[发明专利]高导电率卑金属厚膜导电膏的制备方法

说明书

一种低成本与高导电率卑金属厚膜导电膏的制备方法，能够在低温或高温空气中烧结，藉由卑金属铝有最高还原电位，铜其次，贵金属银则有较低低还原电位，使金属铝粉表面包覆几十奈米至几微米厚的铜颗粒，使其导电率提高，另外也可藉由银还原铜颗粒覆膜在铝颗粒的表面，使金属铝粉表面包覆几十奈米至几微米厚的银颗粒，得到高导电率的银包铝粉体，如果为奈米银包铝，烧结温度则可降至350℃左右；藉此，本发明可取代PCB电镀铜电极克服需黄光显影昂贵制程与电镀液污染问题，并可取代太阳能基板、LED基板、被动组件基板使用网版印刷金属银电极材料昂贵或是网版印刷金属铜电极需要还原气氛下制程昂贵等问题，能大幅降低材料成本并能有效应用于PCB基板或陶瓷基板。

技术领域

本发明有关于一种高导电率卑金属厚膜导电膏的制备方法，尤指一种卑金属电极厚膜材料，特别是指以银或铜覆膜铝颗粒可以在空气中与低温下烧结仍可以得到高导电率的卑金属导电膏为目标的方法。

背景技术

金属导电率最佳为银，其次为铜、金及铝；然而银的价格较铜为高，排名第三的金价格也比银、铜更高，因此取前两名的金属即银与铜做为导线材料最适合。铜导体是十多年较受欢迎的材料，因为铜具有低成本、低电阻率、与基板有良好黏着性、优异的焊接熔蚀抵抗能力、低扩散性、及高抗电致迁移性等性质。但铜具有很强的氧化位能，在制备及应用过程中易发生氧化，使其导电性能降低，故需在氧气分压低于10ppm的氮气下制备，且铜电极导电率会随着烧结(sintering)温度升高而增加。

表1银、铜导体厚膜膏特性与应用

上表1说明了两种高低温烧结的金属银、铜导体厚膜膏特性与应用。对一般厚膜卑金属铜膏而言，不管烧结温度高低，金属铜颗粒在空气中容易发生氧化，所以必须在还原气氛下烧结来避免铜氧化问题，且要高烧结温度下烧结才可以得到高导电率，虽然一般厚膜银膏可以在空气下烧结得到高导电率，但是银属于贵金属价格昂贵且不稳定。若以低温烧结铜膏或银膏(paste)，则因含部分不导电树酯而有导致其导电率大幅降低的缺点。

由于银是贵金属，以贵金属银粉为主要导体材料，导致材料成本昂贵，容易受价格起伏不定的影响，为了降低材料成本所以选择卑金属铜为材料，但铜膏如果需要在还原气氛下烧结势必增加制程的成本，而且低温烧结铜膏或银膏利用高分子树脂连结更导致导电性不高；再退而求其次选择排名第四的铝，铝虽然材料成本较低并且属于高导电金属，然而铝金属容易在表面形成一层薄的氧化铝以避免铝金属进一步再氧化，而这也导致厚膜铝膏因金属铝球表面的氧化层影响金属铝球与铝球的接触，所以厚膜铝膏导电率远低于一般厚膜银膏或是铜膏。故，一般无法符合使用者于实际使用时改善厚膜金属铝膏导电性所需。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服已知技术所遭遇的上述问题，并提供一种以银或铜覆膜铝颗粒可以在空气中与低温下烧结仍可以得到高导电率的卑金属导电膏为目标的高导电率卑金属厚膜导电膏的制备方法。

本发明的次要目的在于，提供一种能够在低温或高温空气中烧结，藉由卑金属铝有最高还原电位，铜其次，贵金属银则有较低低还原电位，使金属铝粉表面包覆大约几十奈米至几微米厚度的铜颗粒，使其导电率提高，另外也可以再藉由银还原铜颗粒覆膜在铝颗粒的表面，使金属铝粉表面包覆大约几十奈米至几微米厚度的银颗粒，得到高导电率的银包铝粉体，如果为奈米银包铝，则其烧结温度可降低至350℃左右，可大幅降低材料成本并适用于PCB基板或陶瓷基板的低成本与高导电率的卑金属厚膜导电膏的制备方法。

为达以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种高导电率卑金属厚膜导电膏的制备方法，该方法至少包含下列步骤：(A)将一金属铜粉溶解成金属铜溶液；(B)将一表面氧化铝清除后的金属铝粉与该金属铜溶液混合形成第一金属混合溶液，并在该第一金属混合溶液中进行化学置换反应，使该金属铜所游离的铜离子往该金属铝粉表面移动，而在该金属铝粉表面上形成一铜层，其中该铜层的包覆厚度介于几十奈米至几微米之间；(C)将该第一金属混合溶液过滤干燥后，得铜包铝粉末；以及(D)将该铜包铝粉末在空气中进行烧结，获得铜包铝厚膜膏。