低温共烧陶瓷基板技术(LTCC)是一种高密度集成封装技术,而其中的导电银浆料是制备高可靠性电子元件的关键原材料之一,其成分及性能对烧结后厚膜的导电性能、焊接性能以及与基板的共烧匹配性有极大的影响。
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一、LTCC导电浆料市场现状
在LTCC技术的应用过程中,需要LTCC生瓷带与电极浆料匹配性良好,才能保证产品在烧结过程中的平整度以及电极图案的精准度。由于在LTCC生瓷带方面与国外厂商存在明显的差距,目前我国所使用的LTCC生瓷带基本被Ferro、Dupont等国际厂商垄断,相应的所使用的电极浆料也基本被生瓷带供应商控制,这导致我国研发和生产的LTCC器件成品高昂,更重要的是核心关键技术受制于人。
二、银浆与生瓷带的匹配性
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三、导电银浆的组成特性
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四、共烧收缩率
银浆和生瓷带共烧升温曲线 图源自网络
在银浆中可以用乙基纤维素、松油醇等为有机载体。银浆和生瓷带一起烧结时有着各自的收缩率,因此需要调整银浆和生瓷带的共烧收缩率,后简称共烧收缩率。当银浆和生瓷带收缩率相差较大时,烧结产品会产生翘曲、裂纹、分层等现象,极大降低了元器件的电性能、稳定性以及使用寿命等,因此,调节共烧收缩率是十分必要的。
五、共烧收缩率影响因素
影响共烧收缩率的因素众多,如:生瓷带的烧结特性、银浆配方、银浆印刷图形的厚度、烧结工艺。银浆配方中无机相银粉的含量、立体形态、粒度分布、比表面积以及不同银粉搭配比例 ;有机相中树脂的种类、含量分散剂以及烧结助剂等均会影响烧结收缩率。
制备工艺中峰值温度和保温时间对收缩率也有影响。导电银浆与基体有良好共烧收缩率的同时,也需要具有高的导电性。如添加纳米银粉能填充球形银粉的间隙,增加银膜的致密性,提高烧结质量,进一步提高导电性;或适当增加片状银粉,颗粒间由点接触改善为面面接触和点面接触,有效降低银膜电阻,提高银浆导电性能。另外,导电银浆对印刷分辨率、浆料细度和浆料流变特性也有非常高的要求。
近年来,国家在电子元器件领域内国产化的要求越来越迫切,部分国内厂商已经逐步开发自 主LTCC生瓷带,但是在电极浆料的开发方面与国外厂商还存在较大的差距,还未完全掌握LTCC导电浆料所需的玻璃粉、银粉和有机载体等基础材料的关键技术。伴随着原材料的上涨, 生产成本也随之提高。因此开发出自主知识产权、与LTCC生瓷带相匹配的导电浆料,对于LTCC领域的发展具有重要意义。
目前市场上大规模使用的LTCC用导电浆料基本被Ferro、Dupont、贺利氏等国际厂商垄断, 其中FERRO占了70%左右的份额,其余份额基本被DuPont、贺利氏等企业占据,使用进口浆料的成本较高。目前国内LTCC大部分都还处于研究之中,相应的企业有贵研铂业、西安宏星电子浆料等。
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