La pasta electrónica es un término general para material electrónico Productos en pasta o fluidos. Se aplican típicamente sobre sustratos como cerámica, vidrio, películas de polímero, obleas de silicio y bases metálicas mediante serigrafía, impresión por inyección de tinta, recubrimiento, tampografía o impresión 3D. Tras la sinterización o el curado, forman capas o patrones funcionales. Se utilizan ampliamente en circuitos de película gruesa, MLCC, inductores de chip multicapa, células fotovoltaicas, encapsulados de semiconductores, dispositivos de visualización y sensores. Estas pastas cumplen diversas funciones, como conducción, ajuste de resistencia, propiedades dieléctricas, protección y conducción transparente. Constituyen un sistema de materiales clave para lograr un alto rendimiento y fiabilidad en los componentes electrónicos modernos.
Aunque la pasta electrónica puede parecer una simple "pasta", en esencia es un sistema compuesto multifásico, generalmente compuesto de tres partes: polvo funcional, aglutinante y vehículo orgánico. En la mayoría de las pastas de película gruesa, este sistema consta específicamente de tres componentes principales: polvo funcional, frita de vidrio y vehículo orgánico. El polvo funcional determina las propiedades eléctricas, la frita de vidrio garantiza la estabilidad estructural y la adhesión, y el vehículo orgánico permite la adaptabilidad del proceso. Estos tres componentes tienen funciones distintas, pero son interdependientes y, en conjunto, determinan el rendimiento final de la pasta. Cabe destacar que, en algunas aplicaciones especiales, existen sistemas alternativos que pueden omitir la frita de vidrio, utilizando resinas en su lugar o basándose en la autosinterización del metal.
Polvo funcional
En las pastas electrónicas, el polvo funcional proporciona las características eléctricas requeridas. El tipo de polvo seleccionado determina directamente la función que desempeñará la pasta en el dispositivo. Actúa como conductor, resistencia, dieléctrico o conductor transparente. En resumen, el polvo funcional determina la función final de la pasta electrónica. Los tipos comunes de polvos funcionales en las pastas electrónicas incluyen:
Frita de vidrio
Aunque no es el componente estrella en las formulaciones de pasta electrónica, la frita de vidrio desempeña un papel fundamental. Durante el proceso de sinterización, se ablanda, fluye y finalmente se consolida junto con el sustrato y el polvo funcional, cumpliendo una doble función como aglutinante y modificador de estructura. Sus principales funciones son:
① Unión adhesiva: El vidrio ablandado a altas temperaturas suelda eficazmente los polvos de metal u óxido a la superficie de la cerámica, el vidrio o las obleas de silicio. La falta de frita de vidrio puede provocar una adhesión insuficiente o incluso el desprendimiento del electrodo.
② Densificación: La fluidez del vidrio ayuda a llenar los poros entre las partículas, aumentando la densidad y la integridad de la capa cocida, mejorando así la estabilidad eléctrica.
③ Adaptación de expansión térmica: Al ajustar la composición del vidrio, su coeficiente de expansión térmica (CTE) se puede adaptar al del sustrato, amortiguando la tensión y reduciendo el riesgo de agrietamiento o deformación después de la sinterización.
Si el polvo funcional determina el rendimiento eléctrico de la pasta electrónica, la frita de vidrio determina si estas propiedades pueden mantenerse firmes y duraderas. Los principales sistemas de vidrio utilizados en las pastas electrónicas son los siguientes:
Sistemas de vidrio en pastas electrónicas
| Tipo de vidrio | Sistemas representativos | Punto de ablandamiento del vidrio /°C | Estabilidad química | Coeficiente de expansión térmica /10⁻⁷°C⁻¹ | Ventajas | Desventajas |
| Vidrio a base de plomo | PbO-SiO₂, PbO-B₂O₃-SiO₂, PbO-ZnO-B₂O₃-SiO₂, etc. | 350~600 | Buena estabilidad | 70~120 | Alta resistividad, baja pérdida dieléctrica, baja temperatura de ablandamiento, buena estabilidad química. | Peligroso para los humanos y el medio ambiente; puede oxidar la cerámica de AlN. |
| Vidrio a base de bismuto | Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂, Bi₂O₃-B₂O₃-BaO, Bi₂O₃-ZnO-SiO₂, Bi₂O₃-B₂O₃-ZnO, Bi₂O₃-SiO₂-Sb₂O₅, etc. | 350~500 | Buena estabilidad | 90~150 | Similar al vidrio a base de plomo: baja temperatura de ablandamiento, buena estabilidad química. | Mala resistencia a los ácidos; puede oxidar la cerámica de AlN. |
| Vidrio de borato | BaO-B₂O₃-SiO₂, CaO-B₂O₃-SiO₂-BaO, SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-RO, etc. | 300~600 | Menos estable | 90~150 | Generalmente presenta un alto coeficiente de expansión térmica. Su bajo punto de fusión solo se logra añadiendo iones de metales alcalinos, alcalinotérreos o pesados. | Químicamente inestable, propenso a la separación de fases. |
| Vidrio a base de zinc | ZnO-BaO-B₂O₃, ZnO-B₂O₃-Al₂O₃-SiO₂, etc. | 450~600 | Buena estabilidad | 60~90 | Químicamente estable, bajo coeficiente de expansión térmica, alta fuerza de unión, bajo punto de fusión. | Mala soldabilidad, capacidad de fundente a alta temperatura relativamente pobre. |
Nota: Las pastas conductoras transparentes, a menudo utilizadas en sustratos de vidrio, PET, PI y otros sustratos transparentes/flexibles, generalmente dependen de polímeros (como epoxi, resina acrílica, PU, etc.) como fase aglutinante en lugar de frita de vidrio, y se curan a bajas temperaturas o incluso a temperatura ambiente.
Vehículo orgánico
El vehículo orgánico consiste en un disolvente orgánico. Representa aproximadamente entre el 651 TP₃T y el 981 TP₃T de su peso total. Ejemplos comunes incluyen acetato de éter monoetílico de dietilenglicol, citrato de tributilo, ftalato de tributilo, etc., espesantes, agentes tixotrópicos, surfactantes y agentes niveladores. Como mínimo, un vehículo incluye un disolvente orgánico y un espesante.
Aunque el vehículo orgánico no contribuye a la función eléctrica de la capa final cocida, sí determina la procesabilidad de la pasta durante su preparación. Su función fundamental es proporcionar a la pasta las propiedades reológicas adecuadas para diferentes procesos de aplicación y la adhesión inicial al sustrato. En los últimos años, la tendencia en el desarrollo de vehículos orgánicos se ha orientado hacia un bajo nivel de residuos, bajo olor y respeto al medio ambiente. Algunos productos incluso intentan utilizar sistemas coloidales a base de agua o inorgánicos para satisfacer las exigencias de la fabricación ecológica.
Resumen
El polvo funcional proporciona las propiedades eléctricas necesarias para la pasta electrónica. La frita de vidrio garantiza la estabilidad y durabilidad de estas propiedades. Por último, el vehículo orgánico garantiza la procesabilidad de la pasta durante su fabricación. Estos tres componentes tienen una clara división de tareas, pero son interdependientes, formando un sistema multifásico equilibrado.
La aplicación de molinos de chorro de aire y clasificador Los molinos son, de hecho, muy adecuados para preparar polvos funcionales y fritas de vidrio utilizadas en pastas electrónicas. Para polvos metálicos funcionales como plata, cobre o níquel, la molienda por chorro de aire proporciona un método libre de contaminación. Permite lograr la distribución precisa del tamaño de partícula (PSD) y la morfología esférica, fundamentales para garantizar una alta conductividad y capacidad de impresión. De igual manera, los molinos clasificadores son excelentes para procesar materiales frágiles como las fritas de vidrio. La fracturación controlada puede producir un polvo fino y consistente con la superficie específica necesaria para una actividad de sinterización óptima y una resistencia a la unión óptima. La capacidad de controlar con precisión el tamaño del corte superior y el ancho de distribución mediante la integración... clasificación Es vital. Estos parámetros influyen directamente en la reología de la pasta, la densidad de sinterización y, en última instancia, en el rendimiento de la película electrónica cocida.
Polvo épico
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