀形態，1#銀粉顆粒形狀不規則，存在少量團聚，粒徑分布較寬；2#銀粉顆粒形狀不規則，有少量團聚，粒徑分布比1#銀粉顆粒稍微均勻；3#銀粉顆粒形狀規則，呈球形，大小尺寸沒有較明顯差距，沒有發現團聚，顆粒分散性好；4#銀粉顆粒形狀不規則，粒徑分布間距寬，有少量團聚。

上述四種不同類型的銀粉分布作為原料制備導電銀漿，然后對燒結后的固化膜進行導電性能測定，測定結果見表1。

表1 不同類型銀粉固化膜層導電方阻測試結果

根據表1中的方阻測試結果可知，不同類型的銀粉會對導電銀漿導電性能帶來影響。4#銀粉導電銀漿固化膜層方阻均值7.4mΩ，在四種銀粉類型中其導性最差；3#銀粉導電銀漿固化膜層方阻均值為3.2mΩ，是四種銀粉中導電性最好的；1#和2#銀粉導電性一般。結合圖1中四種類型銀粉的微觀形貌特點分析，3#銀粉顆粒分散性最好，顆粒大小更加一致，在燒結過程中銀粉顆粒之間接觸性良好，有利于熱量和物質相互傳遞，得到致密的燒結效果，最終表現出固化膜層導電性最佳[3]。4#銀粉顆粒形狀不規則，銀粉顆粒之間間隙較多容易形成孔洞，燒結的過程中銀粉顆粒之間接觸性差，不利于熱量和物質相互傳遞，因此燒結致密性差，固化膜層方阻最大，導電性能不佳。對3#、4#銀粉燒結固化膜進行電鏡掃描，得到更加直觀的微觀形貌對比結果，如圖2所示。

圖2 銀粉固化膜掃描電鏡圖

銀粉固化膜導電性與銀漿燒結致密性息息相關，在單一銀粉的基礎上添加玻璃粉和有機助劑，試驗增加配方后的混合銀粉在燒結活性以及固化膜導電性能上是否發生變化。以3#銀粉為基礎原料，銀粉顆粒呈球形且粒徑均值為50nm。保持銀粉：玻璃粉：有機助劑質量配比為80%：5%：15%不變，調整普通銀粉和納米銀粉的質量比例（72%：8%；74%：6%；76%：4%；78%：2%），分別進行試驗。對不同銀粉質量配比情況下銀漿固化膜方阻進行測定，結果發現：當普通銀粉和納米銀粉的質量比為78%：2%時，銀漿固化膜方阻值最大為3.21mΩ；當普通銀粉和納米銀粉的質量比為76%：4%時，銀漿固化膜方阻值為2.91mΩ；當普通銀粉和納米銀粉的質量比為74%：6%時，銀漿固化膜方阻值最低為2.11mΩ；而當普通銀粉和納米銀粉的質量比為72%：8%時，銀漿固化膜方阻值為3.01mΩ，有所增加。根據測定結果進行分析，在一定范圍內增加納米銀粉質量比有利于降低固化膜方阻，隨著納米銀粉加入量增多，反而不利于固化膜導電性。可能的原因是納米銀粉增多提高了銀粉團聚性，使銀粉孔隙率降低，當超過銀粉孔隙率臨界值后，電子在銀漿固化膜運行的接觸電阻和隧穿電阻增大，對導電性能反而帶來不利影響[4-5]。對不同混合銀粉燒結固化膜進行電鏡掃描，如圖3所示。

圖3 不同混合銀粉固化膜掃描電鏡圖

3 結語

不同類型的銀粉對銀漿固化膜導電性能有影響，銀粉顆粒粒徑一致性越高，分散性越好的銀粉對銀漿固化膜導電性能有利。在普通銀粉中加入納米銀粉，通過調節銀粉加入比例可以進一步改善銀粉固化膜導電性能。實際生產中可以通過改善配備發揮出銀粉顆粒之間最佳的接觸和傳質效應，提升導電膜性能和燒結外觀。