银粉对导电银浆表面微结构及导电性能的影响实践

薛红俊，孙茹，严皓梁，邢陈陈

（1.无锡市清之源环境服务有限责任公司，江苏 无锡 214135：2.京瓷（无锡）电子材料有限公司，江苏 无锡 214135）

0 引言

导电银浆作为电子产业的重要加工材料在近年来受到越来越多的关注，其相关技术发展和应用也越来越普遍。以金属银粉为主要填料，高分子树脂为辅料，再加上其它助剂是导电银浆的常用配方。银粉颗粒在烧结的过程中相互融合形成导电网络，因此银浆固化膜的导电性能与银浆烧结后网络的致密性息息相关[1]。为了提升银浆导电性能，对不同银粉条件下银浆固化膜微观结构情况及导电性情况进行试验。

1 试验

试验中所用的银粉包括以下四种型号：

1#银粉：颗粒粒径0.55μm，振实密度3.81g/cm3，比表面积1.44m2/g。

2#银粉：颗粒粒径0.95μm，振实密度3.01g/cm3，比表面积1.67m2/g。

3#银粉：颗粒粒径1.35μm，振实密度5.61g/cm3，比表面积1.51m2/g。

4#银粉：颗粒粒径1.65μm，振实密度2.31g/cm3，比表面积1.39m2/g。

试验中，混合银粉导电银浆中银粉占比为80%，有机助剂配比占15%，玻璃粉占比5%。导电银浆的制备主要流程如下：银粉、玻璃粉、有机助剂混合均匀→研磨（颗粒细度低于5μm）→脱泡→导电银浆（黏度在200～230Pa•s范围内）。先将导电银浆印刷在氧化铝陶瓷板上，印刷丝网目数250，印刷静置时间10min，待银浆溜平后将其置于烘箱内烘干，温度设置150℃，烘干时间10min。印刷膜层烘干透彻之后将其放入烧结炉内，烧结温度850℃，烧结时间10min。烧结完毕后自然冷却，得到导电银浆固化膜样品[2]。对制得的试验样品进行导电性能测试。采用扫描电镜对固化膜表面微观形貌进行观察分析，采用探针仪检测固化膜样品方阻大小，采用拉力测试仪对银浆固化膜附着力机械进行检测。

2 结果

1#、2#、3#、4#银粉在扫描电镜下的微观形貌如图1所示。

图1 四种型号银粉扫描电镜图

从银粉扫描电镜图中可以得到明显的银粉微观形态，1#银粉颗粒形状不规则，存在少量团聚，粒径分布较宽；2#银粉颗粒形状不规则，有少量团聚，粒径分布比1#银粉颗粒稍微均匀；3#银粉颗粒形状规则，呈球形，大小尺寸没有较明显差距，没有发现团聚，颗粒分散性好；4#银粉颗粒形状不规则，粒径分布间距宽，有少量团聚。

上述四种不同类型的银粉分布作为原料制备导电银浆，然后对烧结后的固化膜进行导电性能测定，测定结果见表1。

表1 不同类型银粉固化膜层导电方阻测试结果

根据表1中的方阻测试结果可知，不同类型的银粉会对导电银浆导电性能带来影响。4#银粉导电银浆固化膜层方阻均值7.4mΩ，在四种银粉类型中其导性最差；3#银粉导电银浆固化膜层方阻均值为3.2mΩ，是四种银粉中导电性最好的；1#和2#银粉导电性一般。结合图1中四种类型银粉的微观形貌特点分析，3#银粉颗粒分散性最好，颗粒大小更加一致，在烧结过程中银粉颗粒之间接触性良好，有利于热量和物质相互传递，得到致密的烧结效果，最终表现出固化膜层导电性最佳[3]。4#银粉颗粒形状不规则，银粉颗粒之间间隙较多容易形成孔洞，烧结的过程中银粉颗粒之间接触性差，不利于热量和物质相互传递，因此烧结致密性差，固化膜层方阻最大，导电性能不佳。对3#、4#银粉烧结固化膜进行电镜扫描，得到更加直观的微观形貌对比结果，如图2所示。

图2 银粉固化膜扫描电镜图

银粉固化膜导电性与银浆烧结致密性息息相关，在单一银粉的基础上添加玻璃粉和有机助剂，试验增加配方后的混合银粉在烧结活性以及固化膜导电性能上是否发生变化。以3#银粉为基础原料，银粉颗粒呈球形且粒径均值为50nm。保持银粉：玻璃粉：有机助剂质量配比为80%：5%：15%不变，调整普通银粉和纳米银粉的质量比例（72%：8%；74%：6%；76%：4%；78%：2%），分别进行试验。对不同银粉质量配比情况下银浆固化膜方阻进行测定，结果发现：当普通银粉和纳米银粉的质量比为78%：2%时，银浆固化膜方阻值最大为3.21mΩ；当普通银粉和纳米银粉的质量比为76%：4%时，银浆固化膜方阻值为2.91mΩ；当普通银粉和纳米银粉的质量比为74%：6%时，银浆固化膜方阻值最低为2.11mΩ；而当普通银粉和纳米银粉的质量比为72%：8%时，银浆固化膜方阻值为3.01mΩ，有所增加。根据测定结果进行分析，在一定范围内增加纳米银粉质量比有利于降低固化膜方阻，随着纳米银粉加入量增多，反而不利于固化膜导电性。可能的原因是纳米银粉增多提高了银粉团聚性，使银粉孔隙率降低，当超过银粉孔隙率临界值后，电子在银浆固化膜运行的接触电阻和隧穿电阻增大，对导电性能反而带来不利影响[4-5]。对不同混合银粉烧结固化膜进行电镜扫描，如图3所示。

图3 不同混合银粉固化膜扫描电镜图

3 结语

不同类型的银粉对银浆固化膜导电性能有影响，银粉颗粒粒径一致性越高，分散性越好的银粉对银浆固化膜导电性能有利。在普通银粉中加入纳米银粉，通过调节银粉加入比例可以进一步改善银粉固化膜导电性能。实际生产中可以通过改善配备发挥出银粉颗粒之间最佳的接触和传质效应，提升导电膜性能和烧结外观。