导电银浆用低熔点玻璃粉
低温银导电浆料
低温银导电浆料低温银导电浆料是一种具有优良导电性能、良好附着力和覆盖力、耐热性和抗氧化性的新型材料。
它主要由银、玻璃粉和其他功能性填料组成，广泛应用于电子元器件、电磁屏蔽材料和太阳能电池等领域。
一、低温银导电浆料的概述低温银导电浆料，顾名思义，是一种在低温条件下固化的导电浆料。
它具有优良的导电性能，可以满足各种电子元器件的导电需求。
同时，它还具有良好的附着力和覆盖力，可以很好地涂覆在基材表面，形成均匀的导电层。
此外，低温银导电浆料还具有优良的耐热性和抗氧化性，大大提高了其在实际应用中的稳定性。
二、低温银导电浆料的性能优势1.导电性能优良：低温银导电浆料中的银颗粒具有良好的导电性，能够满足各种电子元器件的导电需求。
2.良好的附着力和覆盖力：低温银导电浆料可以均匀地涂覆在基材表面，形成一层致密的导电层，具有良好的附着力和覆盖力。
3.耐热性和抗氧化性：低温银导电浆料在高温环境下具有较好的稳定性，能有效抵抗氧化物的侵蚀，延长使用寿命。
4.环保无污染：低温银导电浆料的制备过程符合环保要求，无有害物质排放，有利于实现绿色生产。
三、低温银导电浆料的应用领域1.电子元器件：低温银导电浆料可用于制造各种电子元器件，如微波通信器件、射频器件、光电子器件等，提高其导电性能和稳定性。
2.电磁屏蔽材料：低温银导电浆料可作为电磁屏蔽材料，有效抑制电磁干扰，广泛应用于通讯、家电、汽车等行业。
3.太阳能电池：低温银导电浆料可用于太阳能电池的制备，提高电池的转换效率和稳定性。
四、低温银导电浆料的制备与工艺1.原料选择与配比：低温银导电浆料的制备首先要选择合适的原料，如银粉、玻璃粉、有机载体等。
根据实际需求，合理配比各原料，以达到最佳的性能。
2.制备过程：将银粉、玻璃粉等原料混合均匀，加入有机载体和助剂，搅拌均匀，制成低温银导电浆料。
3.浆料性能测试与分析：对低温银导电浆料进行性能测试，如导电性能、附着力、耐热性等，并对测试结果进行分析。
低熔点玻璃粉对导电银浆烧结性能及微结构的影响
低熔点玻璃粉对导电银浆烧结性能及微结构的影响探讨图1 玻璃粉的XRD图图2 导电银浆的热重分析曲线2.3 玻璃软化点对导电银浆性能的影响在浆料的烧结过程中，玻璃相粘度特性对粘性流动传质及烧结致密化过程有很大的影响，最终影响到导电银浆的微观结构和性能。
图3是玻璃粉的软化点与银浆方阻和附着力的关系曲线。
从图中可以看出，玻璃的软化点为420℃时，银浆的导电性能最好，方阻最小为2.4 mΩ/□。
随着玻璃粉软化点的升高，银浆的方阻从逐渐增大，当软化点为500℃时，方阻达到了5.7 mΩ/□；从附着力的关系曲线看，随着玻璃软化点的升高，银浆的附着力呈现先增大后减小的趋势。
玻璃的软化点为420℃时，银膜层温度附着力最小为6 N，当玻璃软化点提高至450℃时，银膜层的附着力急剧增大至13 N，继续升高玻璃粉软化点，银膜层附着力反而降低。
在银浆烧结过程中，玻璃粉随着温度的升高逐渐软化。
当玻璃粉软化点较低时，熔融玻璃液的粘度小，流动性强，易于浸润银颗粒，更易在银颗粒之间成液相桥。
由于玻璃液的表面张力作用，拉动银粉颗粒靠近，形成致密导电膜层[9]，此时导电性能最优。
但是由于玻璃液的粘度低也会导致玻璃液易于向成分银粉玻璃粉图3 玻璃软化点对银浆方阻、附着力的影响图4是不同软化点玻璃料制备的银膜层表面扫描电镜图片。
从图4（a）中可以看出，层孔洞较少、致密，银层烧结完全，银晶粒较大。
随着玻璃软化点的增大，图4（b）、（c）的表面孔洞逐渐增多，烧结后银晶粒减小，致密程度降低。
当玻璃软化点升至500℃时，图4（d）中银膜层烧结程度差，膜层孔洞较多，玻璃液明显没有完全浸润银粉，银粉颗粒感明显。
在浆料的烧结过程中，玻璃相粘度特性对粘性流动传质及烧结致密化过程有很大的影响，最终影响到微观结构。
在峰值烧结温度下，软化点的降低引起玻璃液的粘度下降，使膜层的烧结过程更易进行，膜层愈致密，缺陷愈少，导电颗粒间的接触电阻也就越小，膜层的方阻值降低。
导电银浆用低熔点玻璃粉
导电银浆用低熔点玻璃粉导电银浆由导电银粉、粘合剂、创国低熔点玻璃溶剂及改善性能的微量添加剂组成，可分为聚合物导电银浆和烧结型导电银浆，二者的区别在于粘结相不同。
烧结型导电银浆使用低熔点玻璃粉作为粘结相，在500 C以上烧结成膜。
导电银浆用创国低熔点玻璃粉基本技术指标：产品牌号目数熔点"C使用工艺c膨胀系数熔融色相成分体系含铅BL-391250 §390 °C450-700t65-80*10^7透明酬系BL-455001450fi C500-700V85-95*10^7透明1系BL-5012501500 °C550-75冗80-9 莎7透明係BL-55125015505C600-800t80-90*10^7透明係导电银浆产品集冶金、化工、电子技术于一体，是一种高技术的电子功能材料，主要用于制作厚膜集成电路、电阻器、电阻网络、电容器、MLCC导电油墨、太阳能电池电极、LED印刷及高分辨率导电体、薄膜开关/柔性电路、导电胶、敏感元器件及其他电子元器件。
金属银粉是导电银浆的主要成分，其导电特性主要靠银粉来实现。
银粉在浆料中的含量直接影响导电性能。
从某种意义上讲，银的含量高，对提高它的导电性是有益的，但当它的含量超过临界体积浓度时，其导电性并不能提高。
银浆中的银的含量一般在60〜70%是适宜的。
银微粒的大小与银浆的导电性能有关。
在相同的体积下，微粒大，微粒间的接触几率偏低，并留有较大的空间，被非导体的树脂所占据，从而对导体微粒形成阻隔，导电性能下降。
反之，细小微粒的接触几率提高，导电性能得到改善。
一般粒度能控制在3〜5卩m这样的粒度仅相当于250 目普通丝网网径的1/10〜1/5 ,能使导电微粒顺利通过网孔，密集地沉积在承印物上，构成饱满的导电图形。
银微粒的形状与导电性能的关系十分密切。
用于制作导电印料的导电微粒以呈片状、扁平状、针状的为好，其中尤以片状微粒更为上乘。
导电银浆在铝合金表面的烧结性能分析
导电银浆在铝合金表面的烧结性能分析孙国基1， 孙钦1， 杨婉春1， 徐鸿博2， 李明雨1(1. 哈尔滨工业大学(深圳) 索维奇智能新材料实验室，深圳，518055； 2. 哈尔滨工业大学(威海)先进焊接与连接国家重点实验室，威海，264209)摘要： 制备一种用于铝合金表面烧结银厚膜的低温烧结型导电银浆，以解决铝合金的软钎焊问题. 采用熔融淬火方法制备玻璃化转变温度(T g )为360 ℃的Bi 2O 3-B 2O 3-ZnO 玻璃粉. 将玻璃粉、亚微米银粉和有机载体混合制成无铅低温烧结型银浆，将该银浆涂覆在6061铝合金表面，并在440，470，500，530 ℃的温度下进行烧结. 研究烧结温度对银厚膜的电阻率、可焊性及与基板结合强度的影响. 当玻璃粉与银粉重量比为1∶9，烧结温度为530 ℃时，烧结银厚膜的电阻率为2.2 μΩ·cm ，抗剪强度为56.0 MPa ；同时Al ，Mg 和Bi 2O 3发生氧化还原反应在银厚膜与铝基板界面产生纳米级Bi 单质，进而实现冶金结合. 结果表明，提高烧结温度可以有效促进玻璃的润湿铺展、Ag 颗粒之间的颈缩和Ag 颗粒的生长，进而明显改善银厚膜软钎焊可焊性.创新点： (1)首次将导电银浆应用于铝合金表面，研究了铝基板和银膜之间界面强度和连接机制. (2)用铺展面积法对银膜锡焊可焊性进行了分析. (3)银浆涂敷采用浸渍工艺，生产效率高.关键词： Bi 2O 3-B 2O 3-ZnO 玻璃；银浆；电阻率；可焊性；抗剪强度中图分类号：TG 425 文献标识码：A doi ：10.12073/j .hjxb .202010050020 序言铝及铝合金因其密度小、高导热、高导电和成本低等优点，成为代替铜用于电子封装的首选材料[1]. 铝及铝合金常用的焊接方法包括氩弧焊、激光焊和搅拌摩擦焊等，此类焊接过程都需要母材局部熔融. 而铝熔点低、热导率高、线膨胀系数大和与氧的亲和力大，使得焊接过程不稳定，容易形成气孔、裂纹、表面塌陷等缺陷，使接头性能降低[2].且熔焊所需的设备复杂，难以实现自动化.软钎焊因其工艺温度低、方法简单等优点被广泛应用于电子封装领域. 铝与传统Sn 基钎料的焊接难度大、可靠性差和成本高等问题成为技术发展和产品更新换代的瓶颈之一[3]. 目前多采用表面电镀Cu ，Ni 或Ag 以改善铝合金基材与Sn 基钎料的焊接性. 电镀本身工序复杂，过程中产生废水、废气等有害物质.文中采用低温烧结型导电银浆改善铝合金的可焊性，其中粘接相选用玻璃化转变温度T g 为360 ℃的Bi 2O 3-B 2O 3-ZnO 玻璃粉. 并研究了烧结温度对烧结银厚膜电阻率、可焊性及与铝基板结合强度的影响，对剪切断口和断裂模式进行分析，以确定接头中的薄弱界面，并阐明界面处的结合机制.1 试验方法1.1 银浆的制备采用熔融淬火法制备Bi 2O 3-B 2O 3-ZnO 玻璃粉. 将按摩尔比为35Bi 2O 3∶50H 3BO 3∶15ZnO 混合物置于氧化铝坩埚中，然后放进箱式电阻炉(KSX-4-13)中，以10 ℃/ min 的加热速率升至1 300 ℃，保温30 min 使成分均质[4]. 然后，将熔融玻璃倒入去离子水中进行淬火以形成灰褐色玻璃颗粒. 通过转速为300 r/min ，时长为250 min 的球磨工艺获得粒径在3 μm 左右的方块状Bi-B-Zn 系玻璃粉.将粒径为500 nm 的球状银粉(99.99%)、Bi-B-收稿日期：2020 − 10 − 05基金项目：国家自然科学基金资助项目(52075125，51605117)第 42 卷 第 1 期2021 年 1 月焊 接 学 报TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTIONVol .42(1):38 − 43, 64January 2021Zn系玻璃粉和有机载体(松油醇，乙基纤维素，大豆卵磷脂，乙酸乙酯，消泡剂和1，2-丙二醇)按重量比为63∶7∶30混合均匀[5].1.2 银厚膜的制备将尺寸为5 mm × 5 mm × 2 mm的6061铝合金用乙醇超声清洗，干燥后，通过浸渍提拉法在其表面涂覆银浆. 将样品以2.5 ℃/ min的加热速率加热至300 ℃，并在100，200和300 ℃下各保温120 min，使有机载体充分挥发分解. 然后，分别在440，470，500和530 ℃温度下烧结10 min，使银厚膜中玻璃粉充分熔化润湿铺展，与铝基板连接起来.1.3 性能检测通过体积电阻率来评估烧结银厚膜的导电性.在Al2O3陶瓷表面掩模浸渍ϕ5 mm圆形图案，使用探针式膜厚测量仪(Dektak 150，VEECO)测量银厚膜厚度，使用RTS-11型金属四探针测试仪测量银厚膜的方阻. 为减小误差，每个样品测量4次，求平均值作为电阻率.为研究银厚膜与铝基板界面结合强度，通过稀盐酸和乙醇去除2 mm × 2 mm × 1 mm尺寸紫铜片表面氧化膜，通过钢网印刷在银厚膜表面印刷尺寸为2 mm × 2 mm × 0.1 mm的Sn96.5Ag3Cu0.5 (SAC305)焊膏，将铜片准确放置在锡膏上，在外加0.3 MPa压力，250 ℃的温度下保温4 min 得到连接接头. 通过推拉力测试机(MFM1200-10031311-L)测得银厚膜与铝板界面抗剪强度[6]. 剪切试验示意图如图1所示.SAC305银膜推力紫铜铝板图 1 剪切试验示意图Fig. 1 Schematic representation of the shearing test银厚膜表面软钎焊可焊性参考IPC-TM-650 2.4.45标准，用“铺展面积法”研究SAC305无铅焊料在银厚膜表面上的润湿行为[7]. 通过钢网印刷在银厚膜表面印刷尺寸为ϕ3 mm × 0.1 mm的焊膏，然后将样品放入255 ℃加热台上保持15 s进行回流，并用ImageJ软件对焊后铺展面积进行测量，测量结果与焊料的原始面积之比即焊料的铺展率.通过X射线衍射仪(XRD，D/Max 2500，Rigaku Corporation)进行断裂面的物相分析，扫描范围为5° ~ 80°，扫描速度为4°/ min. 使用配备有X射线能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM，Hitachi-S4700)观察银厚膜的横截面和断面的微观组织.2 试验结果与分析2.1 烧结温度对银厚膜电阻率的影响图2为电阻率随烧结温度的变化曲线. 随着烧结温度的提高，银厚膜电阻率逐渐下降，在温度为500和530 ℃时下降明显. 当烧结温度440 ℃时，银厚膜电阻率为4.0 μΩ·cm. 当烧结温度530 ℃时，银厚膜电阻率下降至2.2 μΩ·cm.图3为不同烧结温度下银厚膜截面微观组织. 随着烧结温度的升高，银厚膜内孔洞减少，致密度提高. 这是因为当温度升高后，玻璃料的粘度降低，流动性增强，不仅能有效填充银颗粒之间的间隙，且在毛细力作用下能带动银颗粒完成重排，进而促进银粉的紧密堆积.图 2 不同烧结温度下的银厚膜电阻率Fig. 2 Resistivities of the Ag films sintered at different temperatures根据导电机理，导电网络中银颗粒分为直接接触、空隙接触和玻璃夹层接触. 电子无法在空隙和玻璃夹层之间自由传输，但是由于电子具有波粒二象性，当银颗粒之间的阻碍层非常窄( < 10 nm)时，可以通过“隧道效应”穿过空隙或玻璃阻挡层，形成导电通路. 当烧结温度升高时，银厚膜内部的空隙接触减少，玻璃熔体充分浸润银粉表面，而玻璃总量不变，因此，单个银粉间隙内的玻璃夹层厚度减小，电子贯穿夹层的几率增加；同时由于银粉在流动玻璃熔体的带动下重新排列，银颗粒之间接触面积增加，有利于电子在银颗粒间直接传导[8]；另外玻第 1 期孙国基，等：导电银浆在铝合金表面的烧结性能分析39璃熔体在高温下能溶解部分银，大颗粒银的表面凸起和小颗粒银优先在液相中溶解，以网络外体的形式渗入玻璃网格，冷却过程中以类似过饱和的状态析出，最终在玻璃表面形成纳米银颗粒，增大银颗粒之间的接触面积[9]. 这3个因素共同作用使银厚膜的电阻率减小.2.2 烧结温度对银厚膜可焊性的影响在空气气氛下，SAC305焊料在银厚膜表面经过预热、熔化、润湿铺展和凝固后，最终形成焊点，对焊料铺展率(焊后铺展面积/锡膏印刷面积)进行测量. 值得注意的是，在回流工艺下，存在熔融焊料部分区域发生“反润湿”现象，因此，测量铺展面积时该区域不被计算在内. 如图4所示，随着烧结温度的升高，焊料的铺展率逐渐增大.440 ℃烧结的银厚膜焊料铺展率为43.1%，而530 ℃烧结的银厚膜焊料铺展率为70.7%. 一般认为，“反润湿”是由于回流过程中焊盘或焊料被氧化导致，由于锡钎料不能在Bi-B-Zn 玻璃上润湿铺展，因此，Ag 被反应生成Ag 3Sn 后，裸露的玻璃会阻碍锡的润湿铺展.图 4 不同烧结温度下银厚膜焊锡的铺展率Fig. 4 Spreading ratios of solder on silver film sinteredat different temperatures图5为不同烧结温度下银厚膜表面形貌，温度升高焊料铺展率增大有两个方面的原因：一是银颗粒的长大和银与银之间烧结颈变大导致含银通道变宽，能与Sn 反应的银含量增加；二是熔融的玻璃在温度升高的情况下流动性更好，在重力作用向下流淌时上表面玻璃含量下降，进而对焊料润湿铺展的阻碍作用减小.2.3 烧结温度对银厚膜与铝板界面结合强度的影响图6 为抗剪强度曲线，从图中可以看出，抗剪强度随着烧结温度的升高而大幅提高. 在440，470，500和530 ℃温度下烧结的样品中，抗剪强度分别为14.2，42.8，52.7和56.0 MPa . 对于在440 ℃温度下烧结的银厚膜而言，抗剪强度最低. 如图3a 中所示，银厚膜与铝基板的接触界面和银厚膜内部都存在许多孔洞，在抗剪力的作用下，孔洞处容易引起应力集中和裂纹扩展，加速断裂过程，削弱银20 μm20 μm20 μm20 μm(a) 440 ℃(b) 470 ℃(c) 500 ℃(d) 530 ℃图 3 不同烧结温度下的银厚膜截面微观组织Fig. 3 Cross-section microstructure of Ag film sinteredat different temperatures. (a) 440 ℃; (b) 470 ℃;(c) 500 ℃; (d) 530 ℃40焊 接 学 报第 42 卷厚膜的附着强度. 当烧结温度进一步提高时，如图3b~3d ，玻璃的流动性增强，填补了大量空隙，银厚膜的致密度提高，从而降低了应力集中的可能性，提高了抗剪强度.图7为不同烧结温度下剪切断口形貌. 各温度下的铝板侧断裂面都有白色碗状结构残留. 通过EDS 能谱分析，能谱数据如表1所示，1位置是铝合金表面，成分为Al ，Mg ；2位置除了Al ，Mg ，还检测玻璃中的Bi ，O 和Ag . 因此白色碗状结构是铝板上银球剥落后留下的玻璃和微量银. 在剪切力的作用下，玻璃网络发生脆性断裂，绝大部分银直接被拉出，只残留少量的银镶嵌在玻璃网络里发生塑性变形，和玻璃一起破裂. 当烧结温度为440 ℃时，断裂位置主要是在铝基板的表面和玻璃的内部，如图7a . 银颗粒被玻璃隔开，玻璃脆性大，更容易发生裂纹扩展，进而导致抗剪强度低. 随着烧结温度的升高，从图7c, 7d 所示，铝板侧残余的玻璃量增多，玻璃网络更加连续. 这得益于熔融玻璃在重力作用下往下流淌，在铝表面上的铺展面积随着玻璃粘度的降低而增大.图8为断裂位置示意图. 可见银厚膜内部的抗剪强度始终大于与铝板接触界面的抗剪强度. 在440和470 ℃下烧结时，银厚膜与铜通过SAC305焊接在一起，剪切薄弱位置出现在银厚膜与铝板界面. 而当温度升高至500 ℃及以上时，温度升高，在银厚膜与铝板界面的断裂面积减少，在锡膏内部的断裂面积增大. 根据Liu 等人[10]的研究，SAC305锡膏焊接铜焊盘的抗剪强度为54.1 MPa ，剪切断裂发生在SAC305焊料层中，而不是在与铜焊盘的焊接界面处. 当烧结温度增加到500 ℃及以上时，由于玻璃充分熔融并润湿了铝表面，与基板之间形成紧密接触，使得银厚膜与铝基板间的粘合强度超过了银厚膜和锡焊膏自身的强度，如图8c , 8d 所示，断裂路径由银厚膜与铝板界面延伸至SAC305焊料层. 因此，在500和530 ℃下烧结的银厚膜，其与铝基板的界面结合强度大于试验测得的抗剪强度.5 μm5 μm5 μm5 μm(a) 440 ℃(b) 470 ℃(c) 500 ℃(d) 530 ℃图 5 不同烧结温度下的银厚膜表面微观形貌Fig. 5 Surface morphology of the Ag thick films sinteredat different temperatures. (a) 440 ℃; (b) 470 ℃;(c) 500 ℃; (d) 530 ℃图 6 不同烧结温度下的界面抗剪强度Fig. 6 Shear strengths of the interface sintered at diff-erent temperatures第 1 期孙国基，等：导电银浆在铝合金表面的烧结性能分析412.4 银厚膜与铝板界面连接机制由断裂后铝板侧的大量玻璃碗状结构，表明断裂位置主要发生在银与玻璃之间，即玻璃与铝基板之间的结合强度大于玻璃与银之间的结合强度. 而在玻璃与铝接触的地方，通过SEM 可以观察到有大量粒径约40 nm 的球形颗粒出现，如图9所示.对其进行EDS 能谱分析，元素含量如表2所示. 该区域含有Bi 元素，但不含Zn 元素，判断此处的Bi 不再是玻璃网络中的Bi 2O 3，而是析出的Bi 单质.对应反应式为由于反应物和生成物都为固相，熵变∆S 太小，故吉布斯自由能变化∆G ≈焓变∆H . 由文献[11]可知，在室温298.15 K 下的焓变∆H (1) = −1 105 kJ/mo1(试验值)，∆H (2) = −1 234 kJ/mo1(试验值)，都小于零. 由于焓变不随温度变化而变化，因此在烧结温度下，该反应依然是热力学自发反应.表 1 图7a 中各位置元素含量(原子分数, %)Table 1 Element content of each position in Fig. 7a能谱位置Al Mg Ag Bi Zn O 197.32.7————266.23.81.05.41.921.7紫铜SAC305银膜铝板紫铜SAC305银膜铝板紫铜SAC305银膜铝板紫铜SAC305银膜铝板(a) 440 ℃(b) 470 ℃(c) 500 ℃(d) 530 ℃图 8 不同烧结温度的断裂模式Fig. 8 Fracture modes of different sintering temperatures. (a) 440 ℃; (b) 470 ℃; (c) 500 ℃; (d) 530 ℃10 μm1 mm10 μm1 mm10 μm1 mm10 μm 1 mm 21(a) 440 ℃(b) 470 ℃(c) 500 ℃(d) 530 ℃图 7 不同烧结温度的断面模式Fig. 7 Fracture interfaces of different sintering temperatures. (a) 440 ℃; (b) 470 ℃; (c) 500 ℃; (d) 530 ℃42焊 接 学 报第 42 卷由于银浆中玻璃含量很少，为了验证界面反应产物，将纯玻璃粉在铝基板表面烧结，烧结条件为500 ℃，10 min . 玻璃熔融后与铝板紧密结合在一起，为了分析界面，用压片模具使脆性的玻璃破碎分离，分别对剥落的玻璃粉和剥离玻璃后的铝侧进行XRD 表征，结果如图10所示. 对照标准PDF 卡片，发现在铝基板侧的XRD 图显示主要有Al 峰，同时含有少量Bi 峰，由于玻璃未能完全从铝表面剥离，因此还存在一定非晶馒头峰. 而对玻璃压粉的XRD 图谱显示只有非晶峰，这是由于界面反应产物相对含量太少，因此被非晶峰覆盖.图 10 断面两侧的XRD 图Fig. 10 XRD pattern of the fracture surface two sides3 结 论(1) 烧结温度从440 ℃升高到530 ℃时，银厚膜致密度提高，电阻率由4.0 μΩ·cm 下降至2.2 μΩ·cm ，且530 ℃下烧结的银厚膜在255 ℃，15 s 的回流环境下焊锡铺展率为70.7%.(2) 当烧结温度在500和530 ℃时，接头剪切断裂时裂纹由银厚膜与铝板界面延伸至锡焊料层，剪切强度最高可达56.0 MPa .(3) 在银厚膜与铝板的断裂界面存在Bi 单质，表明银厚膜与铝基板之间形成了良好的冶金结合.参考文献王超. 电子封装铝用软钎焊无铅焊锡丝配套助焊剂的研究与应用[D]. 广州: 华南理工大学, 2012.Wang Chao. Research and development of a soldering flux for lead-free solder wires in Al soldering process of electronic pack-aging[D]. 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Microscopic investigation onsintering mechanism of electronic silver paste and its effect on electrical conductivity of sintered electrodes[J]. Journal of Materi-als Science: Materials in Electronics, 2018, 29(21): 18540 −18546.[9]Liu Y, Liu L, Xu R S, et al . Microstructure, hardness, and shearbehavior of Sn3.0Ag0.5Cu–Sn58Bi composite solder joint[J]. Ma-[10]terials Research Express, 2019, 6(11): 116328.Cox J D, Wagman D D, Medvedev V A. CODATA key values forthermodynamics[M]. New York: Hemisphere Publishing Corp,1989.[11]第一作者：孙国基，硕士；主要从事烧结型导电银浆的制备及性能研究；Email ：*****************.通信作者：李明雨，博士研究生导师. Email ：************.cn.（编辑： 杨婉春）64焊 接 学 报第 42 卷tion layer expands application ranges for plastic laser transmis-sion welding.(2) The residual stress changes during laser transmission weld-ing of PC/Cu/PC under different laser process parameters were studied.Key words: laser transmission welding；copper film；weld-ing performance；residual stressFatigue crack initiation life prediction based on Tanaka-Mura dislocation model DENG Caiyan， LIU Geng，GONG Baoming， LIU Yong (Tianjin University, Tianjin, 300350, China). pp 30-37Abstract:In order to accurately predict the fatigue life of materials and improve the accuracy of structural fatigue life prediction, the method of ABAQUS finite element numerical simulation to predict the fatigue life of specimens was studied. Based on Tanaka-Mura dislocation theory, ABAQUS was redeveloped by using Python language. The fatigue crack initiation life of S960QL martensitic steel and Ti2AlNb titanium alloy joint was simulated and predicted. The representative volume element is generated by Tyson polygon method, and the micro sub-model is established. Two perpendicular slip bands of bcc structure are considered as potential crack initiation locations, and several parallel slip bands with the same orientation are simulated. The crack initiation life at the critical point from the crack initiation stage to the crack growth stage is given by the calculated crack growth rate change. The simulation results show that the crack initiation life is in good agreement with the experimental data except the columnar crystal structure.Highlights:(1) Based on the script written in Python lan-guage, Tanaka dislocation model is combined with finite ele-ment method, which can easily calculate the fatigue crack initi-ation life in ABAQUS software.(2) On the basis of Tanaka model, the slip bands in two direc-tions perpendicular to each other are considered, and the paral-lel slip bands are regarded as the potential locations of crack initiation, which is more in line with the actual situation.Key words: fatigue；numerical simulation；crack initiation；welded joint Sintering performance analysis of conductive silver paste on aluminum alloy surface SUN Guoji1， SUN Qin1，YANG Wanchun1， XU Hongbo2， LI Mingyu1 (1. Sauvage Laboratory for Smart Materials, Harbin Institute of Technology (Shenzhen), Shenzhen, 518055, China；2. State Key Laboratory of Advanced Welding and Joining, Harbin Institute of Technology (Weihai), Weihai, 264209, China). pp 38-43,64 Abstract: A low-temperature sintered conductive silver paste containing Bi2O3-B2O3-ZnO glass frit was used for sintering thick silver film on the surface of aluminum alloy to realize aluminum alloy soft soldering. First, Bi2O3-B2O3-ZnO glass with glass transition temperature (T g) of 360 °C was synthesized by using a melt-quenching method. Then, it was mixed with submicron silver powder to prepare lead-free low-temperature sintered silver paste, which was coated on the surface of 6061 aluminum alloy and sintered at temperatures of 440, 470, 500 and 530 ℃, respectively. The effects of sintering temperature on the resistivity and the solderability of silver thick film, and the bonding strength of the silver thick film on the substrate were studied. The results show that a thick silver film with glass and silver powder content ratio of 1∶9 (wt.%) sintered at 530℃ for 10 min has a low resistivity of 2.2μΩ·cm and a high shear strength of 56.0 MPa at room temperature. Increasing the sintering temperature can effectively promote the flow, wetting and spreading of the glass, the growth of necking between Ag particles, and the growth of Ag particles, thereby improving the solderability of silver thick film significantly. In addition, the nano-scale elemental bismuth produced by the oxidation-reduction reaction of Al, Mg and Bi2O3 was detected at the interface of silver thick film and aluminum substrate. It shows that an excellent metallurgical bond was formed between the silver thick film and the aluminum substrate.Highlights:(1) The conductive silver paste was applied to the surface of aluminum alloy for the first time, and the inter-face strength and connection mechanism between the alumin-um substrate and the silver film were studied.(2) The tin soldering solderability of silver film was analyzed2021, Vol. 42, No. 1TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION IIIby spreading area method.(3) The silver paste is coated by the dipping method, and the production efficiency is high.Key words: Bi2O3-B2O3-ZnO glass；silver paste；resistivity；solderability；shear strengthExperimental study on deposition rate of high efficiency hot wire GMAW welding process MA Zongbiao1， HUANG Pengfei1， ZHANG Xuanning1， WANG Yachun1， DAI Hongbo1， WANG Guanghui2 (1. Research and Development Center of Modern Welding Equipment, Beijing University of Technology, Beijing, 100124, China；2. Hangzhou Keida Welding Machine Co., Ltd., Hangzhou, 310018, China). pp 44-48Abstract: Alternating current and hot wire GMAW process is a kind of efficient welding process, the main arc of which is the traditional GMAW arc. Under the action of AC pulse preheating current, the filler wire can flow form a closed loop with the welding pool structure in the base metal. The current flows through the loop to generate resistance heat to preheat the filler wire. The filled wire preheated to high temperature will melt rapidly under the thermal influence of the liquid metal after entering the molten pool. In this experiment, the high efficiency hot wire GMAW process was studied. The study found the matching rules among the parameters such as the preheating current of the filler wire, the extension length of the filler wire, the distance between the filler wire, the main arc welding specification, etc. Finally, it was realized the deposition rate above 20 kg/h. Through the analysis of the influence rules of the above factors on the deposition efficiency, the results show that: compared with the traditional welding process, hot wire GMAW has obvious advantages in improving the deposition rate and deposition coefficient. This process has a broad application prospect in the field of high strength steel thick plate welding.Highlights: (1) Based on GMAW welding process, this pro-cess requires that the filler wire be inserted directly into the molten pool and be melted by AC pulse current. Therefore, the filler wire can be melted under the synergistic effect of resist-ance heat and main arc heat energy.(2) By analyzing the key factors affecting and the changing trend of deposition rate, this paper obtained the optimal pro-cess parameter range.Key words: hot wire；process window；deposition rate；de-position coefficientFinite element analysis of solder joint reliability of 3D packaging chip SUN Lei1,2， ZHANG Yi1， CHEN Minghe2， ZHANG Liang3， MIAO Naiming1 (1. Changzhou University, Changzhou, 213164, China；2. Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing, 210016, China；3. Jia-ngsu Normal University, Xuzhou, 221116, China). pp 49-53 Abstract:In this paper, Sn and Sn3.9Ag0.6Cu solders, which are widely used in industry, were selected as bonding materials for 3D packaging chips. The 3D packaging model was established using ANSYS finite element software. Based on the Garofalo-Arminius’s constitutive equation, the process of thermal cycle under the temperature condition from −55 ~ 125 °C. In addition, the influence of packaging structure and process parameters on the reliability of solder joint was discussed by Taguchi method. The results show that the contact area between Cu pillar and solder joint is the weak area of the whole structure, and the maximum stress appears at the second solder joint in the rightmost row of the intermetallic compound (IMC) solder joint array. Through the Taguchi method and combined with the finite element simulation results, the contribution of the four factors to S/N was obtained as follows: solder joint array, solder joint height, chip thickness, solder joint material, of which the solder joint array has the largest influence, followed by solder joint height and chip thickness, solder joint material has the least influence. Based on the optimization design, the optimal matching combination was solder joint array 3 × 3, solder joint height 0.02 mm, chip thickness 0.2 mm and solder joint material Cu6Sn5.Highlights:(1) Based on Garofalo-Arminius's constitutive equation, the stress of 3D package solder joints under thermal cycling load was simulated to reveal the weak area of the pack-age structure.(2) The 3D package structure was optimized by the Taguchi method, and the optimal combination of structure and process parameters was obtained.Key words: 3D packaging；reliability of solder joint；stress distribution；Taguchi methodIV TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION2021, Vol. 42, No. 1。
低熔点玻璃粉使用方法
低熔点玻璃粉使用方法低熔点玻璃粉是一种特殊的玻璃材料，其熔点较低，通常在600度 Celsius至800度之间。
由于其特殊性能，低熔点玻璃粉在许多领域中有广泛的应用，包括艺术创作、陶瓷、玻璃纤维制造、导体涂层等。
下面是一些关于低熔点玻璃粉的使用方法的参考内容。
1. 艺术创作：低熔点玻璃粉在艺术创作中被广泛使用，特别是在玻璃工艺品的制作中。
可以将玻璃粉与透明玻璃砂或颜料混合，然后通过烧制的方式将其粘合、融合在一起，形成漂亮的艺术品。
可以使用不同颜色和种类的玻璃粉，以及不同的烧制温度和时间，来创造出各种不同的效果。
2. 陶瓷制造：低熔点玻璃粉可以用于陶瓷的釉料制作。
可以将玻璃粉与陶瓷釉料中的其他原料混合在一起，在适当的温度下进行烧制，使得玻璃粉能够融化并覆盖在陶瓷器物的表面，增加陶瓷器物的光泽和耐磨性。
3. 玻璃纤维制造：低熔点玻璃粉可以用于制造玻璃纤维。
可以将玻璃粉与其他玻璃原料（如石英砂、碱金属碳酸盐等）混合，并将其熔化在高温的石英坩埚中，然后通过旋转法、喷射法或铺设法将熔融玻璃制成纤维状，再进行冷却和拉伸，最终得到玻璃纤维。
4. 导体涂层：低熔点玻璃粉可以用于制备导体涂层。
可以将玻璃粉与导电性较好的材料（如银粉、铜粉或导电高分子材料）混合，然后通过喷涂、印刷或电镀等方法将其涂覆在基材表面，形成导电层用于电子元器件或导电材料的制作。
5. 泥土改良剂：低熔点玻璃粉可以用作泥土改良剂，用于改善土壤的物理和化学性质。
可以将玻璃粉与泥土混合在一起，通过烧制的方式改变土壤的孔隙结构和保水能力，提高土壤的肥力和透气性。
综上所述，低熔点玻璃粉具有广泛的应用领域和使用方法。
通过在不同材料和技术中的应用，可以充分发挥低熔点玻璃粉的功能特性，实现各种不同的用途和效果。
在使用低熔点玻璃粉时，需要根据具体的需求和使用环境，选择适当的材料、工艺和参数，以确保最佳的效果和性能。
《铋系和磷系无铅低温熔化玻璃粉的合成及其在银浆中的应用》
《铋系和磷系无铅低温熔化玻璃粉的合成及其在银浆中的应用》一、引言随着环境保护意识的逐渐加强，无铅材料成为了众多领域研究的热点。
在电子封装材料中，玻璃粉作为一种重要的组成部分，其性能的优劣直接影响到电子器件的可靠性及使用寿命。
传统的铅基玻璃粉虽然具有较好的工艺性能，但铅元素的毒性及环境污染问题使其应用受到限制。
因此，开发无铅、低熔点的玻璃粉成为了当前研究的重点。
铋系和磷系无铅低温熔化玻璃粉因其独特的物理化学性质，在电子封装材料中具有广泛的应用前景。
本文将重点探讨铋系和磷系无铅低温熔化玻璃粉的合成方法及其在银浆中的应用。
二、铋系和磷系无铅低温熔化玻璃粉的合成1. 合成原料及方法铋系和磷系无铅低温熔化玻璃粉的合成主要采用高温熔融法。
原料主要包括Bi2O3（或含Bi化合物）、P2O5（或含P化合物）以及其他辅助氧化物。
首先，将原料按照一定比例混合，在高温炉中熔融，然后进行淬冷、研磨，得到玻璃粉。
2. 合成工艺参数合成过程中，温度、时间、气氛等工艺参数对最终产品的性能有着重要影响。
一般来说，熔融温度需达到一定高度，以保证原料的完全熔化；同时，熔融时间也不宜过长，以防止玻璃粉的过度结晶。
此外，合成过程中需保持一定的还原气氛，以防止Bi 和P等元素的氧化。
三、铋系和磷系无铅低温熔化玻璃粉的性能铋系和磷系无铅低温熔化玻璃粉具有较低的熔化温度、良好的润湿性、较高的化学稳定性等优点。
其熔化温度远低于传统铅基玻璃粉，有利于降低电子器件的制备成本；同时，其良好的润湿性可以提高银浆与基材的附着力，提高电子器件的可靠性。
四、铋系和磷系无铅低温熔化玻璃粉在银浆中的应用1. 提高银浆的性能将铋系和磷系无铅低温熔化玻璃粉加入银浆中，可以显著提高银浆的导电性能、附着力和耐热性能。
玻璃粉在烧结过程中可以起到粘结剂的作用，使银颗粒更加紧密地连接在一起，从而提高银浆的性能。
2. 制备工艺优化铋系和磷系无铅低温熔化玻璃粉的加入可以优化银浆的制备工艺。
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导电银浆用低熔点玻璃粉
导电银浆由导电银粉、粘合剂、创国低熔点玻璃溶剂及改善性能的微量添加剂组成，可分为聚合物导电银浆和烧结型导电银浆，二者的区别在于粘结相不同。
烧结型导电银浆使用低熔点玻璃粉作为粘结相，在500℃以上烧结成膜。
导电银浆用创国低熔点玻璃粉基本技术指标：
导电银浆产品集冶金、化工、电子技术于一体，是一种高技术的电子功能材料，主要用于制作厚膜集成电路、电阻器、电阻网络、电容器、MLCC、导电油墨、太阳能电池电极、LED、印刷及高分辨率导电体、薄膜开关/柔性电路、导电胶、敏感元器件及其他电子元器件。
金属银粉是导电银浆的主要成分，其导电特性主要靠银粉来实现。
银粉在浆料中的含量直接影响导电性能。
从某种意义上讲，银的含量高，对提高它的导电性是有益的，但当它的含量超过临界体积浓度时，其导电性并不能提高。
银浆中的银的含量一般在60～70% 是适宜的。
银微粒的大小与银浆的导电性能有关。
在相同的体积下，微粒大，微粒间的接触几率偏低，并留有较大的空间，被非导体的树脂所占据，从而对导体微粒形成阻隔，导电性能下降。
反之，细小微粒的接触几率提高，导电性能得到改善。
一般粒度能控制在3～5μm，这样的粒度仅相当于250目普通丝网网径的1/10～1/5，能使导电微粒顺利通过网孔，密集地沉积在承印物上，构成饱满的导电图形。
银微粒的形状与导电性能的关系十分密切。
用于制作导电印料的导电微粒以呈片状、扁平状、针状的为好，其中尤
以片状微粒更为上乘。
圆形的微粒相互间是点的接触，而片状微粒就可以形成面与面的接触，印刷后，片状的微粒在一定的厚度时相互呈鱼鳞状重叠，从而显示了更好的导电性能。
在同一配比、同一体积的情况下，球状微粒电阻为10-2，而片状微粒可达10-4。
由于银是贵金属，易被还原而回到单质状态，因此液相还原法是目前制备银粉的主要方法。
粘合剂是导电银浆中的成膜物质。
在导电银浆中，导电银的微粒分散在粘合剂中。
在印刷图形前，依靠被溶剂溶解了的粘合剂使银浆构成有一定粘度的印料，完成以丝网印刷方式的图形转移；印刷后，经过固化过程，使导电银浆的微粒与微粒之间、微粒与基材之间形成稳定的结合。
烧结型导电银浆主要采用低熔点玻璃粉作为粘结剂，通过有机树脂和溶剂作为中间载体，印刷图形在基材上，在烧结过程中，有机树脂和溶剂挥发分解，低熔点玻璃粉熔融成膜，与导电银粉形成牢固可导电的涂层。
当低熔点玻璃粉含量不变时，电阻率在一定范围内随着
银粉的含量逐渐增加而降低。
当银粉含量过大时，电阻率反而升高。
因为银粉含量过大，低熔点玻璃粉含量不变，即浆料的固体含量过大，有机载体含量过低，那么浆料的黏度过大，流平性差，丝网印刷时，不易形成连续致密的银膜，故电阻率过大。
当银粉含量不变时，电阻率在一定范围内随着低熔点玻璃粉含量的逐渐增加，电阻率逐渐升高，导电性能越差。
在浆料烧结过程中，随着温度升高，低熔点玻璃粉熔融，由于毛细作用浸润并包裹银颗粒，银粉以银离子的形式溶解在熔融的玻璃相。
当浆料中的低熔点玻璃粉含量很少时，银粉由于缺少液相而不能铺展在基板上，银粒子倾向于沿垂直方向生长，导致银粒子之间的接触变差。
当低熔点玻璃粉含量增加到某一值时，低熔点玻璃粉能够有效润湿银粉，使银粉充分铺展在基板上，银粒子沿水平方向生长，银粒子的接触更加紧密，能够有效形成导电网络。
当低熔点玻璃粉含量继续增加，多余的低熔点玻璃粉就
会聚集在表面上，导致电性能下降，电阻率增加。
同时，当低熔点玻璃粉含量过高时，有机载体的含量就越低，有机载体的含量直接影响到浆料的黏度，有机载体的含量越低，浆料的黏度越高，在印刷的过程中，浆料的流平性很差，不利于浆料分布均匀，银粉与低熔点玻璃粉容易成团聚态。