TW201423767A - 免電鍍銀膏 - Google Patents
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Abstract
一種免電鍍銀膏，包含一佔61wt%-90wt%的球狀銀粉組合物、一佔0.5%-5%的氧化物組合物、一佔1wt%-5wt%的樹脂，及一佔8.5wt%-30wt%的醚醇類溶劑。球狀銀粉組合物具有一佔60wt%-80wt%且平均粒徑是0.5μm-3.5μm的第一球狀銀粉，及一佔1wt%-10wt%且平均粒徑是50nm-100nm的第二球狀銀粉，藉此配比，該免電鍍銀膏在500℃-900℃燒結5-30分鐘後的沾錫覆蓋率遠高於品管標準的85%，而達90%以上，並提升銲錫對表面的包覆貼合性，特別適用於晶片型被動元件端電極及薄膜型晶片電極，而改善目前電鍍製程的昂貴成本及對環境造成的污染。
Description
本發明是有關於一種基本電氣元件，特別是指一種燒結後具有可焊錫性的免電鍍銀膏。
銀膏是用導電材料粉末(通常是金屬或合金粉末，例如銀、鋁、銅等金屬、合金所形成的粉末)、樹脂，及溶劑混合而成的黏稠狀組成物，通常用例如塗佈、點膠、印刷的方式附著在例如金屬、金屬氧化物、陶瓷等所製成的各式基板上，再經過燒結定型後成為用於導電的線路圖案，之後，該等基板則可藉著銀膏所形成的線路圖案與沾附有銲錫的各式電元件或光元件，例如發光二極體晶粒、積體電路(IC)、電容、電感、電阻…等彼此連接而封裝定置，進而架構成各式電子裝置或發光裝置。
一般而言，銀膏會基於用途的差異而採用不同的配方與比例，以達到其特定的例如耐濕性、耐候性、導熱率、膨脹度等各式需求，例如台灣第099109599申請號「導電性糊組成物及其製法」、第099122492申請號「導電性電極形成用組成物」等專利申請案，分別揭示不同組成的銀膏以分別達成對透明導電膜之良好接著性、低接觸電阻，以及流變特性優異而可以實現高縱橫比的目的。
雖然銀膏的配比、組份各異，但普遍來說，現有各式組成的銀膏在經過500℃-900℃的燒結定型而形成端電極或線路圖案後，直接與銲錫結合的沾錫覆蓋率較差，因此為了
達到符合品管標準的沾錫覆蓋率，還必須於其表面加鍍一層與銲錫相容的例如鎳層、錫層、銅層等額外金屬層，或是再塗佈錫膏後進入回流焊爐以使錫層能附著，如此不但增加製程成本，同時也會增加材料成本的支出，因此，現有的銀膏組成需要加以改進。
因此，本發明之目的，即在提供一種燒結定型後具有高沾錫覆蓋率的免電鍍銀膏。
於是，本發明一種免電鍍銀膏，包含一平均粒徑不大於微米尺度的球狀銀粉組合物、一氧化物組合物、一樹脂，及一溶劑，其中，以整體銀膏為100wt%計，該球狀銀粉組合物佔61wt%-90wt%，該氧化物組合物佔0.5wt%-5wt%，該樹脂佔1wt%-5wt%，該溶劑佔8.5wt%-30wt%。
本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。
較佳的，本發明免電鍍銀膏以整體銀膏為100wt%計，該球狀銀粉組合物具有一佔60wt%-80wt%且平均粒徑是微米尺度的第一球狀銀粉，及一佔1wt%-10wt%且平均粒徑是奈米尺度的第二球狀銀粉。
較佳的，該第一球狀銀粉的平均粒徑是0.5μm-3.5μm，且該第二球狀銀粉的平均粒徑是50nm-100nm。
較佳的，該氧化物組合選自下列構成的群組：三氧化二鉍(Bi2O3)、三氧化二硼(B2O3)、氧化鋅(ZnO)、二氧化矽(SiO2)，及此等的組合。
較佳的，該氧化物組合是平均粒徑為0.1μm-5.0μm的粉末。
較佳的，該樹脂選自下列構成的群組：乙基纖維素、丙酸多元酯、乙酸多元酯、甲酸多元酯，及此等的組合。
較佳的，該溶劑選自下列構成的群組：醚類、醇類，及此等的組合。
較佳的，該免電鍍銀膏在500℃-900℃燒結5分鐘-30分鐘後的沾錫覆蓋率不小於90%。
本發明之功效在於：藉由包括分別屬於微米尺度與奈米尺度的特定比例的第一球狀銀粉及第二球狀銀粉的球狀銀粉組合物，配合特定重量百分比的氧化物組合物、樹脂，及溶劑，而使銀膏整體在用500℃~900℃燒結5分鐘~30分鐘後的沾錫覆蓋率能達到不小於85%的功效表現，進而減少額外電鍍的製程與材料成本，並降低環境污染。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
本發明免電鍍銀膏的一較佳實施例包含一平均粒徑不大於微米尺度的球狀銀粉組合物、一氧化物組合物、一樹脂，及一溶劑，適用於以塗佈、印刷等方式附著在以例如金屬、金屬氧化物、陶瓷、玻璃等構成的基板上，再經過燒結
定型後成為用於導電的線路圖案，之後，該等基板則可藉由本發明免電鍍銀膏所構成的線路圖案與沾附有銲錫的各式電元件或光元件，例如發光二極體晶粒、積體電路(IC)、電容、電感、電阻…等彼此連接而封裝定置，進而架構成各式電子裝置或發光裝置。
以整體銀膏為100wt%計，該球狀銀粉組合物佔61wt%-90wt%，更細分地，該球狀銀粉組合物具有一佔60wt%-80wt%且平均粒徑是微米尺度的第一球狀銀粉，及一佔1wt%-10wt%且平均粒徑是奈米尺度的第二球狀銀粉；較佳地，該第一球狀銀粉的平均粒徑是0.5μm-3.5μm，該第二球狀銀粉的平均粒徑是50nm-100nm；藉由兩種平均粒徑分屬微米尺度與奈米尺度及60wt%-80wt%與1wt%-10wt%的第一球狀銀粉與第二球狀銀粉，而在塗佈於基板上時構成密度較高的粒子堆疊層，進而在燒結後形成平坦且緻密光滑的平面，藉以形成高可焊性的線路圖案或端頭電極。
該氧化物組合物佔整體銀膏的0.5wt%-5wt%，是選自例如三氧化二鉍、三氧化二硼、氧化鋅、二氧化矽等氧化物及/或此等氧化物的組合為組成，且平均粒徑為0.1μm-5.0μm的粉末，主要是構建導電銀膏燒結形成線路圖案後與基板之間的接合力，添加比例過多會影響燒結所構成的線路圖案的導電性與光澤度，添加不足則會導致與基板結合力不足而易脫落，故以佔整體銀膏的0.5wt%-5wt%且粒徑範圍在0.1μm-5.0μm的粉末，主要是構建導電銀膏燒結形成線路圖案後與基板之間為佳。
該樹脂佔導電銀膏整體的1wt%-5wt%，主要是配合該溶劑使上述的球狀銀粉組合物與氧化物組合物均勻分布於所形成的導電銀膏中，進而達成後續加工，例如印刷或塗佈的目的，較佳地，該樹脂選自乙基纖維素、丙酸多元酯、乙酸多元酯、甲酸多元酯及/或此等的組合為組成，更佳的是乙基纖維素。
該溶劑是選自醇、醚類所形成的醚醇類溶劑，佔導電銀膏整體的8.5wt%-30wt%，用於溶解上述的球狀銀粉組合物、氧化物組合物、樹脂而形成濃稠的漿液狀流體，添加比例視所需導電銀膏的濃稠度而可於整體的8.5wt%~30wt%的範圍中調整。
上述本發明免電鍍銀膏的較佳實施例在以塗佈、印刷、點膠等方式附著在以例如金屬、金屬氧化物、陶瓷、玻璃等構成的基板或端頭上後，於500℃-900℃燒結5分鐘-30分鐘後，所形成的導電線路或端頭電極的沾錫覆蓋面積將不小於85%，而具有高可焊錫性，進而達到本發明的發明目的。
以下，將以四個本發明實驗例與現有的銀膏對照例於國立高雄應用科技大學化工材料檢測中心進行試驗作一輔助驗證本發明免電鍍銀膏之說明；要注意的是，本試驗受囿於檢測經費，該四實驗例僅為本發明中較具有商業價值之組成。
分別以下表所列組成的免電鍍銀膏塗佈於氧化鋁基板上後，於100℃烘乾10分鐘，然後再於750℃燒結20分鐘
後製得試片TMC-1、TMC-2、TMC-3、TMC-4。
將市售之廠牌ESL型號9647的導電漿料塗佈於氧化鋁基板上後於100℃烘乾10分鐘，然後再於850℃燒結20分鐘後製得試片ESMC-1。
將試片置入錫爐中分別於260℃、5秒的操作條件，以及340℃、3秒的操作條件進行銲錫測試。一般而言，銀膏的吃錫能力可由錫層的接觸覆蓋面積率來判斷，也就是越大的覆蓋面積率表示越好的吃錫能力。
由下頁試驗結果可以證實，本發明免電鍍銀膏與錫層的接觸覆蓋面積率都遠高於85%，且至少都能達到96%以上，
遠高於現有的市售銀膏的接觸覆蓋面積率；也就是說，本發明免電鍍銀膏在燒結形成線路圖案後直接與銲錫結合的沾錫覆蓋率較高，而能直接供沾附有銲錫的各式電元件或光元件封裝定置於基板上，毋須如現有的銀膏一般，還必須於表面加鍍鎳層、錫層、銅層等額外金屬層，或是進入回流焊爐以使錫層能附著，而能達成降低製程成本與材料成本的目的。
綜上所述，本發明是藉由包括分別屬於微米尺度與奈米尺度及特定比例的第一、二球狀銀粉的球狀銀粉組合物，同時配合特定組份的氧化物組合物、樹脂，及溶劑，而能在500℃-900℃燒結5分鐘-30分鐘後，達到沾錫覆蓋率不小於85%的目的，也就是說，本發明免電鍍銀膏對錫的結合力較高，進而能在相同SMT上錫製程中直接達到上錫的效果，而能確實改善現有的免電鍍銀膏在燒結後的沾錫覆蓋率普遍較低，以至於必須多增加一道鍍覆額外金屬層，或是再塗佈錫膏後進入回流焊爐以使錫層能附著，而造成製程與材料成本較高的問題，並可因減少額外的電鍍製程而同時降低
環境污染，故確實能達到本發明的發明目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
Claims (8)
- 一種免電鍍銀膏，包含：一平均粒徑不大於微米尺度的球狀銀粉組合物、一氧化物組合物、一樹脂，及一溶劑，其中，以整體銀膏為100wt%計，該球狀銀粉組合物佔61wt%-90wt%，該氧化物組合物佔0.5wt%-5wt%，該樹脂佔1wt%-5wt%，該溶劑佔8.5wt%-30wt%。
- 依據申請專利範圍第1項所述之免電鍍銀膏，其中，以整體銀膏為100wt%計，該球狀銀粉組合物具有一佔60wt%-80wt%且平均粒徑是微米尺度的第一球狀銀粉，及一佔1wt%-10wt%且平均粒徑是奈米尺度的第二球狀銀粉。
- 依據申請專利範圍第2項所述之免電鍍銀膏，其中，該第一球狀銀粉的平均粒徑是0.5μm-3.5μm，且該第二球狀銀粉的平均粒徑是50nm-100nm。
- 依據申請專利範圍第1至3項中任一項所述之免電鍍銀膏，其中，該氧化物組合選自下列構成的群組：三氧化二鉍、三氧化二硼、氧化鋅、二氧化矽，及此等的組合。
- 依據申請專利範圍第4項所述之免電鍍銀膏，其中，該氧化物組合是平均粒徑為0.1μm-5.0μm的粉末。
- 依據申請專利範圍第1至3項中任一項所述之免電鍍銀膏，其中，該樹脂選自下列構成的群組：乙基纖維素、丙酸多元酯、乙酸多元酯、甲酸多元酯，及此等的組合。
- 依據申請專利範圍第1至3項中任一項所述之免電鍍銀膏，其中，該溶劑選自下列構成的群組：醚類、醇類，及 此等的組合。
- 依據申請專利範圍第1至3項中任一項所述之免電鍍銀膏，其中，該免電鍍銀膏在500℃-900℃燒結5分鐘-30分鐘後的沾錫覆蓋率不小於90%。
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