[发明专利]银粒子及其制备方法

说明书

发明领域

本发明涉及具有独特形态的高分散性银粒子及其制备方法。这些银粒子在电子器件应用中特别有用。

发明背景

银粉在电子器件行业中用于导体厚膜浆料的制造。将厚膜浆料丝网印刷到基板上，形成导电线路图案。然后对这些线路进行干燥和焙烧以使液体有机载体挥发并烧结银粒子。

印刷电路技术需要更致密和更精密的电子电路。为符合这些要求，导电线宽度已越来越窄，且导电线间的距离也越来越小。形成致密的、紧密填充的、窄的导电线所必需的银粉粒子必须尽可能接近单分散性的致密填充的球体。大多数现有球形粒子具有光滑表面。由此类粒子组成的粉末的使用导致烧结时灵活性有限。

当前用于制造金属粉末的许多方法都可用于制备银粉。例如，热分解方法、电化学方法、诸如雾化或铣削的物理方法以及化学还原方法都可使用。热分解方法多用于制备海绵状、成团且多孔的粉末，而电化学方法则用于制备晶体状和粒度非常大的粉末。物理方法通常用于制备片状材料或非常大的球形粒子。化学沉淀方法制备一系列大小和形状的银粉。

用于电子器件应用的银粉通常使用化学沉淀方法制造。通过化学还原制备银粉，其中银的可溶性盐的水溶液与适当的还原剂在使得银粉可沉淀的条件下反应。包括肼、亚硫酸盐和甲酸盐的无机还原剂可制备尺寸非常粗大、形状不规则且由于聚集作用具有较广粒度分布的粉末。使用诸如醇、糖或醛之类的有机还原剂与碱金属氢氧化物一起还原硝酸银。该还原反应非常快，难以控制，生成的粉末被残余碱金属离子污染。虽然这些粉末的粒度很小(＜1μm)，但它们往往具有不规则的形状以及较宽的粒度分布，因而填充效果不佳。很难控制这类银粉的烧结，并且它们无法提供厚膜导体电路中所需的足够线清晰度。

因此，需要制备具有使粒子更易于烧结的形态的粒子以及更易于制备这类粒子的方法。

发明概述

本发明提供包含银粒子的银粉，每个银粒子包含长100-2000nm、宽20-100nm和厚20-100nm的银组分，它们聚集形成球形、开放式结构的粒子，其中d₅₀粒度为约2.5μm至约6μm。

本发明也提供制备包含银粒子的银粉的方法，每个银粒子包含长100-2000nm、宽20-100nm和厚20-100nm的银组分，它们聚集形成球形、开放式结构的粒子，其中d₅₀粒度为约2.5μm至约6μm。所述方法包括：

(a)制备酸性银盐水溶液，其包含溶解于去离子水中的水溶性银盐；

(b)制备酸性还原性和表面形态改性剂的溶液，其包含：

(i)还原剂，所述还原剂选自溶于去离子水的抗坏血酸、抗坏血酸盐以及它们的混合物；

(ii)硝酸；以及

(iii)表面形态改性剂，所述表面形态改性剂选自柠檬酸钠、柠檬酸以及它们的混合物；

(c)将酸性银盐水溶液以及酸性还原性和表面形态改性剂的溶液维持在相同温度下，其中温度在约65℃至约90℃的范围内，同时搅拌每种溶液；以及

(d)将酸性银盐水溶液与酸性还原性和表面形态改性剂的溶液混合，在不搅拌情况下经过小于10秒的一段时间制得反应混合物，将反应混合物维持在(c)的温度下并且在3至7分钟后搅拌反应混合物2至5分钟，在最终水溶液中制成银粉粒子。

还提供进一步包括以下步骤的上述方法：

(e)将银粉粒子从最终水溶液中分离出来；

(f)用去离子水洗涤银粉粒子；以及

(g)干燥银粉粒子。

上述酸性还原性和表面形态改性剂的溶液可任选地包含一种分散剂。

附图简述

图1为实施例1中制备的银粉放大5,000倍后的扫描电镜图像，所述银粉包含银粒子，每个银粒子包含长100-2000nm、宽20-100nm和厚20-100nm的银组分，它们聚集形成球形、开放式结构的粒子，其中d₅₀粒度为3.6μm。

图2为图1中所示的相同银粉放大15,000倍后的扫描电镜图像。

图3为比较实施例1中制备的银粉放大5,000倍后的扫描电镜图像，所述银粉包含银粒子，每个银粒子包含长100-500nm、宽80-100nm和厚80-100nm尺寸的银组分，它们聚集形成球形、开放式结构的粒子，其中粒子表面类似桔皮表面，并且d₅₀粒度为4.2μm。