浆料成分对银导体浆料性能的影响

形成一体，１０２．９２ ｎｍ的Ａｇ粉显示了同样优秀的可焊 性能，１．００ ｐｍ的Ａｇ由于活性相比较差，可焊性能也 相对较差。同时，对比同组Ａｇ粉不同粒径玻璃粉也发
参考文献 Ｅｌｌ ＴＡＹＬＯＲ Ｅ，ＦＥＬＴＥＮ Ｊ，ＬＡＲＲＹ Ｊ．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ
ｌｏｗ—ｃｏｓｔ ｓｉｌｖｅｒ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｔｈｉｃｋ－ｆｉｌｍ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ［刀．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ—
然后将有机载体加入并搅拌均匀后，用三辊轧机轧制成 电子浆料，期间进行浆料粘度调节。然后将调制好的电 子浆料用相同的丝网印刷工艺印刷到９６％的Ａｌｚｏａ基 片上。印刷好的试样在空气中放置５～１０ ｍｉｎ，待其流 平后在１２０，－－，１５０℃恒温干燥箱中干燥１０～２０ ｒａｉｎ，然 后在梯度炉中烧成，峰值温度为８５０℃，保温２０ ｒａｉｎ。
１６３．ｃｏｒｎ
８０４
万方数据
一浆料成分对银导体浆料性能的影响 密度远大于有机载体的密度，当固含量提高时，浆料中
的固相率大大提高（见图２），固相间的距离变小，相互
江成军等
８０ —７０ ‘口∞
’
５０
的摩擦阻力增大，宏观表现为浆料粘度的提高。试验过
曼４０
程中略作调整，基本保证浆料粘度维持同一粘度。
囊ｚ３。０
体，固定Ａｇ粉的含量为９６％，玻璃粉含量为４％，研究
固含量变化对导体浆料粘度的影响。图１为固含量在
６５％～８０％范围内对浆料粘度的影响。可见，浆料的粘
度随固含量提高而增大。这是由浆料的结构所决定的。
有机载体是一个多维的分散体系，而固相作为功能相均
匀分散于多维体系中，浆料的粘度由两部分组成：液相
载体问的粘滞力和固相间的摩擦阻力［７］。由于固相的
１０２．９２ ｎｍＡｇ粉与５．２４弘ｍ玻璃粉的组合，其方阻值 很小，膜层更为致密，这是由于在烧结过程中，合适粒度 的玻璃融熔后能够使Ａｇ颗粒迅速再排列和更有效地 密集填充空隙，促进膜层的致密化，最终导致膜层电阻 的降低。
表１为采用不同粒径Ａｇ粉与玻璃粉组合时，导体
（ａ）Ｉ．００弘ｍ，０．３５ ｐｍ（ｂ）１．００弘ｍ，１．０３ ｂｔｍ
８０％；在试验范围内，导体方阻随着玻璃粉的含量呈现先减小后增大的趋势，推荐玻璃粉最佳含量为３％；玻璃粉粒径与
Ａｇ粒径对导体浆料的性能均有影响，对于导电性能而言，不同粒径Ａｇ粉与玻璃粉之间存在最佳组合。对可焊性而言，平
均粒径为１０２．９２、２０４．２６ ｎｍ的Ａｇ粉具有良好的可焊性，玻璃粉粒径对可焊性也有一定影响。
——重有色合金——特种铸造及有色合金 ２００８年第２８卷第１０期 浆料成分对银导体浆料性能的影响
江成军 张振忠 赵芳霞 段志伟王超 （南京工业大学材料科学与工程学院）
摘要试验以直流电弧等离子体法自制的超细银粉为原料，通过改变浆料各成分配比，结合金相显微镜、ＥＤＳ等分析手
段，研究了各成分对最终烧成厚膜导体性能的影响。结果表明，浆料的粘度随固含量的增加而增大，试验推荐固含量为
ｍｇｌ／口）的变化规律。
４％（见图４ｃ）导带最为致密，其导体浆料的方阻也最
（ａ）２％
（ｂ）３％ 图４
（ｃ）４％
（ｄ）５％
不同玻璃粉含量导体浆料的微现形貌
‘ｅＪ ｂ绚
小。玻璃粉含量为５％时，导带的致密性最差，图中出
设备测试范围。造成此结果的可能原因是：一方面Ａｇ
现了许多大的空洞，图５为图４中两典型区域（黑框所 粉粒径减小至ｎｍ量级后，电阻增大阻３；另一方面Ａｇ粉
关键词超细银粉；厚膜导体浆料；性能
中图分类号ＴＧｌ４６．３＋２
文献标志码Ａ文章编号１００１—２２４９（２００８）ｉ０—０８０４—０３
ＤｏＩ：１０．３８７０／ｔｚｚｚ．２００８．１０．０２４
自２０世纪７０年代以来，厚膜导体浆料在电子工业 中的应用得到了迅速发展，它是厚膜混合集成电路中用 途最广、用量最大的一种浆料［１］。将这种浆料按照一定 形状经丝网印刷或涂敷于基板上，经烧结后成为具有良 好导电性的导电材料，其作用是固定分立的有源器件和 无源器件作为元件之间的互连线和厚膜电容上下电极 及外引的焊区等［２］。厚膜银导体浆料作为其中应用最 广泛的一种浆料得到了广泛的研究，然而其中仍有一些 问题未得到很好的解决［３“］。直流电弧等离子体法是 近年来发展较快的一种制备超细粉体的方法［５’６］，由于 其蒸发温度高，可制备得到粒径分布窄、纯度高的粉体， 便于工业化生产等很多优点，得到了广泛的研究，然而 在对其制备出来的粉体的应用研究方面报道却很少。 本课题以直流电弧等离子体法自制的超细银粉为原料， 研究了浆料各成分含量、性能对浆料性能的影响规律， 以期为厚膜银导体浆料的生产应用及等离子体制备所 得粉体的应用起到一定的参考意义。
现，玻璃粉的粒径对导体的可焊性能也有影响。
ａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，Ｈｙｂｒｉｄｓ，ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
表ｌ不同粒径Ａｇ粉与玻璃粉组合的可焊性能
％
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心 ］ ＴＡＰＡＮ Ｋ Ｇ．厚薄膜混合微电子学手册［Ｍ］．王瑞庭译．北京：电
（ｋ）１０２·９２ ｎｍ，１·９４灿（１）１０２·９２ ｎｍ，５·２４ ｔａｎ
图７不同粒径固相粉体组合形成导带的形貌
浆料可焊接性能的测试结果。其中２０４．２６ ｎｍ组可焊 荐玻璃粉最佳含量为３％。
性最佳，１０２．９２ ｎｍ次之，１．００肛ｍ最差，这说明Ａｇ粉
（３）玻璃粉粒径与Ａｇ粒径对导体浆料的性能均
８０５
——特种铸造及有色合金 ２００８年第２８卷第１０期
对于任意粒径的Ａｇ粉，玻璃粉的粒径不是越细越好； 最细的０．３５弘ｍ反而会因为在烧结过程中，由于玻璃 粉的粒度过细，容易导致Ａｇ颗粒的偏聚，使得膜层的 方阻升高。同样Ａｇ粉的粒径也并非越细越好，粉体越 细反而也会因为其自身的电阻提高、致密化过程中相互 接触点变少而影响烧结膜层整体的导电性能。而对于
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３ 结论
按照ＧＢ／Ｔ １７４７３—１９９８规定测试方法测试导体浆 料的粘度、导体膜层的方阻及可焊性，采用ＸＪＸ－１００型 金相显微镜以及ＪＳＭ－５９００型扫描电子显微镜进行膜 层的微观形貌分析，并结合ＥＤＳ进行表面元素分析。
２试验结果与讨论
２．Ｉ 固含量对导体浆料粘度的影响
选择平均粒度为２０４．２６ ｎｍ的Ａｇ粉作为试验粉
的粒径对导体的焊接性能具有一定的影响。２０４．２６
有影响，对于导电性能而言，不同粒径Ａｇ粉与玻璃粉
ｎｍ的Ａｇ粉的可焊性最好，这是因为Ａｇ粉粒径细化 之间均存在最佳组合。对可焊性而言，粒径为１０２．９２
后，表面活性增强，与焊料的润湿性能提高，容易与焊料
ｎｍ、２０４．２６ ｎｍ的Ａｇ粉具有良好的可焊性。
∞ ］ 安少华，张振忠，路成杰，等．直流氢电弧等离子体蒸发法制备纳米 Ｃｕ粉［Ｊ］．特种铸造及有色合金，２００７，２７（６）：４８８—４９０．
（１）浆料的粘度与固含量呈正增长关系，固含量越 大，浆料中的固相率越高，试验推荐固含量为８０％。
（２）在试验范围内，玻璃粉含量在２％，－－－６％范围内 提高，导体方阻呈现先减小后增大的趋势，玻璃粉含量 过低，Ａｇ粉易在烧成的过程中发生轻微的团聚，玻璃
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粒径过小，烧成后膜层收缩严重，致密性变差，方阻上 升。其他粒径Ａｇ粉与不同粒径玻璃粉配合对导体方
接起来，因此其方阻也就明显大于其他玻璃粉含量的试
阻的影响见图６。可见，对于粒径为１．００／ｚｍ的Ａｇ粉
样。以上分析结果可以得出，玻璃粉在４％～６％范围
பைடு நூலகம்
１０
２．２ 固相中各组分含量对导体浆料导电性能的影响
Ｏ
选择１．００弘ｍ Ａｇ粉作为试验原料，固含量为定值
２０％，研究固相中玻璃粉和Ａｇ粉含量变化对导体浆料
图３玻璃粉含量对导体方阻的影响
的影响。图３表示了玻璃粉含量在２％～６％范围内变
图４为玻璃粉含量在２％～６％范围内导体浆料烧
化（Ａｇ含量对应于９４％～９８％）时，导体方阻（单位为 成后的表面形貌。可见，玻璃粉含量在３％（见图４ｂ）与
（ｃ）１．００肛ｍ，１．９４ ｐｍ（ｄ）１．００ ｐｍ·５．２４，ｕｍ（ｅ）２０４．２６ ｎｍ，０．３５ ｐｍ（ｆ）２０４．２６ ｎｍ·Ｉ．０３ ｐｍ
ｍ，１·９４ （ｇ）２０４·２６
ｔａｎ（ｈ）２０４·２６
ｎｍ，５－２４／Ｌｍ（１）１０２·９２ ｎｍ，０·３５炉（ｊ）１０２·９２
ｒｌ＿ｎ１９ｌ·０３ ｔａｎ
１’试验部分
银导体浆料由银粉、玻璃料和有机载体组成。有机 载体主要调整导体浆料的工艺性能；银粉决定导电性 能；玻璃料决定附着强度，并具有性能调整的作用。首 先采用自行研制的高真空双枪直流电弧等离子体法设 备制备出所需的纳米银粉，所用材料质量分数（下同）为 ９９．９９％的金属银，工作气体为纯度＞９９．９９％的氩气和 纯度为９９．７％的氢气，然后采用湿法球磨得到所需粒 径的玻璃粉。将超细银粉与玻璃粉按一定比例混合，在 玛瑙研钵中研磨混合，再加入一定量表面活性剂于酒精 中进行超声分散，之后烘干，得到分散均匀的固相粉体。
内升高时，烧成后形成的厚膜导带中金属粉之间无法很
Ｐ
好的接触，导体方阻逐渐升高。当玻璃粉含量为２％
‘口
●
ａ
时，由于浆料中玻璃粉的含量过低，液相量不足，使烧结
３
、～
致密化的驱动力不足，固体粉粒不能被完全润湿从而影
蛊 投
响其致密性，导致导带的致密性降低，方阻也随之增大。
＾ｇ
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一
能量／ｋｅｙ
熊量／ｋｅｙ
（ａ）１区
（ｂ）２区
图５ 图５ｄ中选区位置的ＥＤＳ能谱图
２．３ 固相粒径对导体浆料性能的影响
固定浆料中固含量为８０％，固相中玻璃粉含量为 ３％，研究不同Ａｇ粉粒径、不同玻璃粉粒径对导体浆料 性能的影响。选取Ａｇ粉平均粒径分别为１．００肛ｍ、 ２０４．２６ ｎｍ、１０２．９２ ｎｍ、４１．９８ ｎｍ，玻璃粉粒径分别为 ５．２４、１．９４、１．０３和０．３５／ｚｍ。试验发现，当Ａｇ粉粒径 为４１．９８ ｎｍ时，８５０℃烧成后导体方阻很大，超出测试
万方数据
图６ 固相粒径对导体方阻的影响
和２０４．２６ ｎｍ的Ａｇ粉，随着玻璃粉粒径的增大，导体 方阻呈现先减小后增大的现象，方阻的最小值分别出现 在玻璃粉粉粒径为１．９４肛ｍ和１－０３ ｐｍ处。而１０２．９２ ｎｍ Ａｇ粉方阻变化的趋势比较复杂，出现了先减小后 增大然后又减小的趋势。总结３种粒径Ａｇ粉的规律 可以看出，在试验所测范围（除１０２．９２ ｎｍ的Ａｇ与 ５．２４肚ｍ玻璃的组合外），均存在最佳组合。这可能是 由于Ａｇ粉与玻璃粉的粒径处于一定组合时，在烧结过 程中，银粉和粘结剂以及基板之间实现了良好的匹配， 使得烧结膜层的连续性、一致性较好，方阻也随之下降。 图７表示了１．００ ｐｍ、２０４．２６ ｎｍ、１０２．９２ ｎｍ的Ａｇ粉 分别与０．３５、１．０３、１．９４和５．２４ ９ｍ玻璃粉组合后烧 成导带的形貌，结合图６发现，处于最低方阻值的组合 是图７ｃ、图７ ｆ和图７ ｊ，其导带的致密性均为同组最佳。
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图１ 固含量时导体浆料粘
图２ 固相率与固含量的关
度的影响
系
收稿日期：２００８—０５—１１ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（１０５０２０２５）；江苏省高校自然科学基金资助项目（０５ＫＪＢｌ３００４２１） 第一作者简介：江成军，男，１９８３年出生，硕士研究生，南京工业大学材料科学与工程学院，南京（２１０００９），电话：０２５—８３５８７７６６，Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｉａｎｇ＿ｃｊｕｎ＠