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电子浆料材料在印刷电路板方面的应用

分类:公司新闻 发布时间:2021-03-31 1184次浏览

  电子浆料材料是集材料、化工和电子技术于--体的新型纳米功能材料,是集成电路、...

    电子浆料材料是集材料、化工和电子技术于--体的新型纳米功能材料,是集成电路、敏感元件、表面组装元器件、显示器及各种电子分立元件等的基础材料。电子浆料主要由三部分组成:导电相(功能相)、黏结相(玻璃相)和有机载体。电子浆料通常呈流体状,浆料中固体粉末细化以致,集成电路等所必需的主要功能材料。

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     印刷电路板(PCB)是电子行业中最重要的基础电子部件,几乎每一种电子设备都离不开PCB。我国PCB产业近年来保持着20%左右的高速增长,已成为全球PCB产值更大和技术发展最活跃的。喷印电路板技术是目前更先进的PCB制造技术,它可以极大地简化PCB的生产过程,缩短生产周期,达到节能减排的目的,特别是减少了废水的处理量,减少了环境污染,实现了绿色生。喷印技术是印制电子的核心工艺技术,同时喷印电子技术的材料也是一个全新的技术领域。因此,研制可喷印电子浆料材料将成为印制电子技术发展的关键。

  1 电子浆料的组成和制备

      电子浆料材料主要由三部分组成:导电相(功能相)、 黏结相(玻璃相)和有机载体。制备方法主要有化学法和物理法。

  1.1导电相

      导电相作为浆料中的主要功能相,其微观结片状或纤维状分散于基体中,构成导电通路。电子浆料用的导电相主要有含碳物质、金属和金属氧化物三大类。含碳类材料的导电性与所含的石墨或者碳黑有关,通常石墨和碳黑难以加工,且实际应用中发热较大效率较低;金属氧化物导电性一般较差,难以形成导电性良好的通路。常用的金属导电相多为Au、Ag、Cu、Al等导电性较好的金属,性能最稳定的是Au粉,但其价格昂贵;Ag粉的价格相对较低,但在电场作用下Ag会产生电迁移现象,使导电性降低,影响器件的使用寿命;Cu、Al粉价格较便宜,在电场下不会产生迁移,但当温度升高时,容易发生氧化,导致电阻率增大,所以不易长时间使用”。因此,为了改善单一成分浆料的性能,现已出现了一些合金成分浆料和复合掺杂成分浆料,这将成为电子浆料材料未来发展的主要方向。

   1.2玻璃相

      玻璃相主要起到黏结导电相的作用,所以也叫做黏结相,通常由玻璃、氧化物晶体或两者的混合物组合而成,其能使固化膜层与基体牢固结合,黏结相主要有玻璃型,无玻璃型,混合物型三大类。

      玻璃型黏结相指的是某些金属或非金属氧化物在烧结过程中连接拉紧固定导电相粒子”,并使整个电子浆料形成的膜层与基片牢固地粘结在一起。通常不同玻璃成分起到的作用有:(1)形成基本骨架,固定导电粒子。此成分的玻璃相虽然能增强浆料的力学性能,但由于其主要成分为无机氧化物,通常会阻隔导电粒子之间的接触或阻断导电粒子之间的连接通道,从而降低导电相的导电性能。(2)调节玻璃相的性能,使之与基体或者导电相的物理、化学性能保持一致。此成分的玻璃相能改善黏结相性能,促进与导电相的融合、匹配,尽量减小黏结相对导电相性能的影响。

     无玻璃黏结相主要是通过氧化物与基片起化学反应形成结合,这种黏结相一般为Cu的氧化物,常用的是CuO或Cu,O,有时加人一些Cd,形成Cu-Cd铝酸盐,使反应温度降低:总之,加入黏结相后,该成分虽然能增强导电.相的力学性能,但都将在一定程度上降低导电性能。所以,开发一种复合的、既能增强力学性能又能提高导电性能的导电玻璃将是今后发展的一种趋势。

     1.3有机载体

     有机载体是溶解于有机溶剂的聚合物溶液,它是功能相和黏结相微粒的运载体,起着控制浆料的流变特性,调节浆料的黏稠度,使固体形态的导电相、黏结相和其他作用的固体微粒混合物分散成具有流体特性的浆料,以便于转印到基板上,形成所需图形。有机载体主要由有机溶剂和增稠剂成。为了改善其流动性,可加入表面活性剂。为了控制烧结时容易出现的二次流动现象,应加入流延性控制剂。为了提高浆料的触变性,可加人触变剂胶凝剂等。为了减少介质浆料在印刷后产生的气孔,保证绝缘性能,还需加入消泡剂。

  1.4制备方法

     电子浆料的主要制备方法可分为化学法和机械法。化学法是目前最常用的方法,可以用来制备大部分浆料,常用的设备主要有反应釜。化学法现在已经比较成熟,但是该方法存在工艺参数复杂产量小,成分单一、质量稳定性难控制及制程.杂、产量小,成分单一、质量稳定性难控制及制程中需污水处理等环保问题。其基本的工艺路线是将需要的金属或特定的成分,按比例进行配比,然后溶解分散于一定溶剂内,注人反应釜反应,待反应完成后进行分离、清洗和烘干。机械法可以形成对化学法的有效补充,其工艺参数少,生产过程容易控制、产量大,且金属成分可调,可以满足不同的性能(如色彩)要求,性能更加稳定。同时,采用机械法,可免去一些昂贵的催化剂、添加剂等,具有显著的成本优势。其基本工艺路线是:将需配制的特定金属或合金粉末,分别进行初级处理,得到初级粉末;然后通过成分设计、粗细粒径配制,共同置于高能研磨机中进行复合和细微纳米化;经过超细分级,最后包装封装。

    2 电子浆料在印刷电路板方面的应用

     印刷电路板是电子行业中最重要的基础电子部件。2005年,中国PCB的产值和进出口额均超过130亿美元,成为世界第二大PCB产出国。我国PCB产业近年来保持着20%左右的高速增长,在2010年已经超过日本,成为全球PCB产值更大和技术发展最活跃的。喷墨电路板印刷技术是目前更先进的PCB制造技术,日本、欧美、韩国等发达已经投人巨资来研究和开发数字喷印这项技术。它可以极大地简化PCB的生产过程和缩短生产周期,能够达到节能减排的目的,特别是减少了废水的处理量,改善了环境污染,实现了绿色生产。

       目前传统的丝网印刷工艺,其高消耗 、高成本、高污染的PCB制造技术,已远远不能满足也不符合将来的发展要求。目前喷印喷嘴能喷射出的墨滴尺寸可小到lμum以下,可形成线宽小于3μm的线路,为PCB企业生产精细化产品、实现节能减排提供了选择的机会和新的出路。目前更先进的喷墨印刷电路技术,是将低温纳米粉末装入特殊的喷嘴打印头,在较低的熔融温度下,纳米合金粉直接熔合在印刷基板上,直接进行电路印刷(类似激光打印机原理)。因此纳米油墨印刷电路技术,具有生产过程更加简化、环保,原料成本更具优势的特点,是新一代的更具发展潜力的电路板印制技术。 

        喷印电子技术的材料也是一个几近全新的领域。印制电子技术的取向是多元化的,目前这种技术还主要是对喷印技术和可以喷印的纳米材料的研究。按照产业化的发展轨迹看,喷墨打印技术将成为印制电子的核心工艺技术,因此可喷印纳米电子浆料材料将成为印制电子技术的基础课题。实现我国自主知识产权的喷印用电子纳米材料,占领喷印技术的制高点,提升中国PCB行业的技术水平,使中国的PCB工业尽快跻身世界更先进行列,这对国内电子材料业是很大的机遇。

      随着信息产业的高速发展,在PCB工业和其他各行各业中,电子浆料将作为其关键材料继续扮演着重要的角色。因此,发展高性能、低成本的子浆料产品将大大提高电子产品的竞争力,这也成为电子浆料自身产业健康发展的必然条件。通过研究复合金属浆料和其他的基体浆料,使之具有优异的性能来保证电子产品的质量,并且降低生产成本,将在实际生产中具有良好前景。因此,研究电子浆料中复合组分的“相补效应”, 使其具备各组元的优良性能,能够发挥单一材料难以起到的作用,将具有经济性和功能性兼备的优势。在现有复合技术的基础上,开发以低成本、高质量为中心,促进生产过程连续化和短流程化的新的复合技术,将成为各国科研人员的重要课题。 

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