本发明涉及印刷电路,特别是涉及一种低温固化铜基浆料及其制备方法。
背景技术:
1、铜作为一种重要的金属元素,具有分布量大、价格低廉、导电性较高等优点,因而抗氧化的低温固化铜基浆料在纳米电子学、印刷电路等领域必将发挥巨大作用,对它的研究正引起越来越多的关注。
2、为实现浆料的低温烧结性能兼稳定性能,现有技术多选用微米级大尺寸铜颗粒制备低温铜浆。但是现有技术铜浆中的铜粉颗粒,易发生叠层团聚,公布号为cn109467984a中国专利公开了一种自组装铜球、导电油墨及其制备方法和应用,通过采用液相还原法,同时将还原剂与铜前驱体混合反应,获得由还原剂氧化产物包覆的复合铜球。该方案未能有效控制原始铜单质颗粒间的吸附团聚,导致纳米尺寸粒子在合成期间不断自组装形成2-10μm尺度复合铜球,最终所得导电油墨亦无法应用于精密电路印刷领域。公开号为cn10997968的中国专利,公开了一种低温导电铜浆及其制备方法,使用的是银包铜粉,成本较高,并且使用的粉体粒径为5~15μm,固化温度无法达到200℃以下。公布号为cn116189960a的中国专利公开了一种可低温烧结银铜复合导电浆料及其制备方法和应用,提供一种可低温烧结银铜复合导电浆料,包括以下重量百分比的组分:微米铜颗粒20-80%;纳米银片10-60%;纳米银颗粒1-20%;有机载体1-10%。该发明提供的可低温烧结银铜复合导电浆料采用了多种不同尺寸和不同形貌的银和铜,用大尺寸的银片和微米铜颗粒做骨架,小尺寸的纳米银颗粒作为填充。但是该发明使用银的比重大,成本高,银片的比表面积更大,印刷性能差。
3、因此,迫切需要一种抗氧化、可低温固化、成本低廉、并且电阻率可以满足精密印刷电路使用的低温固化铜基浆料及其制备方法。
技术实现思路
1、为解决上述背景技术无法成本低廉地满足精密印刷电路使用的低温固化铜基浆料的问题,本发明提供如下技术方案:
2、一种低温固化铜基浆料,包括以下组分:
3、导电颗粒:60-75重量份;
4、有机相:25-40重量份;
5、其中,所述导电颗粒包括以下重量百分比的组分:
6、微米铜粉:60-80wt%;
7、pvp包覆纳米铜粉:10-20wt%;
8、纳米银包铜粉:10-20wt%,wt%为所述导电颗粒包括的各组分的重量与所述导电颗粒总重量的百分比;
9、其中,所述微米铜粉的直径范围为:1-2μm,所述pvp包覆纳米铜粉和所述纳米银包铜粉的尺寸为纳米级。
10、本方案的技术效果在于:通过微米铜粉、pvp包覆纳米铜粉和纳米银包铜粉的复配,用pvp包覆纳米铜粉部分取代纳米银包铜粉,却基本消除了用pvp包覆纳米铜粉带来对浆料电阻率的不利影响。
11、较佳地,所述pvp包覆纳米铜粉的直径为:200-600nm;所述纳米银包铜粉的直径为20-100nm。
12、较佳地,所述微米铜粉的直径为:1.5-2μm;所述pvp包覆纳米铜粉的直径为:450-550nm;所述纳米银包铜粉的直径为50-60nm。
13、较佳地,所述低温固化铜基浆料包括以下组分:
14、所述导电颗粒:70重量份;
15、所述有机相:30重量份;
16、其中,所述导电颗粒包括以下重量百分比的组分:
17、微米铜粉:60wt%;
18、pvp包覆纳米铜粉:20wt%;
19、纳米银包铜粉:20wt%。
20、较佳地,沿着所述纳米银包铜粉颗粒的直径方向,银元素与铜元素的相对含量随着颗粒直径方向位置的变化而发生变化;在颗粒的外圈,银元素的含量高于铜元素的含量,在颗粒的内圈,银元素的含量少于铜元素的含量。
21、较佳地,所述有机相包括以下组分:
22、脂肪族环氧树脂、固化剂、促进剂;
23、其中,脂肪族环氧树脂的含量在40-50ct%;所述固化剂与所述脂肪族环氧树脂的重量比在1.2-1.4之间;所述促进剂的含量在1.5ct%以下且不为0,ct%为所述有机相包括的各组分的重量与所述有机相总重量的百分比。
24、较佳地,所述固化剂为有机酸酐,和所述促进剂为咪唑类,叔胺及其盐类,季胺盐,咪唑啉类,纳米tio2中的一种或者几种。
25、一种低温固化铜基浆料的制备方法,其包括下述步骤:
26、s1、准备导电颗粒,所述导电颗粒包括微米铜粉、pvp包覆纳米铜粉和纳米银包铜粉,其中,所述微米铜粉的直径范围为:1-2μm,所述pvp包覆纳米铜粉和所述纳米银包铜粉的尺寸为纳米级;
27、s2、所述导电颗粒按以下重量百分比的称量:
28、微米铜粉:60-80wt%;
29、pvp包覆纳米铜粉:10-20wt%;
30、纳米银包铜粉:10-20wt%,wt%为所述导电颗粒包括的各组分的重量与所述导电颗粒总重量的百分比;
31、s3、将s2步骤称量的微米铜粉、pvp包覆纳米铜粉和纳米银包铜粉混合均匀成混合铜基粉末备用;
32、s4、按预定重量比率将脂肪族环氧树脂、有机酸酐和促进剂混合均匀制作成有机相;按60-75重量份导电颗粒、25-40重量份有机相超声混合均匀,制备得到导电铜基浆料。
33、在所述的制备方法的某一方案中,所述微米铜粉根据以下步骤制成:
34、将固体乙酸铜混合pvp溶解在乙二醇中配制成前驱体铜盐溶液,还原剂溶解在乙二醇中配制成还原剂溶液,然后控制所述还原剂溶液温度在60℃~65℃,并且机械搅拌的条件下,所述前驱体铜盐溶液以预定速率加入所述还原剂溶液进行反应预设时间后、离心过滤、干燥、研磨微米铜粉。采用本技术方案,最终制备所得的微米铜粉的粒度呈单峰分布,粒径分散性很好,没有团聚。
35、在所述的制备方法的某一方案中,所述纳米银包铜粉的直径为20-100nm,根据以下步骤制成:
36、将超细铜粉清洗、加去离子水作为溶剂;
37、在超声加磁力搅拌过程中加入edta-2na;
38、加入还原剂酒石酸钾,所述酒石酸钾与所述超细铜粉的质量比为1:2;
39、滴加硝酸银溶液,在超声加磁力搅拌中逐滴滴加,滴加完成后继续反应30-60min,控制体系反应温度在30~40℃;
40、反应后固液分离、干燥得到所述纳米银包铜粉。
41、采用本技术方案,制成的纳米银包铜粉的银包铜的效果好,沿着所述纳米银包铜粉颗粒的直径方向,银元素与铜元素的相对含量随着颗粒直径方向位置的变化而发生变化;在颗粒的外圈,银元素的含量高于于铜元素的含量,在颗粒的内圈,银元素的含量少于铜元素的含量。
42、与现有技术相比,本发明的有益效果是:(一)、实现了铜基浆料在不高于200℃的低温下固化;(二)、通过微米铜粉、pvp包覆纳米铜粉和纳米银包铜粉的复配,用pvp包覆纳米铜粉部分取代纳米银包铜粉,获得优良的浆料电阻率;(三)、用pvp包覆纳米铜粉部分取代纳米银包铜粉,成本低;(四)、通过复配,能有效消除导电颗粒间的吸附团聚,可以满足精密印刷电路使用。
1.一种低温固化铜基浆料,其特征在于,包括以下组分:
2.如权利要求1所述的低温固化铜基浆料,其特征在于,所述pvp包覆纳米铜粉的直径为:200-600nm;所述纳米银包铜粉的直径为20-100nm。
3.如权利要求2所述的低温固化铜基浆料,其特征在于,所述微米铜粉的直径为:1.5-2μm;所述pvp包覆纳米铜粉的直径为:450-550nm;所述纳米银包铜粉的直径为50-60nm。
4.如权利要求3所述的低温固化铜基浆料,其特征在于,所述低温固化铜基浆料包括以下组分:
5.如权利要求1所述的低温固化铜基浆料,其特征在于,沿着所述纳米银包铜粉颗粒的直径方向,银元素与铜元素的相对含量随着颗粒直径方向位置的变化而发生变化;在颗粒的外圈,银元素的含量高于铜元素的含量,在颗粒的内圈,银元素的含量少于铜元素的含量。
6.如权利要求1所述的低温固化铜基浆料,其特征在于,所述有机相包括以下组分:
7.如权利要求6所述的低温固化铜基浆料,其特征在于,所述固化剂为有机酸酐,所述促进剂为咪唑类,叔胺及其盐类,季胺盐,咪唑啉类,纳米tio2中的一种或者几种。
8.一种如权利要求1~7中任意一项所述的低温固化铜基浆料的制备方法,其包括下述步骤:
9.如权利要求8所述的低温固化铜基浆料的制备方法,其特征在于,所述微米铜粉根据以下步骤制成:
10.如权利要求8所述的低温固化铜基浆料的制备方法,其特征在于,所述纳米银包铜粉的直径为20-100nm,根据以下步骤制成: