[发明专利]一种导电浆料用铜粉的表面修饰方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属粉末的加工，特别是涉及到改善其性质和对粉末的包覆，更具体的是涉及对铜粉的表面修饰方法和改性技术。

背景技术

随着电子元器件的微型化和功能化的发展，极大的带动电子浆料的发展，尤其是银系电子浆料的广泛性应用。然而由于在潮湿环境中银会发生迁移现象，从而降低了电子元器件的可靠性，加之银粉价格昂贵，使得开发具有高性能，低成本的新一代贱金属浆料极为迫切。铜系导电浆料被认为是理想的换代产品。但铜粉由于容易被氧化从而使得浆料的导电性大大下降。因此如何提高铜粉的抗氧化能力成为关键。

目前，铜粉的主要抗氧化技术有：

(1)表面镀惰性金属

采用化学镀，真空蒸镀等方法在铜粉表面镀上一层惰性金属，通常是镀银。

(2)加入适量还原剂

在浆料制备过程中加入少量有机还原剂，如胺、醛、酚、羧酸等，将铜粉表面的氧化膜还原为金属铜，并抑制其氧化。

(3)采用偶联剂处理

采用钛酸酯或硅烷系偶联机对铜粉表面进行包覆处理。

第一种和第三种方法效果较好，但成本较高而且工艺较为复杂。尽管第二种方法得到的浆料导电性较好，但由于浆料在固化和在烧结过程处于弱氧化气氛时，铜粉氧化严重，使得所制电子元器件性能不佳。

现有技术中，专利号为92100920.8的“导电铜粉的表面处理方法”，提供了一种技术，是先用常规法除去铜粉表面的有机物，再用酸脱去铜的氧化膜，洗净至中性，然后将纯净的铜粉用偶联剂和Z B-3复合处理剂的有机溶剂稀溶液浸渍处理充分分散，得到的铜粉适用于导电油墨、导电涂料、导电粘合剂等导电铜浆的导电填料。但该方法的不足，是需用昂贵的化学试剂；更主要的是由于在酸洗阶段仅仅除去了铜粉表面的氧化膜，并未对铜粉表面的活性部分进行惰性化处理，而且酸洗后期，由于溶液体系pH的升高，铜粉表面再次被氧化，这层氧化膜属于低温氧化膜，疏松多孔，难以起到抑制氧化的作用。因而该方法不适用于导电浆料用铜粉的处理。

发明内容

本发明的目的，是提高铜粉的抗氧化性能，特别是在高温下的抗氧化性能，同时使其具有好的分散性。

本发明的铜粉表面修饰方法包括重结晶和有机包覆两部分，具体步骤和工艺条件如下：将铜粉加入到含分散剂的水溶液中，加入有机混酸，反应时间为30～90min；然后加入还原剂，逐渐升温至50～90℃，保温60～180min，进行重结晶反应；加入包覆剂，保温60～180min，进行包覆反应；再经液固分离，洗涤，真空干燥即可。

铜粉加入量按液固比为4～8∶1；

分散剂为乙二醇、二甘醇、三甘醇、丙三醇、聚醚多元醇中的一种；

有机混酸为A和B的混和物，A为甲酸、乙酸、柠檬酸、酒石酸中的一种，B为油酸和硬脂酸中的一种，混合比为A∶B＝4∶1～10∶1；

还原剂为水合肼、抗坏血酸、次亚磷酸钠、葡萄糖、甲醛中的一种；包覆剂为乙烯二胺、二甲基乙烯二胺、四甲基乙烯二胺、二乙烯二胺，三乙醇胺、六次甲基四胺中的一种或混和物。

加入量以铜粉为基准，分别为：

铜粉∶分散剂∶有机酸∶还原剂∶包覆剂(摩尔比)＝1∶0.05～0.25∶0.05～0.5∶0.1～1∶0.05～0.5。

在反应过程中，最好是在系统中通入保护性气体N₂、He、Ne、Ar、CO₂等惰性气体，使反应在保护气氛下进行。

最佳工艺条件是：

(1)铜粉加入量按液固比为6～6.5∶1；

(2)分散剂采用丙三醇，加入量为，铜粉∶丙三醇＝1∶0.05～0.1；

(3)有机混酸采用柠檬酸和油酸混合，混和比例为6～8∶1，加入量为，铜粉∶混合酸＝1∶0.1～0.2，酸洗反应时间为60～90min；

(4)还原剂采用次亚磷酸钠，加入量为，铜粉∶次亚磷酸钠＝1∶0.25～0.5，反应温度为65～80℃，保温反应时间为90～120min；

(5)包覆剂采用二乙烯二胺，加入量为，铜粉∶二乙烯二胺＝1∶0.2～0.3，包覆反应温度为65～80℃，时间为90～120min；

本发明方法与现有技术相比，具有如下优点和结果：