低温共烧陶瓷LTCC内电极导电银浆的工艺特性总结

云脑智库 2021-06-13 00:00



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。

图源自网络


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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由于LTCC工艺容差性小、工艺对接及控制指标极高,在开发LTCC用银导电极浆料过程中,必须全面考虑与LTCC生瓷带之间的匹配性。其中主要包括烧结收缩行为匹配、热膨胀系数匹配及化学相容性匹配这三方面,以减少层裂,翘曲和裂纹的产生。


三、导电银浆的组成特性


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导电银浆具有高导电率、低成本的特点,在导体浆料中应用广泛,现已成为导电浆料研发的主体。LTCC内电极用银浆属于采用银粉作为功能相的导电浆。导电银浆由银粉、有机载体及改性剂组成。有机载体通常由溶剂、增塑剂、流平剂、表面活性剂以及其他助剂组成。通过调节有机载体的成分配比和它在银浆中的含量来控制整个银浆的粘度、流平性、触变性和细度等工艺性能,使银浆料具有良好的丝网印刷性能。经混合搅拌、三辊轧制后形成均匀膏状物,通过丝网在基片上印刷成膜,最后经过烧结获得固化膜。


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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