CN106876005A - Sn‑Cu复合电子浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Sn‑Cu复合电子浆料，按照质量百分比，由以下组分组成：预包覆铜粉55％～85％、锡粉5％～15％、有机载体10％～30％，合计为100％。本发明还公开了该种Sn‑Cu复合电子浆料的制备方法，以及该种Sn‑Cu复合电子浆料的印刷方法。本发明利用氯化石蜡对经过表面改性后的铜粉进行预包覆，采用锡粉作为粘结相，将导电相与锡粉、有机载体均匀混合制得Sn‑Cu复合电子浆料，可降低电子浆料的烧结温度，有效控制铜粉在烧结过程中的氧化速度，从而提高电子浆料的导电性能及粘结性；其工艺路线简单，原料易得，生产成本低，不含铅镉成分，无污染。

Description

Sn-Cu复合电子浆料及其制备方法

技术领域

本发明属于电子浆料技术领域，涉及一种Sn-Cu复合电子浆料，本发明还涉及该种Sn-Cu复合电子浆料的制备方法，以及该种Sn-Cu复合电子浆料的印刷方法。

背景技术

电子浆料已经广泛运用于集成电路、表面封装、微电子技术等电子行业。随着现代技术的不断发展，在电子行业对于电子浆料性能的要求越来越高，而由于高性能的电子浆料价格都比较昂贵，抑制了电子浆料领域的发展。

电子浆料一般由导电相、粘结相和有机载体三大部分组成，提高电子浆料的性能一般是从导电相和粘结相入手，而解决电子浆料粘结性问题就得改变粘结相的组成。在电子浆料烧结过程中由于粘结相的粘结作用将烧结后的导电相粘结在陶瓷基板上，所以粘结相的选取直接影响着电子浆料的质量。

现有的电子浆料基本上都采用玻璃粉作为粘结相，但是玻璃粉的导电能力较差，影响电子浆料的导电性能。因此，研发高性能、低成本的电子浆料也是当今电子浆料领域的研究热点之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种Sn-Cu复合电子浆料，解决了现有技术中铜电子浆料导电性差，烧结粘结性差、烧结温度过高、铜粉易氧化的问题。

本发明的第二个目的是提供该种Sn-Cu复合电子浆料的制备方法。

本发明的第三个目的是提供该种Sn-Cu复合电子浆料的印刷方法。

本发明所采用的技术方案是，一种Sn-Cu复合电子浆料，按照质量百分比，由以下组分组成：预包覆铜粉55％～85％、锡粉5％～15％、有机载体10％～30％，合计为100％。

本发明所采用的第二个技术方案是，一种Sn-Cu复合电子浆料的制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1，制取预包覆铜粉

称取铜粉，用质量分数为5％～10％的稀硫酸对该铜粉进行酸洗处理；采用甲醛溶液对酸洗后的铜粉进行清洗3-5次，将清洗后的铜粉混入熔化后的氯化石蜡中，搅拌均匀，然后置于氨气或氮气气氛中，80℃～90℃的温度烘干，即得到预包覆铜粉；

步骤2，配制有机载体

有机载体的组分由有机溶剂、增稠剂、表面活性剂、偶联剂、消泡剂组成；按照质量百分比，分别称取75％～85％有机溶剂、10％～15％增稠剂、1％～3％表面活性剂、2％～4％偶联剂、1％～3％消泡剂；将该五种组分搅拌混合均匀，制得有机载体；

步骤3，配制Sn-Cu复合电子浆料

按照质量百分比，分别称取55％～85％预包覆铜粉、5％～15％锡粉、10％～30％有机载体，各组分的质量百分比之和为100％；将配制好的预包覆铜粉与锡粉混合，研磨搅拌，再加入步骤2制得的有机载体中，搅拌均匀；然后进行超声波分散，使得预包覆铜粉与锡粉分散均匀，制得Sn-Cu复合电子浆料。

本发明所采用的第三个技术方案是，一种Sn-Cu复合电子浆料的印刷方法，采用上述的Sn-Cu复合电子浆料，按照以下步骤实施：

步骤1、进行Sn-Cu复合电子浆料的电路印刷

用乙醇清洗氧化铝陶瓷基片，然后采用丝网印刷的方式将Sn-Cu复合电子浆料印刷在氧化铝陶瓷基片上；在每个氧化铝陶瓷基片上重复印刷Sn-Cu复合电子浆料3-7次，印刷膜的总厚度为0.04～0.2毫米；印刷完成后将氧化铝陶瓷基片置于水平状态，静置5-20分钟，直至丝网网纹消失；

步骤2、烧制样品

将上一步制得的氧化铝陶瓷基片放入反应釜中，在氮气气氛保护下，以5-15℃/分钟的递增速度加热到烧结温度，最终的烧结温度为250～450℃，保温5～15分钟，随炉冷却，制得氧化铝陶瓷基片样品。

本发明的有益效果是，

1)该Sn-Cu复合电子浆料，利用熔化后的氯化石蜡对经过表面改性后的粒径1～15μm的球形铜粉进行预包覆，得到铜粉的预包覆体，然后干燥得到包覆粉体。采用锡粉作为粘结相，将导电相与锡粉、有机载体均匀混合制得Sn-Cu复合电子浆料。

2)该Sn-Cu复合电子浆料，采用氯化石蜡对铜粉进行预包覆处理，利用氯化石蜡较好的的安定性使得酸洗后的铜粉能够长时间保存不被氧化。利用氯化石蜡在120℃就能够自行分解，且能够促进金属氧化分解的性质，促进铜粉中极少量残余氧化铜在烧结过程中分解，进一步提高电子浆料的导电性。

3)该Sn-Cu复合电子浆料，利用锡粉代替一般电子浆料粘结相所用的玻璃粉，可降低电子浆料的烧结温度，有效控制铜粉在烧结过程中的氧化速度，从而提高电子浆料的导电性能及粘结性；

4)该Sn-Cu复合电子浆料及其制备和印刷应用，其工艺路线简单，原料易得，生产成本低，不含铅镉成分，无污染。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的Sn-Cu复合电子浆料，按照质量百分比，由以下组分组成：预包覆铜粉55％～85％、锡粉5％～15％、有机载体10％～30％，合计为100％。

本发明Sn-Cu复合电子浆料的制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1，制取预包覆铜粉

称取1～15μm粒径的铜粉，用质量分数为5％～10％的稀硫酸对该铜粉进行酸洗处理(去氧化处理)；采用甲醛溶液对酸洗后的铜粉进行清洗3-5次，将清洗后的铜粉混入熔化后的氯化石蜡中，搅拌均匀，然后置于氨气或氮气气氛中，在80℃～90℃的温度烘干，即得到预包覆铜粉，作为导电相备用。

步骤2，配制有机载体

有机载体的组分由有机溶剂、增稠剂、表面活性剂、偶联剂、消泡剂组成；按照质量百分比，分别称取75％～85％有机溶剂、10％～15％增稠剂、1％～3％表面活性剂、2％～4％偶联剂、1％～3％消泡剂；将该五种组分搅拌混合均匀，制得有机载体；

其中，有机溶剂为松油醇、苯甲酸乙酯、松节油的一种或几种混合而成；增稠剂为乙基纤维素、丙烯酸树脂、硅凝胶的一种或几种混合而成；表面活性剂为卵凝脂、单硬脂酸甘油酯的一种或几种混合而成。

步骤3，配制Sn-Cu复合电子浆料

按照质量百分比，分别称取55％～85％预包覆铜粉、5％～15％锡粉、10％～30％有机载体，各组分的质量百分比之和为100％；

采用锡粉作为粘结相，锡粉粒径为1～15μm；将配制好的预包覆铜粉与锡粉混合，研磨搅拌，再加入步骤2制得的有机载体中，搅拌均匀；

然后进行超声波分散，使得预包覆铜粉与锡粉分散均匀，制得Sn-Cu复合电子浆料。

本发明Sn-Cu复合电子浆料的印刷方法，按照以下步骤实施：

步骤1、进行Sn-Cu复合电子浆料的电路印刷

用乙醇清洗氧化铝陶瓷基片(经过对比试验，氧化铝陶瓷基片的印刷效果较好)，然后采用丝网印刷的方式将上述的Sn-Cu复合电子浆料印刷在氧化铝陶瓷基片上，制备每一个样品时所施加的刮板压力控制一致；在每个氧化铝陶瓷基片上重复印刷Sn-Cu复合电子浆料3-7次，印刷膜的总厚度为0.04～0.2毫米；印刷完成后将氧化铝陶瓷基片置于水平状态，静置5-20分钟，直至丝网网纹消失。

步骤2、烧制样品

将上一步制得的氧化铝陶瓷基片放入反应釜中，在氮气气氛保护下，以5-15℃/分钟的递增速度加热到烧结温度，最终的烧结温度为250～450℃，保温5～15分钟，随炉冷却，制得氧化铝陶瓷基片样品。

实施例1

步骤1，取粒径在1μm的(球形)铜粉，并用质量分数为5％的稀硫酸对铜粉进行酸洗处理；采用甲醛溶液对酸洗后的铜粉进行清洗3次，将清洗后的铜粉混入熔化后的氯化石蜡中，在氨气或氮气气氛中于80℃的温度直至烘干，即得到预包覆铜粉，作为导电相备用；

步骤2，按质量百分比75％：15％：3％：4％：3％称取有机载体各组分松油醇、乙基纤维素、卵凝脂、偶联剂、消泡剂，混合于烧杯中，搅拌均匀，制得有机载体；

步骤3，将配制好的预包覆铜粉与粒径1μm的锡粉混合，研磨搅拌，再加入步骤2制得的有机载体中，三种组分的质量百分比为：预包覆铜粉55％、锡粉15％、有机载体30％；进行超声波分散，使得铜粉和锡粉分散的更加均匀，制得Sn-Cu复合电子浆料；

步骤4，用乙醇清洗氧化铝陶瓷基片，然后采用丝网印刷的方式将Sn-Cu复合电子浆料印刷在氧化铝陶瓷基片上，且制备每一个样品时所施加的刮板压力要控制一致，且重复印刷3次；印刷膜的总厚度0.04毫米；印刷完成后将氧化铝陶瓷基片置于水平，静置5分钟；

步骤5，将上一步制得的氧化铝陶瓷基片放入反应釜中，在氮气气氛保护下，以5℃/分钟的增速加热到烧结温度，烧结温度为250℃，保温5分钟，随炉冷却，制得样品。

实施例2

步骤1，取粒径在10μm的(球形)铜粉，并用质量分数为8％的稀硫酸对铜粉进行酸洗处理；采用甲醛溶液对酸洗后的铜粉进行清洗4次，将清洗后的铜粉混入熔化后的氯化石蜡中，在氨气或氮气气氛中于85℃的温度直至烘干，即得到预包覆铜粉，作为导电相备用；

步骤2，按质量比80％：12％：2％：4％：2％称取有机载体各组分苯甲酸乙酯、丙烯酸树脂、卵凝脂、偶联剂、消泡剂，混合于烧杯中，搅拌均匀，制得有机载体；

步骤3，将配制好的预包覆铜粉与粒径在5μm的锡粉混合，研磨搅拌，再加入步骤2制得的有机载体中，三种组分的质量百分比为：预包覆铜粉70％、锡粉10％、有机载体20％；进行超声波分散，使得铜粉和锡粉分散的更加均匀，制得Sn-Cu复合电子浆料；

步骤4，用乙醇清洗氧化铝陶瓷基片，然后采用丝网印刷的方式将Sn-Cu复合电子浆料印刷在氧化铝陶瓷基片上，且制备每一个样品时所施加的刮板压力要控制一致，且重复印刷5次；印刷膜的总厚度0.1毫米左右；印刷完成后将氧化铝陶瓷基片置于水平，静置15分钟左右；

步骤5，将上一步制得的氧化铝陶瓷基片放入反应釜中，在氮气气氛保护下，以10℃/分钟的增速加热到烧结温度，烧结温度为350℃，保温10分钟，随炉冷却，制得样品。

实施例3

步骤1，取粒径为15μm的(球形)铜粉，并用质量分数为10％的稀硫酸对铜粉进行酸洗处理；采用甲醛溶液对酸洗后的铜粉进行清洗5次，将清洗后的铜粉混入熔化后的氯化石蜡中，在氨气或氮气气氛中于90℃的温度直至烘干，即得到石蜡包覆的铜粉，作为导电相备用；

步骤2，按质量比85％：10％：1％：3％：1％称取有机载体各组分松节油、硅凝胶、单硬脂酸甘油酯、偶联剂、消泡剂，混合于烧杯中，搅拌均匀，制得有机载体；

步骤3，将配制好的预包覆铜粉与粒径为15μm的锡粉混合，研磨搅拌，再加入步骤2制得的有机载体中，三种组分的质量百分比为：预包覆铜粉85％、锡粉5％、有机载体10％；进行超声波分散，使得铜粉和锡粉分散的更加均匀，制得Sn-Cu复合电子浆料；

步骤4，用乙醇清洗氧化铝陶瓷基片，然后采用丝网印刷的方式将Sn-Cu复合电子浆料印刷在氧化铝陶瓷基片上，且制备每一个样品时所施加的刮板压力要控制一致，且重复印刷7次；印刷膜的总厚度0.2毫米；印刷完成后将氧化铝陶瓷基片置于水平，静置20分钟；

步骤5，将上一步制得的氧化铝陶瓷基片放入反应釜中，在氮气气氛保护下，以15℃/分钟的增速加热到烧结温度，烧结温度为450℃，保温15分钟，随炉冷却，制得样品。

Claims (4)

1.一种Sn-Cu复合电子浆料，其特征在于，按照质量百分比，由以下组分组成：预包覆铜粉55％～85％、锡粉5％～15％、有机载体10％～30％，合计为100％。

2.一种Sn-Cu复合电子浆料的制备方法，其特征在于，按照以下步骤实施：

步骤1，制取预包覆铜粉

称取铜粉，用质量分数为5％～10％的稀硫酸对该铜粉进行酸洗处理；采用甲醛溶液对酸洗后的铜粉进行清洗3-5次，将清洗后的铜粉混入熔化后的氯化石蜡中，搅拌均匀，然后置于氨气或氮气气氛中，80℃～90℃的温度烘干，即得到预包覆铜粉；

步骤2，配制有机载体

有机载体的组分由有机溶剂、增稠剂、表面活性剂、偶联剂、消泡剂组成；按照质量百分比，分别称取75％～85％有机溶剂、10％～15％增稠剂、1％～3％表面活性剂、2％～4％偶联剂、1％～3％消泡剂；将该五种组分搅拌混合均匀，制得有机载体；

步骤3，配制Sn-Cu复合电子浆料

按照质量百分比，分别称取55％～85％预包覆铜粉、5％～15％锡粉、10％～30％有机载体，各组分的质量百分比之和为100％；将配制好的预包覆铜粉与锡粉混合，研磨搅拌，再加入步骤2制得的有机载体中，搅拌均匀；然后进行超声波分散，使得预包覆铜粉与锡粉分散均匀，制得Sn-Cu复合电子浆料。

3.根据权利要求2所述的Sn-Cu复合电子浆料的制备方法，其特征在于：所述的铜粉和锡粉的粒径均为1～15μm。

4.一种Sn-Cu复合电子浆料的印刷方法，其特征在于：采用权利要求2或3制备的Sn-Cu复合电子浆料，按照以下步骤实施：

步骤1、进行Sn-Cu复合电子浆料的电路印刷

用乙醇清洗氧化铝陶瓷基片，然后采用丝网印刷的方式将Sn-Cu复合电子浆料印刷在氧化铝陶瓷基片上；在每个氧化铝陶瓷基片上重复印刷Sn-Cu复合电子浆料3-7次，印刷膜的总厚度为0.04～0.2毫米；印刷完成后将氧化铝陶瓷基片置于水平状态，静置5-20分钟，直至丝网网纹消失；

步骤2、烧制样品

将上一步制得的氧化铝陶瓷基片放入反应釜中，在氮气气氛保护下，以5-15℃/分钟的递增速度加热到烧结温度，最终的烧结温度为250～450℃，保温5～15分钟，随炉冷却，制得氧化铝陶瓷基片样品。