Электронная паста — это общий термин для электронных материалов в пастообразной или жидкой форме. Обычно её наносят на подложки, такие как керамика, стекло, полимерные пленки, кремниевые пластины и металлические основы, с помощью трафаретной печати, струйной печати, нанесения покрытий, тампонной печати или 3D-печати. После спекания или отверждения образуются функциональные слои или узоры. Она широко используется в толстопленочных схемах, многослойных керамических конденсаторах (MLCC), многослойных чип-индукторах, фотоэлектрических элементах, полупроводниковой упаковке, дисплеях и датчиках. Эти пасты выполняют различные функции, включая проводимость, регулирование сопротивления, диэлектрические свойства, защиту и прозрачную проводимость. Они являются ключевой материальной системой для достижения высокой производительности и надежности в современных электронных компонентах.
Хотя электронная паста внешне может напоминать простую «пасту», по сути она представляет собой многофазную композитную систему, обычно состоящую из трёх компонентов: функционального порошка, связующего вещества и органического связующего вещества. В большинстве толстоплёночных паст эта система состоит из трёх основных компонентов: функционального порошка, стеклянной фритты и органического связующего вещества. Функциональный порошок определяет электрические свойства, стеклянная фритта обеспечивает структурную стабильность и адгезию, а органическое связующее вещество обеспечивает технологическую гибкость. Эти три компонента играют различные роли, но взаимозависимы и в совокупности определяют конечные характеристики пасты. Стоит отметить, что в некоторых специальных приложениях существуют альтернативные системы, в которых стеклянная фритта может отсутствовать, вместо неё используются смолы или самоспекающийся металл.
Функциональный порошок
В электронных пастах функциональный порошок обеспечивает требуемые электрические характеристики. Тип выбранного порошка напрямую определяет роль, которую паста будет играть в устройстве. Она действует как проводник, резистор, диэлектрик или прозрачный проводник. Вкратце, функциональный порошок определяет конечную функцию электронной пасты. Распространенные типы функциональных порошков в электронных пастах включают:
Стеклянная фритта
Хотя стеклянная фритта не является «звездным» компонентом в составе электронных паст, она играет важную вспомогательную роль. В процессе спекания она размягчается, течет и, в конечном итоге, уплотняется вместе с подложкой и функциональным порошком, выполняя двойную функцию: связующего и структурного модификатора. Её основные функции:
① Склеивание: Размягченное при высоких температурах стекло эффективно «приваривает» металлические или оксидные порошки к поверхности керамики, стекла или кремниевых пластин. Отсутствие стеклянной фритты может привести к недостаточной адгезии или даже отслоению электрода.
② Уплотнение: Текучесть стекла способствует заполнению пор между частицами, увеличивая плотность и целостность обожженного слоя, тем самым улучшая электрическую стабильность.
③ Согласование теплового расширения: Регулируя состав стекла, можно подобрать его коэффициент теплового расширения (КТР) в соответствии с коэффициентом подложки, что позволит смягчить напряжение и снизить риск растрескивания или деформации после спекания.
Если функциональный порошок определяет электрические характеристики электронной пасты, то стеклянная фритта определяет, смогут ли эти свойства сохраняться «прочно и долго». В электронных пастах используются следующие основные стеклянные системы:
Стеклянные системы в электронных пастах
| Тип стекла | Репрезентативные системы | Температура размягчения стекла /°C | Химическая стабильность | Коэффициент теплового расширения /10⁻⁷°C⁻¹ | Преимущества | Недостатки |
| Стекло на основе свинца | PbO-SiO₂, PbO-B₂O₃-SiO₂, PbO-ZnO-B₂O₃-SiO₂ и т. д. | 350~600 | Хорошая стабильность | 70~120 | Высокое удельное сопротивление, низкие диэлектрические потери, низкая температура размягчения, хорошая химическая стабильность. | Опасен для человека и окружающей среды; может окислять керамику AlN. |
| Стекло на основе висмута | Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂, Bi₂O₃-B₂O₃-BaO, Bi₂O₃-ZnO-SiO₂, Bi₂O₃-B₂O₃-ZnO, Bi₂O₃-SiO₂-Sb₂O₅ и др. | 350~500 | Хорошая стабильность | 90~150 | Аналогично свинцовому стеклу: низкая температура размягчения, хорошая химическая стабильность. | Плохая кислотостойкость; может окислять керамику AlN. |
| Боратное стекло | BaO-B₂O₃-SiO₂, CaO-B₂O₃-SiO₂-BaO, SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-RO и т. д. | 300~600 | Менее стабильный | 90~150 | Обычно имеет высокий коэффициент теплового расширения. Эффект низкой плавкости достигается только при добавлении ионов щелочных, щелочноземельных или тяжёлых металлов. | Химически нестабилен, склонен к фазовому расслоению. |
| Стекло на основе цинка | ZnO-BaO-B₂O₃, ZnO-B₂O₃-Al₂O₃-SiO₂ и т. д. | 450~600 | Хорошая стабильность | 60~90 | Химически стабилен, низкий коэффициент теплового расширения, высокая прочность связи, низкая температура плавления. | Плохая паяемость, относительно плохая способность к высокотемпературному флюсованию. |
Примечание: Прозрачные токопроводящие пасты, часто используемые на стеклянных подложках, ПЭТ, ПИ и других прозрачных/гибких подложках, чаще всего содержат полимеры (такие как эпоксидная смола, акриловая смола, ПУ и т. д.) в качестве связующей фазы вместо стеклянной фритты, отверждаясь при низких температурах или даже при комнатной температуре.
Органическое транспортное средство
Органический растворитель состоит из органического растворителя. Его доля составляет примерно от 651 до 981 т/т от общей массы растворителя. К распространённым примерам относятся ацетат моноэтилового эфира диэтиленгликоля, трибутилцитрат, трибутилфталат и т. д., загустители, тиксотропные агенты, поверхностно-активные вещества и выравнивающие агенты. Как минимум, растворитель включает органический растворитель и загуститель.
Хотя органическое связующее вещество не влияет на электрическую функцию конечного обожжённого слоя, оно определяет технологичность пасты в процессе её приготовления. Его основная роль заключается в обеспечении реологических свойств пасты, подходящих для различных процессов нанесения, и начальной адгезии к подложке. В последние годы в разработке органических связующих наблюдается тенденция к снижению количества остатков, слабому запаху и экологичности. В некоторых продуктах даже пытаются использовать коллоидные системы на водной основе или неорганические коллоидные системы для удовлетворения требований экологичного производства.
Краткое содержание
Функциональный порошок обеспечивает необходимые электрические свойства электронной пасты. Стеклянная фритта обеспечивает стабильность и долговечность этих свойств. Наконец, органическое связующее вещество гарантирует технологичность пасты в процессе производства. Эти три компонента имеют чёткое разделение функций, но при этом взаимозависимы, образуя сбалансированную многофазную систему.
Применение струйных и классификационных мельниц действительно очень хорошо подходит для получения функциональных порошков и стеклянных фритт, используемых в электронных пастах. Для функциональных металлических порошков, таких как серебро, медь или никель, струйное измельчение обеспечивает метод, исключающий загрязнение. Оно позволяет достичь точного распределения частиц по размерам (PSD) и сферической морфологии, что крайне важно для обеспечения высокой проводимости и пригодности для печати. Аналогично, классификационные мельницы превосходно справляются с обработкой хрупких материалов, таких как стеклянные фритты. Контролируемое измельчение позволяет получить однородный мелкодисперсный порошок с необходимой удельной поверхностью для оптимальной активности спекания и прочности сцепления. Возможность точного контроля размера верхнего среза и ширины распределения за счет интегрированной классификации имеет решающее значение. Эти параметры напрямую влияют на реологию пасты, плотность спекания и, в конечном итоге, на характеристики обожженной электронной пленки.
Эпический порошок
В Эпическая Порошковая МашинаМы специализируемся на предоставлении индивидуальных решений по измельчению и классификации. Наш ассортимент воздухоструйных мельниц и классификаторов разработан для обеспечения точных характеристик частиц, необходимых для высокопроизводительных электронных паст. Свяжитесь с нами, чтобы узнать, как наш опыт поможет вам оптимизировать процесс производства порошков.
