Pasta eletrônica é um termo geral para material eletrônico Produtos em forma de pasta ou fluido. São normalmente aplicados em substratos como cerâmica, vidro, filmes poliméricos, wafers de silício e bases metálicas por meio de serigrafia, impressão a jato de tinta, revestimento, tampografia ou impressão 3D. Após a sinterização ou cura, formam camadas ou padrões funcionais. São amplamente utilizados em circuitos de filme espesso, MLCCs, indutores de chips multicamadas, células fotovoltaicas, encapsulamento de semicondutores, dispositivos de exibição e sensores. Essas pastas desempenham diversas funções, incluindo condução, ajuste de resistência, propriedades dielétricas, proteção e condução transparente. São um sistema de materiais essencial para alcançar alto desempenho e confiabilidade em componentes eletrônicos modernos.
Embora a pasta eletrônica possa se assemelhar a uma simples "pasta" na aparência, ela é essencialmente um sistema composto multifásico, tipicamente composto por três partes: pó funcional, ligante e veículo orgânico. Na maioria das pastas de filme espesso, esse sistema consiste especificamente em três componentes principais: pó funcional, frita de vidro e veículo orgânico. O pó funcional determina as propriedades elétricas, a frita de vidro garante a estabilidade estrutural e a adesão, e o veículo orgânico permite a adaptabilidade do processo. Esses três componentes têm papéis distintos, mas são interdependentes, determinando coletivamente o desempenho final da pasta. Vale ressaltar que, em algumas aplicações especiais, existem sistemas alternativos que podem omitir a frita de vidro, utilizando resinas ou contando com a autosinterização do metal.
Pó Funcional
Em pastas eletrônicas, o pó funcional fornece as características elétricas necessárias. O tipo de pó selecionado determina diretamente o papel que a pasta desempenhará no dispositivo. Ela atua como condutor, resistor, dielétrico ou condutor transparente. Em suma, o pó funcional determina a função final da pasta eletrônica. Os tipos comuns de pós funcionais em pastas eletrônicas incluem:
Frita de vidro
Embora não seja o componente "estrela" nas formulações de pasta eletrônica, a frita de vidro desempenha um papel crucial de suporte. Durante o processo de sinterização, ela amolece, flui e, por fim, se consolida junto com o substrato e o pó funcional, desempenhando um papel duplo como "aglutinante" e "modificador de estrutura". Suas principais funções são:
① Colagem adesiva: O vidro amolecido em altas temperaturas "solda" efetivamente os pós metálicos ou de óxido firmemente à superfície de cerâmica, vidro ou pastilhas de silício. A falta de frita de vidro pode levar à adesão insuficiente ou até mesmo ao descolamento do eletrodo.
2 Densificação: A fluidez do vidro ajuda a preencher os poros entre as partículas, aumentando a densidade e a integridade da camada queimada, melhorando assim a estabilidade elétrica.
3 Correspondência de expansão térmica: Ao ajustar a composição do vidro, seu coeficiente de expansão térmica (CTE) pode ser compatível com o do substrato, amortecendo o estresse e reduzindo o risco de rachaduras ou deformações após a sinterização.
Se o pó funcional determina o desempenho elétrico da pasta eletrônica, a frita de vidro determina se essas propriedades podem existir de forma “firme e durável”. Os principais sistemas de vidro usados em pastas eletrônicas são os seguintes:
Sistemas de Vidro em Pastas Eletrônicas
| Tipo de vidro | Sistemas Representativos | Ponto de amolecimento do vidro /°C | Estabilidade Química | Coeficiente de expansão térmica /10⁻⁷°C⁻¹ | Vantagens | Desvantagens |
| Vidro à base de chumbo | PbO-SiO₂, PbO-B₂O₃-SiO₂, PbO-ZnO-B₂O₃-SiO₂, etc. | 350~600 | Boa estabilidade | 70~120 | Alta resistividade, baixa perda dielétrica, baixa temperatura de amolecimento, boa estabilidade química. | Perigoso para humanos e para o meio ambiente; pode oxidar cerâmicas de AlN. |
| Vidro à base de bismuto | Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂, Bi₂O₃-B₂O₃-BaO, Bi₂O₃-ZnO-SiO₂, Bi₂O₃-B₂O₃-ZnO, Bi₂O₃-SiO₂-Sb₂O₅, etc. | 350~500 | Boa estabilidade | 90~150 | Semelhante ao vidro à base de chumbo: baixa temperatura de amolecimento, boa estabilidade química. | Baixa resistência a ácidos; pode oxidar cerâmicas de AlN. |
| Vidro de borato | BaO-B₂O₃-SiO₂, CaO-B₂O₃-SiO₂-BaO, SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-RO, etc. | 300~600 | Menos estável | 90~150 | Geralmente apresenta alto coeficiente de expansão térmica. O baixo efeito de fusão só é obtido pela adição de íons de metais alcalinos, metais alcalino-terrosos ou metais pesados. | Quimicamente instável, propenso à separação de fases. |
| Vidro à base de zinco | ZnO-BaO-B₂O₃, ZnO-B₂O₃-Al₂O₃-SiO₂, etc. | 450~600 | Boa estabilidade | 60~90 | Quimicamente estável, baixo coeficiente de expansão térmica, alta resistência de ligação, baixo ponto de fusão. | Baixa soldabilidade, capacidade de fluxo em altas temperaturas relativamente baixa. |
Observação: pastas condutoras transparentes, geralmente usadas em substratos de vidro, PET, PI e outros substratos transparentes/flexíveis, geralmente dependem de polímeros (como epóxi, resina acrílica, PU, etc.) como fase aglutinante em vez de frita de vidro, curando em baixas temperaturas ou até mesmo em temperatura ambiente.
Veículo Orgânico
O veículo orgânico consiste em um solvente orgânico. Ele compreende aproximadamente 65% a 98% do peso total do veículo. Exemplos comuns incluem acetato de monoetila de dietilenoglicol, citrato de tributila, ftalato de tributila, etc., espessantes, agentes tixotrópicos, surfactantes e agentes niveladores. No mínimo, um veículo inclui um solvente orgânico e um espessante.
Embora o veículo orgânico não contribua para a função elétrica da camada final queimada, ele determina a processabilidade da pasta durante a preparação. Seu papel fundamental é conferir à pasta as propriedades reológicas adequadas para diferentes processos de aplicação e a adesão inicial ao substrato. Nos últimos anos, a tendência no desenvolvimento de veículos orgânicos tem sido a de baixo resíduo, baixo odor e respeito ao meio ambiente. Alguns produtos até tentam utilizar sistemas coloidais à base de água ou inorgânicos para atender às demandas da manufatura sustentável.
Resumo
O pó funcional fornece as propriedades elétricas necessárias para a pasta eletrônica. A frita de vidro garante que essas propriedades permaneçam estáveis e duráveis. Por fim, o veículo orgânico garante a processabilidade da pasta durante a fabricação. Esses três componentes têm divisões de trabalho claras, mas são interdependentes, formando um sistema multifásico equilibrado.
A aplicação de moinhos de jato de ar e classificador moinhos é de fato altamente adequado para a preparação de pós funcionais e fritas de vidro utilizados em pastas eletrônicas. Para pós metálicos funcionais como prata, cobre ou níquel, a moagem por jato de ar proporciona um método livre de contaminação. Ele pode atingir a distribuição precisa do tamanho de partícula (PSD) e a morfologia esférica, essenciais para garantir alta condutividade e printabilidade. Da mesma forma, moinhos classificadores se destacam no processamento de materiais frágeis como fritas de vidro. O fraturamento controlado pode produzir um pó fino e consistente com a área superficial específica necessária para a atividade de sinterização e a resistência de ligação ideais. A capacidade de controlar com precisão o tamanho do corte superior e a largura da distribuição por meio de classificação é vital. Esses parâmetros influenciam diretamente a reologia da pasta, a densidade de sinterização e, por fim, o desempenho do filme eletrônico queimado.
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