低温固化银浆的制备

程 耿，祝志勇，王 强



低温固化银浆的制备

程 耿，祝志勇，王 强

（武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064）

本文研究了低温固化银浆的制备工艺，选择了片状银粉作为导电功能相，通过大量试验研制出合适的有机载体配方，制得了膜层方阻低、附着力强、挠曲性好的低温固化银浆，可很好地应用于柔性线路板和其它领域。

低温固化 片状银粉 银浆

0 引言

低温固化银浆是在300℃以下经固化处理而形成导电膜层的银浆，由导电功能相（银粉）、粘接相（树脂和有机溶剂）和助剂等组成，适用于丝网印刷。低温固化银浆广泛应用于薄膜开关、柔性线路板、固体钽电解电容器电极、电子屏幕等。本论文紧跟市场信息，探究了低温固化银浆的性能和机理，具有理论意义和经济效益。

1 实验

将高分子树脂溶于有机溶剂中制得载体，将银粉与有机载体混合，加入适量助剂，混合均匀后经三辊机轧制至细度小于15 μm。采用丝网印刷标准导电线条，经烘烤后测试膜层电阻，附着力，挠曲性和硬度。

采用TH2511型直流低电阻测试仪测试膜层的电阻，3M公司600#胶带测试膜层附着力，2 kg砝码弯折测试挠曲性，BY型铅笔硬度计测试膜层的硬度，采用日本电子株式会社生产的JSM-5610LV型电子显微镜，加速电压20 kV，观察银粉和烘干膜层的形貌。

1.1 银粉的选择

因片状银粉更容易形成导电网络，而且可以抵消柔性弯折产生的应力，适合在低温固化银浆中使用。本项目使用的片状银粉性能如表1，其SEM图片以及制得浆料烘干膜层的SEM图片分别如图1和图2。

1.2 高分子聚合物的选择

本论文试验了聚氨酯，聚酯，聚丙烯酸树脂，氯醋乙烯树脂等树脂，将以上各树脂溶解为固含量为15%的载体，配制成银含量为45 %的浆料，用300目不锈钢丝网印刷标准线路（0.5 mm宽1 m长）于PET膜上，烘干条件为135℃/40 min，制得膜层性能见表2。

膜层的性能与树脂的种类关系较大，聚氨酯和聚酯体系附着力好，聚丙烯酸树脂和氯醋乙烯树脂附着力较差，附着力的好坏是由树脂种类决定，聚酯和聚氨酯含有大量酯键，能与pet相互作用产生吸附力，因此附着力较好。

聚氨酯的挠曲性好，其他树脂挠曲性较差，这是因为聚氨酯本身具有良好的断裂延长率和拉伸强度，能抵消弯折过程中的部分应力，同时聚氨酯对PET薄膜的附着力较好，在弯折过程中膜层不易从PET薄膜上脱落。下图3为四种树脂制得的银浆通过挠曲性测试后弯折处的SEM图片。

图3 c显示，聚丙烯酸树脂对PET的附着力不好，在弯折过程中膜层断裂，并从PET薄膜上脱落，四个膜层在弯折处都有一定裂纹，裂纹过大将导致断线。

氯醋乙烯树脂方阻较小，其他树脂方阻较大，一方面是树脂与银粉匹配好，另一方面因为氯醋乙烯树脂在烘干后体积收缩率大，能将银粉紧密的搭接在一起。由表2可知，以上任一树脂单独使用均无法同时满足导电性能和机械性能的要求，要制得综合性能优良的浆料，最佳途径是将两种或两种以上树脂配合。下表3是将聚氨酯与氯醋乙烯树脂按照不同的配比制得的膜层性能。

注：a 聚氨酯 b 聚酯 c 聚丙烯酸树脂 d 氯醋乙烯树脂。

从上表看出，聚氨酯和氯醋乙烯树脂混合后性能得到互补，附着力和挠曲性得到改善，聚氨酯含量在60%以下时电阻比单独树脂均小。随着聚氨酯比例的增加，膜层的附着力和挠曲性增加，电阻有上升趋势，比较适当的比例是聚氨酯含量为45～65%，在此范围内电阻和机械性能都有可调余地。

1.3 银粉/树脂比例的影响

银粉与树脂的比例是影响浆料性能的重要因素。在膜层烘干前，银粉被树脂溶剂分隔而不导电，膜层烘干后，银粉互相搭接形成连续的导电体。若浆料中银粉含量过低，膜层烘干后无法形成连续的链式结构，膜层将无法导电。若银粉含量过高，则由树脂决定的附着力、挠曲性等机械性能无法满足要求[1]。试验研究了不同银粉/树脂比例对浆料性能的影响（树脂为氯醋乙烯树脂）。

由表4看出，膜层烘干电阻随银含量增加而减小，在银含量超过85%后电阻减小不大，而附着力显著降低，为了保证良好的导电性能和机械强度，适合的银粉/树脂比例为83/17-87/13。

1.4 烘干过程的优化

为了提高烘干效率，在不改变烘烤温度（135℃）的条件下减少烘干时间，我们调整了溶剂比例，增加了溶剂中挥发速度较快的溶剂（如乙二醇乙醚乙酸酯，环己酮）的比例，测试烘干过程中膜层电阻的变化。试验结果如图4，b与a对比，表明加入环己酮后膜层的初始烘干速度变快，即表干电阻（1 min时的电阻）明显减小，但是后期电阻减小缓慢，总的烘干速度略微有点提高。如果快挥发溶剂的比例过大，则会出现轧浆时溶剂大量挥发，轧浆损耗大，银含量不易调整，印刷时容易堵网等诸多问题。加入低沸点溶剂对浆料的烘干速度有适当改进，但是效果有限而且会带来诸多负面影响。

注：a 高沸点溶剂，树脂不含羟基基团；

b 加10% 环己酮，树脂不含羟基基团；

c 高沸点溶剂，树脂含羟基基团。

通过大量试验发现，同种类型树脂，含有羟基基团时会大大提高浆料的烘干速度，与不含羟基基团树脂相比，烘干速度提高主要表现在烘干后期，如曲线c所示。对于膜层的烘干过程，比较实用的是hansen学说[2]，其将烘干过程分为两个过程，首先是表干过程，即溶剂挥发过程，此过程的速度与自由溶液的挥发速度相同，即由溶剂的挥发速度决定膜层干燥速度；当膜层表干后进入溶剂释放过程，此过程的挥发速度受膜层厚度以及树脂与溶剂的相互作用影响，与树脂和溶剂的性质相关。这可以很好的解释调整溶剂比例可以适当加快膜层烘干速度，但是效果有限的原因：因为溶剂的挥发速度只能影响表干过程，难以改变溶剂的释放过程，而释放过程的时间远远高于表干过程。当树脂含有羟基极性基团时，树脂的溶剂释放能力大大提高，明显的减少了第二过程的时间，提高了整体的烘干速度。

2 浆料性能对比

试举45%含银量的浆料配方：银粉：45，树脂（聚氨酯：氯醋乙烯树脂=1）：8.0，溶剂：46，助剂：1.0。该浆料性能与韩国昌星Paron910比较如下表。由表5看出，45% 含银量银浆在性能上达到韩国昌星Paron910的水平，银含量更低。

3 总结

本研究选择了高度片化，低松装密度的片状银粉，研制出性能优良的有机载体，制得了银含量40%～50%的低温固化银浆，方阻小、附着力强、挠曲性好的特点，可很好地满足薄膜开关、柔性线路板等方面的应用，具有良好的市场前景。

[1] 黄富春, 李晓龙等. 低温固化银浆导电性能的研究[J]. 贵金属, 2011, 32（2）：52-57．

[2] 刘登良．涂料工艺（上册）[M]. 北京：化学工业出版社，2009：587-595．

Preparation of Low Temperature Curing Silver Paste

Cheng Geng, Zhu Zhiyong, Wang Qiang

（Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064，China）

This paper studies the preparation of low temperature curing silver paste. The flake silver powders are chosen as conductive materials and the perfect resins system is developed through a lot of experiments on the silver powders, which have the properties of good conductive and mechanical performance, and can be used in flexible circuit lines and other areas.

low temperature curing; flake silver; silver paste

TQ04

A

1003-4862（2015）03-0052-04

2014-12-09

程耿(1986-),男，硕士。研究方向：化学工程。