含铜导电浆料和由含铜导电浆料制成的电极制造技术

本文公开了含铜(含Cu)导电浆料，通过焙烧基板上的含Cu导电浆料形成的铜(Cu)电极，以及包括具有此类Cu电极的结构元件的制品，其中所述含Cu导电浆料包含分散于有机介质中的Cu、Ge和B颗粒的粉末混合物。

Copper containing conductive paste and electrode made of copper conductive paste

This paper discloses copper (Cu) conductive paste by roasting substrate containing Cu conductive paste formed of copper (Cu) electrode, and the products include structural components with such Cu electrode, wherein the powder mixture containing Cu conductive paste containing dispersed in an organic medium Cu, Ge and B particles.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及含铜导电浆料和通过焙烧由含铜导电浆料制成的电极。
技术介绍
贵金属粉末，诸如银粉，在电子行业中用于制造导电浆料。将导电浆料丝网印刷到基板上，形成导电电路图案。然后对这些电路进行干燥和焙烧以使液态有机介质挥发和烧尽并烧结金属颗粒。当贵金属诸如金、银和钯用作导体时，由于这些金属可在空气中焙烧，可减少对加热炉的资金投入。然而，由于贵金属价格昂贵，所以使用贵金属会造成材料成本剧增。铜广泛用作半导体电路等中的导电组分。与银和其它贵金属相比，铜的优势在于价格较低。但铜不能在空气中焙烧，因为它易于氧化，这样便增大了资金投入，因为需要在氮等气氛下进行焙烧。因此，在使用导电浆料形成电极的过程中，需要开发将满足以下要求的技术：1)能够使用廉价的铜粉，2)能够在空气中进行焙烧，以及3)实现低电极电阻。
技术实现思路
本文提供一种含铜(含Cu)导电浆料，其包含：(a)约10重量％至95重量％的Cu、锗(Ge)、和硼(B)颗粒的粉末混合物，以及(b)约0.1重量％至15重量％的玻璃料，粉末混合物和玻璃料分散于(c)有机介质中，其中构成所述浆料的所有组分的总重量％总计达100重量％，并且其中，(i)基于100重量份的Cu颗粒计，所述粉末混合物包含约0.1重量份至35重量份的Ge颗粒和约0.05重量份至15重量份的B颗粒，并且前提条件是Ge和B颗粒的组合含量水平为约35重量份或更少；并且(ii)所述有机介质由溶于至少一种溶剂中的至少一种有机聚合物构成。在含Cu导电浆料的一个实施方案中，基于100重量份的Cu颗粒计，所述粉末混合物包含约0.1重量份至25重量份的Ge颗粒和约0.1重量份至12重量份的B颗粒，并且前提条件是Ge和B颗粒的组合含量水平为约25重量份或更少。在含Cu导电浆料的另一个实施方案中，基于100重量份的Cu颗粒计，所述粉末混合物包含约0.2重量份至13重量份的Ge颗粒和约0.1重量份至6.5重量份的B颗粒，并且前提条件是Ge和B颗粒的组合含量水平为约12.5重量份或更少。在含Cu导电浆料的另一个实施方案中，Cu颗粒具有约1μm-50μm的粒径(D50)。在含Cu导电浆料的另一个实施方案中，Cu颗粒具有约1.5μm-30μm的粒径(D50)。在含Cu导电浆料的另一个实施方案中，Cu颗粒具有约1.5μm-15μm的粒径(D50)。在含Cu导电浆料的另一个实施方案中，其中，Ge颗粒具有约1nm-1000nm的粒径(D50)，并且B颗粒具有约1nm-1000nm的粒径(D50)。本文还提供一种制品，该制品包括结构元件，其中所述结构元件由基板和至少一个Cu电极构成，其中所述至少一个Cu电极通过以下步骤形成：(I)将含Cu导电浆料以预先确定的形状并在预先确定的位置处施加到基板的一个侧面上；(II)干燥所述含Cu导电浆料；以及(III)焙烧所述含Cu导电浆料以形成至少一个Cu电极，其中，所述含Cu导电浆料包含：(a)约10重量％至95重量％的Cu、Ge、和B颗粒的粉末混合物，以及(b)约0.1重量％至15重量％的玻璃料，粉末混合物和玻璃料分散于(c)有机介质中，其中包含于所述浆料中的所有组分的总重量％总计达100重量％，并且其中，(i)基于100重量份的Cu颗粒计，所述粉末混合物包含约0.01重量份至35重量份的Ge颗粒和约0.05重量份至15重量份的B颗粒；并且(ii)所述有机介质由溶于至少一种溶剂中的至少一种有机聚合物构成。在制品的一个实施方案中，在步骤(III)期间，含Cu导电浆料在空气中焙烧。在制品的另一个实施方案中，在步骤(III)期间，含Cu导电浆料在空气中焙烧约3min至2小时。在制品的另一个实施方案中，在步骤(III)期间，含Cu导电浆料在空气中焙烧约3min至1小时。在制品的另一个实施方案中，在步骤(III)期间，含Cu导电浆料在空气中焙烧约3min-18min。在制品的另一个实施方案中，所述制品选自混合集成电路、电阻器、陶瓷电容器、超级电容器、电阻加热器和燃料传感器。具体实施方式本文公开了含铜(含Cu)导电浆料，通过焙烧基板上的含Cu导电浆料形成的铜(Cu)电极，以及包括具有此类Cu电极的结构元件的制品。含Cu导电浆料本文公开的含Cu导电浆料包含无机粉末诸如Cu、锗(Ge)和硼(B)颗粒的粉末混合物和玻璃料，所述粉末混合物和玻璃料分散到有机介质中以形成“浆料”，该浆料具有用于施加在基板上的合适粘度。玻璃料包含易熔氧化物，诸如玻璃生成体、中间体氧化物、和/或改性剂。如本文所用，术语“易熔的”是指材料在加热时变成流体的能力，诸如焙烧操作中所用的加热。在一些实施方案中，易熔材料由一种或多种易熔子组分组成。例如，易熔材料可包含玻璃材料、或者两种或更多种玻璃材料的混合物。细粉形式(例如，粉碎操作所致)的玻璃材料常被称为“玻璃料”，并且容易掺入本专利技术的浆料组合物中。玻璃料可为结晶的、部分结晶的、非晶态的、部分非晶态的、或它们的组合。如本文所用，术语“玻璃”是指微粒固体形式，诸如氧化物或氟氧化物，其至少主要为非晶态的，意味着紧邻任何选定原子(即，在第一配位壳层中)处保留了短程原子有序性，但以更大的原子能级距离耗散(即，不存在长程周期有序性)。因此，完全非晶态材料的X射线衍射图表现出宽漫射峰，而不是结晶材料的明确界定的窄峰。在后一种情况下，特征晶面的整齐间距产生窄峰，所述窄峰在倒晶格空间中的位置符合布拉格定律。玻璃材料在加热接近或超过其玻璃化转变温度或软化点Tg时也不表现出基本的结晶放热，所述软化点被定义为差热分析(DTA)扫描中所见的第二转化点。在一个实施方案中，用于本专利技术浆料组合物中的玻璃材料的软化点在300℃至800℃的范围内。还预期玻璃料中的氧化物的一些或全部可由表现出某种结晶程度的材料组成。例如，在一些实施方案中，将多种氧化物熔融在一起，得到部分非晶态且部分结晶的材料。如技术人员将会认识到的那样，这种材料将产生窄结晶峰叠加在显示宽弥散峰的图案上的X射线衍射图。另选地，一种或多种组分或甚至基本上所有的易熔材料可为主要或甚至基本上完全结晶的。在一个实施方案中，可用于本专利技术浆料组合物中的易熔材料中的结晶材料可具有最高800℃的熔点。具体地讲，本文所公开的含Cu导电浆料包含(i)Cu、Ge和B颗粒的粉末混合物，以及(ii)玻璃料，粉末混合物和玻璃料分散于(iii)有机介质中。并且所述浆料具有用于施加在基板上的合适的粘度。含Cu导电浆料的粘度在介于约0.2s-1-350s-1之间的剪切速率下可以为约0.05Pa-s-5000Pa-s。在某些实施方案中，当采用丝网印刷时，优选5Pa-s-800Pa-s的粘度。(i)Cu、Ge和B颗粒的粉末混合物用于本文的Cu颗粒可以为纯Cu，或具有镍、银、铝、锌、锡、硅、铁、锰、锗、硼、或它们的混合物的Cu合金。其中，优选具有锌、锡、铝、硅、或它们的混合物的Cu合金。纯Cu在一个实施方案中可具有至少约80％Cu的纯度，在另一个实施方案中至少约90％Cu的纯度，或在另一个实施方案中至少约95％Cu的纯度。技术人员将认识到，所选择的原材料可能无意地包含杂质，这些杂质在加工过程中可能被掺入到Cu中。例如，每一百万份原材料中可能存在数百份至数千份杂质。通常在本文所用的工业金属中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含铜(含Cu)导电浆料，所述含铜导电浆料包含：a)约10重量％至95重量％的Cu、锗(Ge)、和硼(B)颗粒的粉末混合物，以及b)约0.1重量％至15重量％的玻璃料，所述粉末混合物和玻璃料分散于有机介质中c)有机介质，其中构成所述浆料的所有组分的总重量％总计达100重量％，并且其中，(i)基于100重量份的所述Cu颗粒计，所述粉末混合物包含约0.1重量份至35重量份的Ge颗粒和约0.05重量份至15重量份的B颗粒，并且前提条件是Ge和B颗粒的组合含量水平为约35重量份或更少；并且(ii)所述有机介质由溶于至少一种溶剂中的至少一种有机聚合物构成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种含铜(含Cu)导电浆料，所述含铜导电浆料包含：a)约10重量％至95重量％的Cu、锗(Ge)、和硼(B)颗粒的粉末混合物，以及b)约0.1重量％至15重量％的玻璃料，所述粉末混合物和玻璃料分散于有机介质中c)有机介质，其中构成所述浆料的所有组分的总重量％总计达100重量％，并且其中，(i)基于100重量份的所述Cu颗粒计，所述粉末混合物包含约0.1重量份至35重量份的Ge颗粒和约0.05重量份至15重量份的B颗粒，并且前提条件是Ge和B颗粒的组合含量水平为约35重量份或更少；并且(ii)所述有机介质由溶于至少一种溶剂中的至少一种有机聚合物构成。2.根据权利要求1所述的含Cu导电浆料，其中基于100重量份的所述Cu颗粒计，所述粉末混合物包含约0.1重量份至25重量份的Ge颗粒和约0.1重量份至12重量份的B颗粒，并且前提条件是Ge和B颗粒的组合含量水平为约25重量份或更少。3.根据权利要求2所述的含Cu导电浆料，其中基于100重量份的所述Cu颗粒计，所述粉末混合物包含约0.2重量份至13重量份的Ge颗粒和约0.1重量份至6.5重量份的B颗粒，并且前提条件是Ge和B颗粒的组合含量水平为约12.5重量份或更少。4.根据权利要求1所述的含Cu导电浆料，其中，所述Cu颗粒具有约1μm-50μm的粒径(D50)。5.根据权利要求4所述的含Cu导电浆料，其中，所述Cu颗粒具有约1.5μm-30μm的粒径(D50)。6.根据权利要求5所述的含Cu导电浆料，其中，所述Cu颗粒具有约1.5μm-15μm的粒径(D50)。7.根据权利要求1所述的含Cu导电浆料，其中，所述Ge颗粒具有约1nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆敏芳，吴云丹，
申请(专利权)人：EI内穆尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：美国;US