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低溫共燒陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramics,LTCC)技術是集3D高密度互聯、無源元件和IC封裝于一體的多層陶瓷制造技術,能夠實現電子元器件的集成化、微型化和多功能化,廣泛應用于無線通信、消費電子、醫療機械、汽車電子、航空航天以及國防軍工等領域。導電銀漿因具有導電性好、導熱性優異、加工性(空氣中燒結)優良、且可以低溫燒結等優點而廣泛應用于LTCC技術中。艾邦建有LTCC交流群,誠邀LTCC生產企業、設備、材料企業參與。

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一、LTCC導電銀漿及其組成

根據銀漿在LTCC基板或電子元器件中的使用位置,通常可分為內電極漿料、外電極漿料和通孔填充漿料。
表??LTCC導電銀漿的性能特點
一文了解低溫共燒陶瓷(LTCC)用電極銀漿
LTCC導電銀漿屬于采用銀粉作為功能相的導電漿。導電銀漿由功能相銀粉、有機載體及無機粘合相組成。
  • 功能相銀粉的形貌、粒徑及分布、結晶性、振實密度、表面特性等影響著導電漿料的六邊形及燒結形貌,決定了銀漿電性能的優劣等。
  • 無機粘合相通常包括玻璃粉與金屬氧化物等,用于調控銀粉的燒結以及銀電極與LTCC基板的附著力。
一文了解低溫共燒陶瓷(LTCC)用電極銀漿
圖??無機粘結相在燒結過程中的理想狀態
  • 有機載體作為導電相銀粉與無機粘合相的載體,可分散無機粉末以提供所需的流變性能,通常包含有機粘結劑、溶劑、增塑劑和分散劑等。

二、導電銀漿性能影響因素

LTCC導電銀漿的研究重點在于其印刷特性、共燒匹配性和電性能等。
  • 銀內層導體的收縮率和燒結動力學要與LTCC基板相匹配;

  • 表面導體要求就具有良好的導電性、可焊性和耐焊料浸出性,以及優異的初始附著力和老化附著力;

  • 填充導體要與基板兼容性好,具有較高的電導率與熱導率等。

表? LTCC電極銀漿性能的影響因素

一文了解低溫共燒陶瓷(LTCC)用電極銀漿

1、印刷特性

LTCC技術的關鍵是厚膜技術的絲網印刷工藝,除了受到絲網印刷速度、刮刀角度和網版等影響之外,很大程度上取決于導電漿料的質量,尤其是流變學行為的影響。
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通過調節有機載體的成分配比和它在銀漿中的含量來控制整個銀漿的粘度、流平性、觸變性和細度等工藝性能,使銀漿料具有良好的絲網印刷性能。經混合攪拌、三輥軋制后形成均勻膏狀物,通過絲網在基片上印刷成膜,最后經過燒結獲得固化膜。

2、共燒匹配性

由于LTCC工藝容差性小、工藝對接及控制指標極高,在開發LTCC用銀導電極漿料過程中,必須全面考慮與LTCC生瓷帶之間的匹配性,主要包括燒結收縮行為匹配、熱膨脹系數匹配及化學相容性匹配等。
LTCC導電銀漿和LTCC生瓷帶在燒結時有著各自的收縮率和燒結動力學特性,當銀漿和生瓷帶燒結特性不匹配時,燒結樣品會產生翹曲、裂紋、分層等現象,降低元器件的電性能和使用壽命等。此外,燒結后的銀電極應致密性、分辨率良好,與介質材料界面結合力強,不出現分層、開裂等現象。
因此,調整銀漿和生瓷帶的共燒特性尤為重要。一般情況下,電極漿料的收縮率大于生瓷片的收縮率,且先于生瓷片收縮,因此要調控銀粉、玻璃粉的粒徑及分布與含量等,并采用合理的燒結溫度和時間,來確保燒結匹配性和產品可靠性。

3、電性能

電性能與導電漿料中銀粉的形貌與粒徑、印刷圖案的分辨率、無機粉體的種類與含量、燒結制度等有關。

  • 片狀銀粉通常接觸面積大,其銀電極的連通性和導電性更高,而球狀和類球狀銀粉具有優異的流動性,更易于生成致密的厚膜。

  • 銀線的導電性隨著燒結后線分辨率的增加而增加,隨著銀線間隙的增大而增大,隨著銀線印刷層數的增加而降低。

  • 玻璃粘結相可以改善電極的燒滲工藝,提高銀電極的致密性,優化電性能。
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圖? 晶材MetaPaste?系列金屬漿料

4、抗遷移性

在導電銀漿與基板共燒過程中,若基板與銀粉間的浸潤親和力大于銀粉與銀粉間的親和力,則銀粉會向基板內部過度擴散,造成基板的絕緣電阻下降,可能產生電路擊穿,同時也會是銀電極在燒結后出現很多孔洞。
若基板與銀粉間的親和力過低,又會降低燒結后銀電極與陶瓷基板間的結合力,使器件內部產生開裂分層現象。

5、可焊性、耐焊料浸出性

從耐焊料浸出性、導電性和阻止銀的遷移方面來考慮,可以共混鈀、鉑等作為除了銀之外的其它組分。

隨著應用終端向“輕、薄、短、小”方向不斷發展,LTCC技術對電極銀漿的要求也越來越高。LTCC用的銀漿大多與生瓷帶一起開發,節約研發時間的同時,提高了銀漿的可靠度。8月29~31日,LTCC產業鏈企業齊聚艾邦第五屆精密陶瓷展覽會,覆蓋LTCC元器件/基板、生瓷帶、導電銀漿、網版、助劑、成型加工設備及配件全產業鏈,代表展商有:佳利電子、浙江矽瓷、上海晶材、上海匠聚、騰盛源、中電科風華、中電科二所等,歡迎各位行業朋友蒞臨參觀交流。

資料來源:低溫共燒陶瓷(LTCC)用電極銀漿研究進展,高于珺等.

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