[发明专利]一种环保型抗氧化导电铜浆及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种环保型抗氧化导电铜浆及其制备方法，所述导电铜浆的原料按照质量百分比计为：铜粉40‑70wt.％，有机粘结剂0.1‑5wt.％，生物还原剂3‑10wt.％，溶剂10‑50wt.％，其他添加剂0.1‑6wt.％。所得环保型抗氧化导电铜浆可实现180‑200℃低温固化，且所述铜浆产品在室温空气氛围中存放45天后，烧结后铜线或铜膜的体积电阻率仍小于5×10^‑5Ω·cm，其导电性仍能与市面上的铜浆相媲美。通过本发明制备的环保型抗氧化导电铜浆适用于柔性器件中的线路印刷或电子元件制备，所用原材料环保、无污染、无毒害，符合绿色生产要求。

技术领域

本发明属于材料科学领域，涉及导电浆料的制备方法，尤其涉及一种环保型抗氧化导电铜浆及其制备方法。

背景技术

导电浆料作为一种重要的功能材料被广泛应用于冶金、化工、电子技术等领域，导电浆料一般主要由三部分构成：导电相、粘结相和有机载体。导电相决定了导电浆料的基本性能，并影响浆料产品的物理和机械性能，导电相通常为金属微粒、合金微粒以及他们的混合物。粘结相的作用是使导电浆料膜层与基底材料结合牢固，通常为有机粘结剂或无机粘结剂，如环氧树脂或玻璃粉与氧化物晶体的混合物等，粘结相影响成膜的机械性能和介电性能。有机载体是有机聚合物、表面活性剂、分散剂、触变剂等与溶剂的混合物，它是导电相和粘结相的载体，用来润湿并分散导电相颗粒、调控导电浆料的流变特性。

导电浆料的导电相通常采用贵金属银、金等，虽然它们拥有优越的导电性，还有优良的抗氧化性，然而贵金属存量少、成本高，金属银粒子在使用过程中容易发生电子迁移效应，导致产品的可靠性能较差。金属铜是制备导电浆料的理想替代材料，我国铜储量丰富，价格比银、金材料便宜很多，导电性仅次于银。但是铜的化学性质非常活泼，常温下暴露在空气中很容易发生氧化，在其表面形成氧化膜层，氧化膜层电阻率大，导电性能降低，大大降低了其实用性，并且这种氧化膜层会使导电浆料的热处理温度大幅提高，增大加工难度。

现有技术中，为防止铜粉发生氧化，常采用的方法有：(1)在铜粉表面镀银或镀镍，银或镍在空气中不容易被氧化，对铜起到保护作用，但镀银或镀镍后在铜粉表面的镀层均匀性和覆盖率尚不能很好保证；(2)在有机载体中添加抗氧化成分，比如加入抗氧化剂或脱氧剂，抗氧化剂或脱氧剂先于铜粉与氧气接触而被氧化，降低氧气与铜粉接触的机会，抗氧化剂水合肼有毒性，脱氧剂如含磷有机物、稀土元素等，但添加磷却严重降低铜的导电性，使其丧失作为电子材料的功能，添加稀土元素则存在环境污染问题；(3)有机高分子聚合物包裹铜粉，在铜粉表面形成保护壳层，隔绝氧气，但壳层结构在生产加工过程中容易破裂，暴露在空气中仍然存在被氧化的风险，并且表面包覆剂所需量是铜体积的几倍以上，会引起烧结时的大幅度体积收缩，难以得到高密的烧结体，进而导致导电性变差；(4)采用还原性烧结气氛，如氢气，还原性气体易燃易爆，如何在技术上有效避免气体泄漏问题仍有待解决；(5)添加有机缓蚀剂，在铜粉表面形成防护涂层，作为代表性的缓蚀剂如咪唑类化合物，能够有效防止铜粉氧化，但其耐热性差，当超过150℃的热处理步骤时，会发生严重的热历史，促使铜粉导电性差的表面氧化膜的形成，电导率大大降低；(6)通过低温烧结抑制铜粉氧化，此种方法能有效解决铜粉氧化的问题。

已知高温烧结难以实现在树脂基底上的应用，比如专利CN200810142382.6按比例称取三种不同粒度的混合铜粉、玻璃粉和有机载体，经混炼研磨，分散辊轧制备得到铜浆料，虽然该发明通过烧结制备得到了导电性好的铜薄膜，但烧结峰值温度高达700℃，已知大部分高分子材料的玻璃化温度都低于200℃，而常用的PET及PI薄膜柔性基底的玻璃化温度处于200-300℃范围内，因此该技术方案不适用于柔性基底，会限制其应用场景。