——重有色合金——特种铸造及有色合金 ２００８年第２８卷第１０期 浆料成分对银导体浆料性能的影响
江成军 张振忠 赵芳霞 段志伟王超 （南京工业大学材料科学与工程学院）
摘要试验以直流电弧等离子体法自制的超细银粉为原料，通过改变浆料各成分配比，结合金相显微镜、ＥＤＳ等分析手
段，研究了各成分对最终烧成厚膜导体性能的影响。结果表明，浆料的粘度随固含量的增加而增大，试验推荐固含量为
的粒径对导体的焊接性能具有一定的影响。２０４．２６
有影响，对于导电性能而言，不同粒径Ａｇ粉与玻璃粉
ｎｍ的Ａｇ粉的可焊性最好，这是因为Ａｇ粉粒径细化 之间均存在最佳组合。对可焊性而言，粒径为１０２．９２
后，表面活性增强，与焊料的润湿性能提高，容易与焊料
ｎｍ、２０４．２６ ｎｍ的Ａｇ粉具有良好的可焊性。
∞ ］ 安少华，张振忠，路成杰，等．直流氢电弧等离子体蒸发法制备纳米 Ｃｕ粉［Ｊ］．特种铸造及有色合金，２００７，２７（６）：４８８—４９０．
（１）浆料的粘度与固含量呈正增长关系，固含量越 大，浆料中的固相率越高，试验推荐固含量为８０％。
（２）在试验范围内，玻璃粉含量在２％，－－－６％范围内 提高，导体方阻呈现先减小后增大的趋势，玻璃粉含量 过低，Ａｇ粉易在烧成的过程中发生轻微的团聚，玻璃
１０
２．２ 固相中各组分含量对导体浆料导电性能的影响
Ｏ
选择１．００弘ｍ Ａｇ粉作为试验原料，固含量为定值
２０％，研究固相中玻璃粉和Ａｇ粉含量变化对导体浆料
图３玻璃粉含量对导体方阻的影响
的影响。图３表示了玻璃粉含量在２％～６％范围内变
图４为玻璃粉含量在２％～６％范围内导体浆料烧
化（Ａｇ含量对应于９４％～９８％）时，导体方阻（单位为 成后的表面形貌。可见，玻璃粉含量在３％（见图４ｂ）与
１６３．ｃｏｒｎ
８０４
万方数据
一浆料成分对银导体浆料性能的影响 密度远大于有机载体的密度，当固含量提高时，浆料中
的固相率大大提高（见图２），固相间的距离变小，相互
江成军等
８０ —７０ ‘口∞
’
５０
的摩擦阻力增大，宏观表现为浆料粘度的提高。试验过
曼４０
程中略作调整，基本保证浆料粘度维持同一粘度。
囊ｚ３。０
８０５
——特种铸造及有色合金 ２００８年第２８卷第１０期
对于任意粒径的Ａｇ粉，玻璃粉的粒径不是越细越好； 最细的０．３５弘ｍ反而会因为在烧结过程中，由于玻璃 粉的粒度过细，容易导致Ａｇ颗粒的偏聚，使得膜层的 方阻升高。同样Ａｇ粉的粒径也并非越细越好，粉体越 细反而也会因为其自身的电阻提高、致密化过程中相互 接触点变少而影响烧结膜层整体的导电性能。而对于
１’试验部分
银导体浆料由银粉、玻璃料和有机载体组成。有机 载体主要调整导体浆料的工艺性能；银粉决定导电性 能；玻璃料决定附着强度，并具有性能调整的作用。首 先采用自行研制的高真空双枪直流电弧等离子体法设 备制备出所需的纳米银粉，所用材料质量分数（下同）为 ９９．９９％的金属银，工作气体为纯度＞９９．９９％的氩气和 纯度为９９．７％的氢气，然后采用湿法球磨得到所需粒 径的玻璃粉。将超细银粉与玻璃粉按一定比例混合，在 玛瑙研钵中研磨混合，再加入一定量表面活性剂于酒精 中进行超声分散，之后烘干，得到分散均匀的固相粉体。
口 ］ 段志伟，张振忠。江成军。等．直流电弧等离子体法制备超细Ａｇ粉 研究［Ｊ］．铸造技术，２００７，２８（１）：２３—２６．
口 ］ 杨华荣．大功率厚膜电阻浆料的研究［Ｄ］．长沙：国防科学技术大 学，２００４．
口 ］ 张立德，牟季美．纳米材料与纳米结构［Ｍ］．北京ｔ科学出版社，
（ａ）１区
（ｂ）２区
图５ 图５ｄ中选区位置的ＥＤＳ能谱图
２．３ 固相粒径对导体浆料性能的影响
固定浆料中固含量为８０％，固相中玻璃粉含量为 ３％，研究不同Ａｇ粉粒径、不同玻璃粉粒径对导体浆料 性能的影响。选取Ａｇ粉平均粒径分别为１．００肛ｍ、 ２０４．２６ ｎｍ、１０２．９２ ｎｍ、４１．９８ ｎｍ，玻璃粉粒径分别为 ５．２４、１．９４、１．０３和０．３５／ｚｍ。试验发现，当Ａｇ粉粒径 为４１．９８ ｎｍ时，８５０℃烧成后导体方阻很大，超出测试
示位置）的能谱分析，结果显示２点所示的空白区域Ａｇ 含量较低，在此区域，Ａｇ在烧成过程中未能很好的连
粒径过小，烧成后膜层收缩严重，致密性变差，方阻上 升。其他粒径Ａｇ粉与不同粒径玻璃粉配合对导体方
接起来，因此其方阻也就明显大于其他玻璃粉含量的试
阻的影响见图６。可见，对于粒径为１．００／ｚｍ的Ａｇ粉
样。以上分析结果可以得出，玻璃粉在４％～６％范围
内升高时，烧成后形成的厚膜导带中金属粉之间无法很
Ｐ
好的接触，导体方阻逐渐升高。当玻璃粉含量为２％
‘口
●
ａ
时，由于浆料中玻璃粉的含量过低，液相量不足，使烧结
３
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致密化的驱动力不足，固体粉粒不能被完全润湿从而影
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响其致密性，导致导带的致密性降低，方阻也随之增大。
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熊量／ｋｅｙ
按照ＧＢ／Ｔ １７４７３—１９９８规定测试方法测试导体浆 料的粘度、导体膜层的方阻及可焊性，采用ＸＪＸ－１００型 金相显微镜以及ＪＳＭ－５９００型扫描电子显微镜进行膜 层的微观形貌分析，并结合ＥＤＳ进行表面元素分析。
２试验结果与讨论
２．Ｉ 固含量对导体浆料粘度的影响
选择平均粒度为２０４．２６ ｎｍ的Ａｇ粉作为试验粉
然后将有机载体加入并搅拌均匀后，用三辊轧机轧制成 电子浆料，期间进行浆料粘度调节。然后将调制好的电 子浆料用相同的丝网印刷工艺印刷到９６％的Ａｌｚｏａ基 片上。印刷好的试样在空气中放置５～１０ ｍｉｎ，待其流 平后在１２０，－－，１５０℃恒温干燥箱中干燥１０～２０ ｒａｉｎ，然 后在梯度炉中烧成，峰值温度为８５０℃，保温２０ ｒａｉｎ。
万方数据
图６ 固相粒径对导体方阻的影响
和２０４．２６ ｎｍ的Ａｇ粉，随着玻璃粉粒径的增大，导体 方阻呈现先减小后增大的现象，方阻的最小值分别出现 在玻璃粉粉粒径为１．９４肛ｍ和１－０３ ｐｍ处。而１０２．９２ ｎｍ Ａｇ粉方阻变化的趋势比较复杂，出现了先减小后 增大然后又减小的趋势。总结３种粒径Ａｇ粉的规律 可以看出，在试验所测范围（除１０２．９２ ｎｍ的Ａｇ与 ５．２４肚ｍ玻璃的组合外），均存在最佳组合。这可能是 由于Ａｇ粉与玻璃粉的粒径处于一定组合时，在烧结过 程中，银粉和粘结剂以及基板之间实现了良好的匹配， 使得烧结膜层的连续性、一致性较好，方阻也随之下降。 图７表示了１．００ ｐｍ、２０４．２６ ｎｍ、１０２．９２ ｎｍ的Ａｇ粉 分别与０．３５、１．０３、１．９４和５．２４ ９ｍ玻璃粉组合后烧 成导带的形貌，结合图６发现，处于最低方阻值的组合 是图７ｃ、图７ ｆ和图７ ｊ，其导带的致密性均为同组最佳。
关键词超细银粉；厚膜导体浆料；性能
中图分类号ＴＧｌ４６．３＋２
文献标志码Ａ文章编号１００１—２２４９（２００８）ｉ０—０８０４—０３
ＤｏＩ：１０．３８７０／ｔｚｚｚ．２００８．１０．０２４
自２０世纪７０年代以来，厚膜导体浆料在电子工业 中的应用得到了迅速发展，它是厚膜混合集成电路中用 途最广、用量最大的一种浆料［１］。将这种浆料按照一定 形状经丝网印刷或涂敷于基板上，经烧结后成为具有良 好导电性的导电材料，其作用是固定分立的有源器件和 无源器件作为元件之间的互连线和厚膜电容上下电极 及外引的焊区等［２］。厚膜银导体浆料作为其中应用最 广泛的一种浆料得到了广泛的研究，然而其中仍有一些 问题未得到很好的解决［３“］。直流电弧等离子体法是 近年来发展较快的一种制备超细粉体的方法［５’６］，由于 其蒸发温度高，可制备得到粒径分布窄、纯度高的粉体， 便于工业化生产等很多优点，得到了广泛的研究，然而 在对其制备出来的粉体的应用研究方面报道却很少。 本课题以直流电弧等离子体法自制的超细银粉为原料， 研究了浆料各成分含量、性能对浆料性能的影响规律， 以期为厚膜银导体浆料的生产应用及等离子体制备所 得粉体的应用起到一定的参考意义。
（ｋ）１０２·９２ ｎｍ，１·９４灿（１）１０２·９２ ｎｍ，５·２４ ｔａｎ
图７不同粒径固相粉体组合形成导带的形貌
浆料可焊接性能的测试结果。其中２０４．２６ ｎｍ组可焊 荐玻璃粉最佳含量为３％。
性最佳，１０２．９２ ｎｍ次之，１．００肛ｍ最差，这说明Ａｇ粉
（３）玻璃粉粒径与Ａｇ粒径对导体浆料的性能均
形成一体，１０２．９２ ｎｍ的Ａｇ粉显示了同样优秀的可焊 性能，１．００ ｐｍ的Ａｇ由于活性相比较差，可焊性能也 相对较差。同时，对比同组Ａｇ粉不同粒径玻璃粉也发
参考文献 Ｅｌｌ ＴＡＹＬＯＲ Ｅ，ＦＥＬＴＥＮ Ｊ，ＬＡＲＲＹ Ｊ．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ
ｌｏｗ—ｃｏｓｔ ｓｉｌｖｅｒ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｔｈｉｃｋ－ｆｉｌｍ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ［刀．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ—
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图１ 固含量时导体浆料粘
图２ 固相率与固含量的关
度的影响
系
收稿日期：２００８—０５—１１ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（１０５０２０２５）；江苏省高校自然科学基金资助项目（０５ＫＪＢｌ３００４２１） 第一作者简介：江成军，男，１９８３年出生，硕士研究生，南京工业大学材料科学与工程学院，南京（２１０００９），电话：０２５—８３５８７７６６，Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｉａｎｇ＿ｃｊｕｎ＠
现，玻璃粉的粒径对导体的可焊性能也有影响。
ａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，Ｈｙｂｒｉｄｓ，ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，