可在空气中烧结高导电率纳米银包铜厚膜膏的制备方法技术

一种可在空气中烧结高导电率纳米银包铜厚膜膏的制备方法，至少包含步骤：(A)将一金属铜粉蚀洗；(B)将被蚀洗金属铜粉溶解于乙二醇中形成金属铜溶液，另将一金属银粉溶解于乙二醇中形成金属银溶液；(C)将该金属铜溶液与该金属银溶液混合形成金属混合溶液，并在该金属混合溶液中进行化学置换反应，使该金属银所游离的银离子往该被蚀洗金属铜粉表面移动，并还原成纳米银的型态而在该被蚀洗金属铜粉表面上形成一层纳米银；(D)将该金属混合溶液过滤干燥后，取得纳米银包铜粉末；以及(E)将该纳米银包铜粉末在无还原气氛下进行烧结，并于金属铜粉氧化前将表面纳米银烧结为熔融态使其包覆于金属铜粉，获得纳米银包铜厚膜膏。

【技术实现步骤摘要】
可在空气中烧结高导电率纳米银包铜厚膜膏的制备方法
本专利技术有关于一种可在空气中烧结高导电率纳米银包铜厚膜膏的制备方法，尤指一种以纳米银覆膜铜颗粒可以在空气中与低温下烧结仍可以得到高导电率包铜厚膜膏的制备方法，特别指达到低成本、低电阻、低温烧结(视应用所需亦可高温烧结)、高导热及不需在还原气氛下烧结的厚膜导电膏制备方法。
技术介绍
厚膜导电膏(conductivepaste)可分为利用玻璃助烧的高温系统与利用高分子树脂的低温系统。高温烧结导电膏藉由玻璃融化达成液态烧结让金属颗粒导体烧结在一起达到提升导电率，低温烧结系统则以高分子树脂软化让金属颗粒接触在一起，但因烧结温度低无法让金属颗粒烧结在一起，所以导电率提升有限。金属导电率最佳为银，其次为铜、金及铝；然而银的价格较铜为高，排名第三的金价格也比银、铜更高，因此取前两名的金属—银与铜来做为导线材料最适合。铜导体系十多年较受欢迎的材料，由于铜具有低成本、低电阻率、与基板有良好黏着性、优异的焊接熔蚀抵抗能力、低扩散性及高抗电致迁移性等性质。但铜具有很强的氧化位能，在制备及应用过程中易发生氧化，使其导电性能降低，故需在氧气分压低于10ppm的氮气下制备，且铜电极导电率会随着烧结(sintering)温度升高而增加。对一般厚膜铜膏而言，不管烧结温度高低，金属铜颗粒在空气中容易发生氧化，所以必须在还原气氛下烧结来避免铜氧化问题，且要高烧结温度下烧结才可以得到高导电率，若以低温烧结铜膏，则因含有部分不导电树脂而有导致其导电率大幅降低的缺点。由于银是贵金属，为了降低材料成本所以选择金属铜为材料，但铜膏如果需要在还原气氛下烧结势必增加制程成本，而且低温烧结铜膏系利用高分子树脂连结更导致导电性不高；故，一般已用者无法符合使用者于实际使用时解决低温铜膏导电率过低与容易氧化问题的所需。
技术实现思路
本专利技术主要目的在于，克服已知技艺所遭遇的上述问题并提供一种以纳米银覆膜铜颗粒可以在空气中与低温下烧结仍可以得到高导电率且达到低成本、低电阻、低温烧结(视应用所需亦可高温烧结)、高导热及不需在还原气氛下烧结的纳米银包铜厚膜膏的制备方法。为达以上目的，本专利技术系一种可在空气中烧结高导电率纳米银包铜厚膜膏的制备方法，其至少包含下列步骤：(A)将一金属铜粉蚀洗；(B)将被蚀洗金属铜粉溶解于乙二醇中形成金属铜溶液，另将一金属银粉溶解于乙二醇中形成金属银溶液；(C)将该金属铜溶液与该金属银溶液混合形成金属混合溶液，并在该金属混合溶液中进行化学置换反应(DisplacementReaction)，使该金属银所游离的银离子往该被蚀洗金属铜粉表面移动，并还原成纳米银的型态而在该被蚀洗金属铜粉表面上形成一层纳米银；(D)将该金属混合溶液过滤干燥后，取得纳米银包铜粉末；以及(E)将该纳米银包铜粉末在无还原气氛下进行烧结，并于金属铜粉氧化前将表面纳米银烧结为熔融态使其包覆于金属铜粉，获得纳米银包铜厚膜膏，其中该纳米银的包覆厚度介于100nm～400nm之间，且该纳米银粒径介于40nm～70nm之间。于本专利技术上述实施例中，该金属铜粉为片状铜粉。于本专利技术上述实施例中，该步骤(C)系在置换温度为20℃～30℃之间，且置换时间为30分钟～90分钟之间进行化学置换反应。于本专利技术上述实施例中，该步骤(C)金属混合溶液的摩尔浓度为0.05mol～0.2mol。于本专利技术上述实施例中，该纳米银包铜厚膜膏的纳米银包铜粉末的固含量为80wt％～95wt％。于本专利技术上述实施例中，该步骤(E)系在一低温环境下完成烧结，该低温环境为300℃以内。于本专利技术上述实施例中，该步骤(E)系以升温速率3℃/min且持温15～30分钟进行烧结。于本专利技术上述实施例中，该纳米银包铜厚膜膏系由固化剂、纳米银包铜粉末及添加物所组成，且该固化剂为高分子树脂与玻璃无机物，而该添加物系为分散剂或流变调整剂。于本专利技术上述实施例中，该纳米银包铜厚膜膏的电阻率大于10-5W·cm以上。于本专利技术上述实施例中，该纳米银包铜厚膜膏适用于键盘的膜片开关(MembraneSwitch)线路印刷、电阻及电容式触控面板(TouchPanel)上的导线印制、部分显示器上的电极线路印刷及PCB板芯片焊接油墨。于本专利技术上述实施例中，该步骤(E)系在一高温环境下完成烧结，该高温环境为600℃以上。于本专利技术上述实施例中，该纳米银包铜厚膜膏系由纳米银包铜粉末、有机黏结剂、添加物及玻璃(Frit)所组成，且该添加物为分散剂或流变调整剂。于本专利技术上述实施例中，该纳米银包铜厚膜膏的电阻率小于10-5W·cm以下。于本专利技术上述实施例中，该纳米银包铜厚膜膏适用于被动组件的内电极、表面黏着组件(SurfaceMountDevices,SMD)的端电极、LED陶瓷散热基板电极，及硅基太阳电池的上部银电极。本专利技术利用低成本化学置换反应把纳米银析出长在铜颗粒上，就能使以纳米银包铜粉制备的厚膜导电膏具有整体导电率上升、内部铜不被氧化、成本较原本仅使用银材料低、抗电迁移性佳、以及铜被纳米银包覆住后即可在低温空气下烧结而不被氧化等优点。此外，本专利技术亦可视应用需求添加玻璃(Frit)作为烧结助剂来协助纳米银包铜烧结，使所得纳米银包铜粉体即使在高温热处理下仍具有可抗氧化的特性，以取代目前市场使用的银膏应用。附图说明图1系本专利技术纳米银包铜厚膜膏结构示意图。图2系本专利技术纳米银包铜粉末制作流程示意图。图3系本专利技术纳米银包覆金属铜粉表面SEM图，其中(a)显示完整纳米银包覆金属铜粉的表面SEM图，(b)显示纳米银的包覆厚度及其包覆均匀性，(c)显示将倍率放大后看到包覆在金属铜粉表面的纳米银颗粒大小及厚度。图4系本专利技术不同温度烧结纳米银包覆金属铜SEM图，其中(a)系将烧结条件设定在200℃、升温速率3℃/min、持温30分钟烧结完后量测其片电阻值并转换成导电率，(b)系将温度提升到250℃，升温速率与持温时间与(a)相同时量测其片电阻值并转换成导电率，(c)系烧结纳米银包覆金属铜状况图。图5系本专利技术纳米银包覆金属铜应用于太阳能电池正电极的效率量测示意图。组件标号对照：金属铜粉1、1a；乙二醇11；金属铜溶液12；纳米银2；金属银粉2a；乙二醇21；金属银溶液22；纳米银包铜厚膜膏3；纳米银包铜粉末3a；金属混合溶液31。具体实施方式请参阅图1～图5所示，分别为本专利技术纳米银包铜厚膜膏结构示意图、本专利技术纳米银包铜粉末制作流程示意图、本专利技术纳米银包覆金属铜粉表面SEM图、本专利技术不同温度烧结纳米银包覆金属铜SEM图、及本专利技术纳米银包覆金属铜应用于太阳能电池正电极的效率量测示意图。如图所示：本专利技术系一种可在空气中烧结高导电率纳米银包铜厚膜膏的制备方法，系在金属铜颗粒或铜粉1的外表长一层纳米银2，使纳米银2包住金属铜颗粒或铜粉1。于第一实施例中，本专利技术为了解决低温铜膏导电率过低与容易氧化问题，透过纳米银具有高导电率、抗氧化能力强且低熔点的优点，所以不仅利用纳米银低熔点在热处理后液化来当铜与铜颗粒或铜粉的黏着剂来解决低温铜膏导电率过低的问题，同时也因为金属铜颗粒或铜粉1外表被纳米银2包住，在低温热处理时内部的铜不会受到氧化，其结构如图1所示。本专利技术所提可在空气中烧结高导电率纳米银包铜厚膜膏的制备方法，其流程如图2所示，至少包含下列本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可在空气中烧结高导电率纳米银包铜厚膜膏的制备方法，其特征在于至少包含下列步骤：(A)将一金属铜粉蚀洗；(B)将被蚀洗金属铜粉溶解于乙二醇中形成金属铜溶液，另将一金属银粉溶解于乙二醇中形成金属银溶液；(C)将该金属铜溶液与该金属银溶液混合形成金属混合溶液，并在该金属混合溶液中进行化学置换反应，使该金属银所游离的银离子往该被蚀洗金属铜粉表面移动，并还原成纳米银型态而在该被蚀洗金属铜粉表面上形成一层纳米银；(D)将该金属混合溶液过滤干燥后，取得纳米银包铜粉末；以及(E)将该纳米银包铜粉末在无还原气氛下进行烧结，并于金属铜粉氧化前将表面纳米银烧结为熔融态使其包覆于金属铜粉，获得纳米银包铜厚膜膏，其中该纳米银的包覆厚度介于100nm～400nm之间，且该纳米银粒径介于40nm～70nm之间。

【技术特征摘要】
1.一种可在空气中烧结高导电率纳米银包铜厚膜膏的制备方法，其特征在于至少包含下列步骤：(A)将一金属铜粉蚀洗；(B)将被蚀洗金属铜粉溶解于乙二醇中形成金属铜溶液，另将一金属银粉溶解于乙二醇中形成金属银溶液；(C)将该金属铜溶液与该金属银溶液混合形成金属混合溶液，并在该金属混合溶液中进行化学置换反应，使该金属银所游离的银离子往该被蚀洗金属铜粉表面移动，并还原成纳米银型态而在该被蚀洗金属铜粉表面上形成一层纳米银；(D)将该金属混合溶液过滤干燥后，取得纳米银包铜粉末；以及(E)将该纳米银包铜粉末在无还原气氛下进行烧结，并于金属铜粉氧化前将表面纳米银烧结为熔融态使其包覆于金属铜粉，获得纳米银包铜厚膜膏，其中该纳米银的包覆厚度介于100nm～400nm之间，且该纳米银粒径介于40nm～70nm之间。2.根据权利要求1所述的可在空气中烧结高导电率纳米银包铜厚膜膏的制备方法，其特征在于，该金属铜粉为片状铜粉。3.根据权利要求1所述的可在空气中烧结高导电率纳米银包铜厚膜膏的制备方法，其特征在于，该步骤(C)系在置换温度为20℃～30℃之间，且置换时间为30分钟～90分钟之间进行化学置换反应。4.根据权利要求1所述的可在空气中烧结高导电率纳米银包铜厚膜膏的制备方法，其特征在于，该步骤(C)金属混合溶液的摩尔浓度为0.05mol～0.2mol。5.根据权利要求1所述的可在空气中烧结高导电率纳米银包铜厚膜膏的制备方法，其特征在于，该纳米银包铜厚膜膏的纳米银包铜粉末的固含量为80wt％～95wt％。6.根据权利要求1所述的可在空气中烧结高导电率纳米银包铜厚膜膏的制备方法，其特征在于，该步骤(E)系在一低温环境下完成烧结，该低温环境为300...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文熙，蔡欣昌，
申请(专利权)人：李文熙，台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71