电子浆料是制造电子元器件的基础材料,是一种由固体粉末和有机溶剂均匀混合的膏状物。
作为集冶金、化工、电子技术于一身的高技术电子功能材料,电子浆料被视为部件封装、电极和互连的关键材料,主要用于制造集成电路、电阻器、电容器、导体油墨、太阳能电池电极、印刷及高分辨率导电体、导电胶、敏感元器件及其它电子元器件,一直以高质量、高效益、技术先进等特点广泛应用于航空、化工、印刷、建筑以及军事等各个领域,且具有无可替代的地位,被称为信息时代的“功臣”。
随着电子设备应用的空前普及,以及电子信息技术的快速发展,高集成化、轻量化、智能化、绿色化已然成为电子产品的发展方向,因而对作为核心材料的电子浆料的需求也越来越多,性能要求也越来越高。
银粉银浆是电子元器件制造与光伏发电生产中必不可少的原材料,是典型的新材料。
银有如下几方面特性:最优常温导电性、最优导热性、最强的反射特性、感光成像特性、抗菌消炎特性。由于以上特性以及相对化学稳定性(高温下不氧化的最廉价金属),使其广泛应用于现代工业中,随着电子工业的发展,银的导电性和导热性使其成为电子工业不可缺少的材料。
目前银在电子工业中应用已成为其使用的最主要方面。在电子工业中银也存在着自身的缺点。主要反映在三个方面即:抗焊锡浸蚀能力差、银离子迁移、硫化。因此有些情况下要加入铂、钯来改善其缺陷。
银在电子工业中应用,可以分为微电子(小功率、低电压)和电气(高功率、高电压)两个方面,随着民用电气的不断发展的轻、小、薄趋势。在微电子方面的使用将成为最主要的方面。
而银在微电子工业中的应用形式是薄层化,源于电子机器轻、小、薄以及成本的要求,要实现薄层化目前主要的技术包括厚膜浆料技术、电镀技术、其它物理方面(汽相沉积、溅射),其中厚膜浆料技术由于投资少、量化生产容易,适用于各种基材,成膜条件简单,使其成为实现导电膜层的最主要方式。
在电子工业中厚膜和薄膜的区别不是膜厚,而是不同的成膜方式。
以印刷、烧结成膜方式为厚膜工艺。而厚膜工艺的核心就是银导体浆料。
厚膜浆料(Thick film pastes)始于上世纪三十年代的美国,当时在BaTiO3单板电容器基板上如何形成电极,联想到历史上的陶瓷上釉工艺,将玻璃粉作为粘接相与银粉和载体(有机聚合物 溶剂)混合加工为具有一流变特性的“膏状物”或称油墨,通过印刷烧结方式在陶瓷上形成引导电膜,从而产生了厚膜浆料。
厚膜浆料(Thick film pastes)分为三类即导体、电阻、介质,其中最主要的,使用量最大是导体浆料,而导体浆料的主体是银导体浆料,是由银粉、粘接相、有机载体三部分组成。随着微电子工业的迅速发展厚膜浆料也不断发展,突破了原始基本概念。目前以银粉作为主体功能材料的“油墨类”材料可分为三类:
类别 | 银含量 | 成膜方式 | 应用 |
银导电涂料 | 20-60% | 喷涂、浸涂 | 电极、电磁屏蔽 |
银导体材料 | 40-70% | 印刷(油墨状) | 电子元器件电极、导电线路 |
银导电胶 | 60-90% | 点胶 | 导电连接 |
以上“ 油墨状”银导体材料统称为银导体浆料。
在以上三类构成的银导体浆料之中,使用方式为印刷的银导电浆料是主体。
银导电浆料又分为两类:
①聚合物银导电浆料(烘干或固化成膜,以有机聚合物作为粘接相);
②烧结型银导电浆料(烧结成膜,烧结温度>500℃,玻璃粉或氧化物作为粘接相)。
银粉按照粒径分类,
平均粒径<0.1μm(100nm)为纳米银粉;
0.1μm< Dav(平均粒径) <10.0μm为银微粉;
Dav(平均粒径)> 10.0μm为粗银粉。
粉末的制备方法有很多,就银而言,可一次采用物理法(等离子、雾化法),化学法(硝酸银热分解法、液相还原)。
由于银是贵金属,易被还原而回到单质状态,因此液相还原法是目前制备银粉的最主要的方法。
即将银盐(硝酸银等)溶于水中,加入化学还原剂(如水合肼等),沉积出银粉,经过洗涤、烘干而得到银还原粉,平均粒径在0.1-10.0μm之间,还原剂的选择、反应条件的控制、界面活性剂的使用,可以制备不同物理化学特性的银微粉(颗粒形态、分散程度、平均粒径以及粒径分布、比表面积、松装密度、振实密度、晶粒大小、结晶性等),对还原粉进行机械加工(球磨等)可得光亮银粉(polished silver powder),片状银粉(silver flake)。
构成银导体浆料(简称银浆)的三类别需要不同类别的银粉或组合作为导电填料,甚至每一类别中的不同配方需要不同的银粉作为导电功能材料,其目的在于在确定的配方或成膜工艺下,用最少的银粉实现银导电性和导热性的最大利用,关系到膜层性能的优化以及成本。
根据银粉在银导体浆料中的使用。现将电子工业用银粉为七类:
①高温烧结银导电浆料用高烧结活性银粉
②高温烧结银导电浆料用高分散银粉
③高导电还原银粉、电子工业用银粉
④光亮银粉
⑤片状银粉
⑥纳米银粉
⑦粗银粉
注:①②③类统称为银微粉(或还原粉),⑥类银粉在银导体浆料中应用正在探索过程中,⑦类粗银粉主要用于银合金等电气方面。
银粉银浆产业链结构示意图
二、 国内银粉银浆市场情况从“六五”攻关到“十三五”攻关,国家均将银粉银浆列为重点新材料领域,投入较多的科研经费和力量,加上上世纪八十年代始于电子元器件引进线相关的市场推动力。国内电子工业用银粉的开发和生产取得一定的进步。一段时间以来,电子制造业向中国转移,而形成银粉、银浆巨大的市场。
目前国内微电子工业用银粉的总产量2015年总产量约为190吨,总需求量1000-1200吨。2018年我国银粉行业产量约512.5吨,进口量约3059.6吨,出口量约43.9吨,国内银粉行业需求量约3528.2吨。
近几年我国银粉行业供需情况如下表所示:
2011年~2018年中国银粉产量供需现状
2018年我国银浆行业产量约4054.4吨,进口量约7.1吨,出口量约1.4吨,国内银浆行业需求量约4060.1吨。近几年我国银浆行业供需情况如下表所示:
2011年~2018年中国银浆产量供需现状
2018年银粉总产量为512.5吨,博迁新材银粉产量为4.67吨,占总产量将近1%的比例。