高导电率卑金属厚膜导电膏的制备方法技术

一种低成本与高导电率卑金属厚膜导电膏的制备方法，能够在低温或高温空气中烧结，藉由卑金属铝有最高还原电位，铜其次，贵金属银则有较低低还原电位，使金属铝粉表面包覆几十奈米至几微米厚的铜颗粒，使其导电率提高，另外也可藉由银还原铜颗粒覆膜在铝颗粒的表面，使金属铝粉表面包覆几十奈米至几微米厚的银颗粒，得到高导电率的银包铝粉体，如果为奈米银包铝，烧结温度则可降至350℃左右；藉此，本发明专利技术可取代PCB电镀铜电极克服需黄光显影昂贵制程与电镀液污染问题，并可取代太阳能基板、LED基板、被动组件基板使用网版印刷金属银电极材料昂贵或是网版印刷金属铜电极需要还原气氛下制程昂贵等问题，能大幅降低材料成本并能有效应用于PCB基板或陶瓷基板。

Preparation of Conductive Paste with High Conductivity and Low Metal Thick Film

A low cost and high conductivity method for preparing thick film conductive paste of base metal can be sintered in low temperature or high temperature air. With the highest reduction potential of base metal aluminium and the lower reduction potential of copper and silver, the surface of aluminium powder is coated with several tens of nanometers to several micrometers thick copper particles, which can improve its conductivity. In addition, copper particles can be reduced by silver and coated with copper particles. The surface of aluminium particles is coated with silver particles of several tens of nanometers to several micrometers thick to obtain silver-coated aluminium powder with high conductivity. If it is nano-silver-coated aluminium, the sintering temperature can be reduced to about 350 degrees C. By this way, the invention can replace PCB copper electroplating electrode to overcome the problems of expensive process and electroplating solution pollution, and can replace solar substrate, LED substrate and passive. Component substrates are expensive to use screen-printed metal silver electrode materials or the screen-printed copper electrode needs to be manufactured in reducing atmosphere, which can greatly reduce the cost of materials and can be effectively applied to PCB substrates or ceramic substrates.

【技术实现步骤摘要】
高导电率卑金属厚膜导电膏的制备方法
本专利技术有关于一种高导电率卑金属厚膜导电膏的制备方法，尤指一种卑金属电极厚膜材料，特别是指以银或铜覆膜铝颗粒可以在空气中与低温下烧结仍可以得到高导电率的卑金属导电膏为目标的方法。
技术介绍
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即银与铜做为导线材料最适合。铜导体是十多年较受欢迎的材料，因为铜具有低成本、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。表1银、铜导体厚膜膏特性与应用上表1说明了两种高低温烧结的金属银、铜导体厚膜膏特性与应用。对一般厚膜卑金属铜膏而言，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，虽然一般厚膜银膏可以在空气下烧结得到高导电率，但是银属于贵金属价格昂贵且不稳定。若以低温烧结铜膏或银膏(paste)，则因含部分不导电树酯而有导致其导电率大幅降低的缺点。由于银是贵金属，以贵金属银粉为主要导体材料，导致材料成本昂贵，容易受价格起伏不定的影响，为了降低材料成本所以选择卑金属铜为材料，但铜膏如果需要在还原气氛下烧结势必增加制程的成本，而且低温烧结铜膏或银膏利用高分子树脂连结更导致导电性不高；再退而求其次选择排名第四的铝，铝虽然材料成本较低并且属于高导电金属，然而铝金属容易在表面形成一层薄的氧化铝以避免铝金属进一步再氧化，而这也导致厚膜铝膏因金属铝球表面的氧化层影响金属铝球与铝球的接触，所以厚膜铝膏导电率远低于一般厚膜银膏或是铜膏。故，一般无法符合使用者于实际使用时改善厚膜金属铝膏导电性所需。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于，克服已知技术所遭遇的上述问题，并提供一种以银或铜覆膜铝颗粒可以在空气中与低温下烧结仍可以得到高导电率的卑金属导电膏为目标的高导电率卑金属厚膜导电膏的制备方法。本专利技术的次要目的在于，提供一种能够在低温或高温空气中烧结，藉由卑金属铝有最高还原电位，铜其次，贵金属银则有较低低还原电位，使金属铝粉表面包覆大约几十奈米至几微米厚度的铜颗粒，使其导电率提高，另外也可以再藉由银还原铜颗粒覆膜在铝颗粒的表面，使金属铝粉表面包覆大约几十奈米至几微米厚度的银颗粒，得到高导电率的银包铝粉体，如果为奈米银包铝，则其烧结温度可降低至350℃左右，可大幅降低材料成本并适用于PCB基板或陶瓷基板的低成本与高导电率的卑金属厚膜导电膏的制备方法。为达以上目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种高导电率卑金属厚膜导电膏的制备方法，该方法至少包含下列步骤：(A)将一金属铜粉溶解成金属铜溶液；(B)将一表面氧化铝清除后的金属铝粉与该金属铜溶液混合形成第一金属混合溶液，并在该第一金属混合溶液中进行化学置换反应，使该金属铜所游离的铜离子往该金属铝粉表面移动，而在该金属铝粉表面上形成一铜层，其中该铜层的包覆厚度介于几十奈米至几微米之间；(C)将该第一金属混合溶液过滤干燥后，得铜包铝粉末；以及(D)将该铜包铝粉末在空气中进行烧结，获得铜包铝厚膜膏。所述步骤(D)是在低温环境下完成烧结，该低温环境为小于220℃。所述铜包铝厚膜膏是由黏结剂、铜包铝粉末及添加物烧结而成，该黏结剂为高分子树脂，而该添加物为分散剂或流变调整剂。所述铜包铝厚膜膏的电阻率小于1x10-5W·cm。所述铜包铝厚膜膏适用于膜片开关(MembraneSwitch)、触控面板(TouchPanel)、及无线射频识别(RadioFrequencyIdentification,RFID)。所述步骤(D)是在高温环境下完成烧结，该高温环境为小于600℃。所述铜包铝厚膜膏是由铜包铝粉末、添加物及玻璃烧结而成，且该添加物为分散剂或流变调整剂。所述铜包铝厚膜膏的电阻率小于1x10-6W·cm。所述铜包铝厚膜膏适用于被动组件、LED散热基板、及硅基太阳电池。本专利技术同时提供一种高导电率卑金属厚膜导电膏的制备方法，该方法至少包含下列步骤：(A1)将权利要求1所得的铜包铝粉末蚀洗；(B1)将被蚀洗铜包铝粉末溶解于乙二醇中形成铜包铝粉溶液，另将一金属银粉溶解于乙二醇中形成金属银溶液；(C1)将该铜包铝粉溶液与该金属银溶液混合形成第二金属混合溶液，并在该第二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铜包铝粉末表面移动，并还原成微米或奈米银的型态，而在该被蚀洗铜包铝粉末表面上形成一层微米或奈米银，其中该微米或奈米银的包覆厚度介于几十奈米至几微米之间；(D1)将该第二金属混合溶液过滤干燥后，取得微米或奈米银包铝粉末；以及(E1)将该微米或奈米银包铝粉末在空气中进行烧结，获得微米或奈米银包铝厚膜膏。所述步骤(E1)是在低温环境下完成烧结，该低温环境是小于300℃。所述微米银包铝厚膜膏是由黏结剂、银包铝粉末及添加物烧结而成，且该黏结剂为高分子树脂，而该添加物系为分散剂或流变调整剂。所述奈米银包铝厚膜膏是由银包铝粉末及添加物烧结而成，且以覆膜的奈米银作为黏结剂，而该添加物为分散剂或流变调整剂。所述微米银包铝厚膜膏的电阻率小于1x10-5W·cm；该奈米银包铝厚膜膏的电阻率系小于1x10-6W·cm。所述微米银包铝厚膜膏适用于膜片开关(MembraneSwitch)、触控面板(TouchPanel)、及无线射频识别(RadioFrequencyIdentification,RFID)；该奈米银包铝厚膜膏适用于高功率印刷电路板、被动组件、LED散热基板、及硅基太阳电池。所述步骤(E1)是在高温环境下完成烧结，该高温环境为小于600℃。所述微米或奈米银包铝厚膜膏由微米或奈米银包铝粉末、添加物及玻璃所组成，且该添加物为分散剂或流变调整剂。所述微米或奈米银包铝厚膜膏的电阻率小于1x10-6W·cm。所述微米或奈米银包铝厚膜膏适用于被动组件、LED散热基板、及硅基太阳电池。附图说明图1是本专利技术铜包铝粉体与银包铝粉体相较铝粉体的外观示意图；其中，从左至右依次为铝粉体、铜包铝粉体与银包铝粉体；下部图为上部图对应的颗粒放大图。图2是本专利技术铜包铝粉与银包铝粉相较铝粉的热分析图；其中，由左至右分别为金属铝粉、铜包铝粉与银包铝粉。图3是本专利技术铜包铝粉的制作流程示意图。图4是本专利技术的铜包覆金属铝粉表面SEM图。图5是本专利技术银包铝粉的制作流程示意图。图6是本专利技术的银包覆金属铝粉表面SEM图。标号对照：金属铝粉1铜层2硫酸铜粉末2a溶液21硫酸铜溶液22铜包铝厚膜膏3铜包铝粉末3a、3b金属混合溶液31乙二醇32铜包铝粉溶液33微米或奈米银4硝酸银粉末4a乙二醇41硝酸银溶液42第二金属混合溶液51银包铝厚膜膏6银包铝粉末6a步骤s11～s14步骤s21～s25。具体实施方式请参阅图1-图6所示，分别为本专利技术铜包铝粉体与银包铝粉体相较铝粉体的外观示意图、本专利技术铜包铝粉与银包铝粉相较铝粉的热分析图、本专利技术铜包铝粉的制作流程示意图、本专利技术的铜包覆金属铝粉表面SEM图、本专利技术银包铝粉的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高导电率卑金属厚膜导电膏的制备方法，其特征在于，该方法至少包含下列步骤：(A)将一金属铜粉溶解成金属铜溶液；(B)将一表面氧化铝清除后的金属铝粉与该金属铜溶液混合形成第一金属混合溶液，并在该第一金属混合溶液中进行化学置换反应，使该金属铜所游离的铜离子往该金属铝粉表面移动，而在该金属铝粉表面上形成一铜层，其中该铜层的包覆厚度介于几十奈米至几微米之间；(C)将该第一金属混合溶液过滤干燥后，得铜包铝粉末；以及(D)将该铜包铝粉末在空气中进行烧结，获得铜包铝厚膜膏。

【技术特征摘要】
1.一种高导电率卑金属厚膜导电膏的制备方法，其特征在于，该方法至少包含下列步骤：(A)将一金属铜粉溶解成金属铜溶液；(B)将一表面氧化铝清除后的金属铝粉与该金属铜溶液混合形成第一金属混合溶液，并在该第一金属混合溶液中进行化学置换反应，使该金属铜所游离的铜离子往该金属铝粉表面移动，而在该金属铝粉表面上形成一铜层，其中该铜层的包覆厚度介于几十奈米至几微米之间；(C)将该第一金属混合溶液过滤干燥后，得铜包铝粉末；以及(D)将该铜包铝粉末在空气中进行烧结，获得铜包铝厚膜膏。2.如权利要求1所述的高导电率卑金属厚膜导电膏的制备方法，其特征在于，所述步骤(D)是在低温环境下完成烧结，该低温环境为小于220℃。3.如权利要求1或2所述的高导电率卑金属厚膜导电膏的制备方法，其特征在于，所述铜包铝厚膜膏是由黏结剂、铜包铝粉末及添加物烧结而成，该黏结剂为高分子树脂，而该添加物为分散剂或流变调整剂。4.如权利要求1或2所述的高导电率卑金属厚膜导电膏的制备方法，其特征在于，所述铜包铝厚膜膏的电阻率小于1×10-5W·cm。5.如权利要求1或2所述的高导电率卑金属厚膜导电膏的制备方法，其特征在于，所述铜包铝厚膜膏适用于膜片开关、触控面板、及无线射频识别。6.如权利要求1所述的高导电率卑金属厚膜导电膏的制备方法，其特征在于，所述步骤(D)是在高温环境下完成烧结，该高温环境为小于600℃。7.如权利要求1或6所述的高导电率卑金属厚膜导电膏的制备方法，其特征在于，所述铜包铝厚膜膏是由铜包铝粉末、添加物及玻璃烧结而成，且该添加物为分散剂或流变调整剂。8.如权利要求1或6所述的高导电率卑金属厚膜导电膏的制备方法，其特征在于，所述铜包铝厚膜膏的电阻率小于1×10-6W·cm。9.如权利要求1或6所述的高导电率卑金属厚膜导电膏的制备方法，其特征在于，所述铜包铝厚膜膏适用于被动组件、LED散热基板、及硅基太阳电池。10.一种高导电率卑金属厚膜导电膏的制备方法，其特征在于，该方法至少包含下列步骤：(A1)将权利要求1所得的铜包铝粉末蚀洗；(B1)将被蚀洗铜包铝粉末溶解于乙二醇中形成铜包铝粉溶液，另将一金属银粉溶解于乙二醇中形成金属银溶液；(C1)将该铜包铝粉溶液与该金属银溶液混合形成第二金属混合溶液，并在该第二金属混合溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文熙，
申请(专利权)人：李文熙，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71