導(dǎo)電銀漿作為關(guān)鍵電子功能材料，因其優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性以及焊接性，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。不過(guò)，傳統(tǒng)的中高溫固化型導(dǎo)電銀漿通常需要在500℃以上的較高溫度下進(jìn)行固化燒結(jié)以實(shí)現(xiàn)良好的導(dǎo)電通道，這一過(guò)程嚴(yán)重限制了基材的選擇范圍，許多性能優(yōu)異的柔性基材（如PET、PC、PEN、PI、紙張、熱塑性彈性體等）無(wú)法承受高溫，低而溫固化型導(dǎo)電銀漿既能實(shí)現(xiàn)良好導(dǎo)電性、附著力和機(jī)械性能，又能在較低溫度（通常<300℃，甚至更低）下完成固化，在此場(chǎng)景下得到了廣泛應(yīng)用。本篇文章我們一起聚焦低溫固化型導(dǎo)電銀漿的導(dǎo)電機(jī)理，看看如何它的使用性能受到哪些制備因素的影響。

（來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

一、低溫固化銀漿的導(dǎo)電機(jī)理

低溫固化導(dǎo)電銀漿主要由銀粉、樹(shù)脂粘接相、溶劑及其他助劑組成，其中，銀粉作為導(dǎo)電相，負(fù)責(zé)提供導(dǎo)電通路，而樹(shù)脂作為粘接相則是實(shí)現(xiàn)低溫固化的關(guān)鍵所在，溶劑用于調(diào)節(jié)漿料粘度，確保印刷/涂布性能和儲(chǔ)存穩(wěn)定性......這些組分直接影響著低溫固化后形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的連通性、完整性和接觸阻抗，從而決定最終導(dǎo)電性。

低溫固化導(dǎo)電銀漿的組成（來(lái)源：參考文獻(xiàn)1）

目前，導(dǎo)電銀漿廣泛被認(rèn)可的三種導(dǎo)電機(jī)理為：

1、滲流理論：當(dāng)銀粉含量較多時(shí)，其在漿料干燥和樹(shù)脂初步交聯(lián)過(guò)程中緊密堆疊接觸，形成直接的物理連接路徑。

2、隧道效應(yīng)：對(duì)于粒子間距接近或小于納米尺度，但又未完全物理接觸的極小間隙點(diǎn)，電子可以通過(guò)量子隧道效應(yīng)躍遷而導(dǎo)電。

3、場(chǎng)致發(fā)射： 在高電場(chǎng)下，導(dǎo)電粒子間會(huì)存在強(qiáng)電場(chǎng)，此時(shí)電子可以克服原子核的吸引力，從導(dǎo)電顆粒表面發(fā)射進(jìn)入介質(zhì)，從而形成導(dǎo)電通路。

銀漿固化前后的導(dǎo)電銀顆粒排列

在這三個(gè)機(jī)理中，以滲流作用為主導(dǎo)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的電阻率最低，隧道效應(yīng)其次，場(chǎng)致發(fā)射作用則最不穩(wěn)定。而與高溫?zé)Y(jié)銀漿形成明顯差異的是，低溫銀漿一般還不發(fā)生顯著顆粒熔融頸接（燒結(jié)） ，其初始電阻率通常高于高溫?zé)Y(jié)銀漿，因此，低溫固化導(dǎo)電銀漿的核心挑戰(zhàn)在于如何在低溫固化的過(guò)程中，盡可能形成由銀粉直接物理接觸形成的連通導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。

二、低溫固化銀漿性能的影響因素

低溫固化導(dǎo)電銀漿的性能發(fā)揮并非單純依靠銀粉本身的電導(dǎo)率，配方設(shè)計(jì)及體系中各組分的選擇都會(huì)影響其性能的發(fā)揮：

1、銀粉的搭配

銀粉的不同形貌和粒徑均對(duì)導(dǎo)電銀漿有著極其重要的影響：

從形貌上來(lái)說(shuō)，銀粉有片狀、球形、絮狀、枝晶狀和線狀等，其中片狀銀粉因其大的徑厚比和扁平結(jié)構(gòu)，更容易在膜結(jié)構(gòu)中以線接觸或者面接觸的方式形成重疊和搭接，從而更易在較低銀含量下獲得較低的初始體積電阻率，但存在不易分散的問(wèn)題。而球形/類球形銀粉填充性好，能夠在基體中實(shí)現(xiàn)大量填充，提高導(dǎo)電相，但在未燒結(jié)時(shí)接觸點(diǎn)相對(duì)較少，電阻通常較高。因此，可將不同形貌的銀粉復(fù)配，如大粒徑樹(shù)枝狀銀粉與納米球狀銀粉混合、片狀銀粉與納米球粉混合，來(lái)增大銀粉間接觸面積，降低接觸電阻的同時(shí)，使得導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)更加緊密，最終提高銀漿的導(dǎo)電性能。

球狀銀粉（來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）和片狀銀粉（來(lái)源：參考文獻(xiàn)3）

從粒徑上來(lái)說(shuō)，銀粉粒徑過(guò)大，絲網(wǎng)印刷過(guò)程中很難通過(guò)網(wǎng)板孔，影響銀膜致密性；粒徑過(guò)小，銀粒子又易團(tuán)聚，導(dǎo)電能力下降。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，單一粒度銀粉的使用往往也滿足不了人們對(duì)銀漿高導(dǎo)電性能的要求，而是需要經(jīng)過(guò)合理的級(jí)配。合理的級(jí)配除了能夠有效填充各級(jí)銀粉顆粒間的孔隙外，且據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用微米級(jí)和亞微米級(jí)銀粉作為導(dǎo)電骨架，并添加一定量的10nm左右納米銀粉時(shí)，納米銀粉巨大的比表面積和極小的表面曲率半徑還能使其在150~200°C就發(fā)生熔化、流動(dòng)并聚集，從而在銀膜中構(gòu)筑連續(xù)的優(yōu)異導(dǎo)電通路。

2、有機(jī)樹(shù)脂的選擇

有機(jī)樹(shù)脂在銀漿中起到緊密連接相鄰銀粉、銀粉與基材的作用，因此樹(shù)脂本身必須實(shí)現(xiàn)低溫有效固化外，同時(shí)還需具備良好的成膜性、柔韌性、對(duì)各種基材的附著力以及對(duì)銀粉的潤(rùn)濕性和包裹保護(hù)能力。目前，應(yīng)用于低溫固化型導(dǎo)電銀漿的高分子樹(shù)脂一般包含環(huán)氧樹(shù)脂、氯醋樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂等。

（1）環(huán)氧樹(shù)脂：

環(huán)氧樹(shù)脂在低溫固化銀漿中目前應(yīng)用較多，其使用時(shí)必須加入固化劑，通過(guò)與環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧基等反應(yīng)，變成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子，成為不溶且不熔的熱固性成品。因此，其優(yōu)點(diǎn)是可通過(guò)選擇不同的固化劑可以在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)固化，且經(jīng)固化后有許多突出的優(yōu)異性能，如對(duì)各種材料特別是對(duì)金屬的黏著力很強(qiáng)、有很強(qiáng)的耐化學(xué)腐蝕性、力學(xué)強(qiáng)度很高、電絕緣性好、耐腐蝕等。

（2）聚氨酯：

聚氨酯中含有大量的氨基甲酸酯基、脲基等極性基團(tuán)，能夠有效吸附銀粉，控制銀粉團(tuán)聚，因此電阻率較低，但也因較大的極性導(dǎo)致所制備的銀漿涂層與PET等基材的附著力相對(duì)差一些，同時(shí)聚氨酯樹(shù)脂分子量相對(duì)于其他樹(shù)脂較小，當(dāng)制漿過(guò)程中隨著剪切力的增大或成品經(jīng)過(guò)多次彎折時(shí)，分子鏈的取向容易發(fā)生變化，使黏度變小，導(dǎo)致銀粉之間黏結(jié)能力下降而發(fā)生斷線等，從而失去導(dǎo)電能力。

（3）氯醋樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂等

這類樹(shù)脂雖然含有極性基團(tuán)較少，但分子為直鏈狀，固化時(shí)體積收縮率較大，可以縮短銀粉間距，因此所制備的銀漿方阻也較低。

需要注意的是，除了有機(jī)樹(shù)脂的種類，同種樹(shù)脂的分子量大小也會(huì)對(duì)導(dǎo)電性能產(chǎn)生影響，分子量越大，與銀粉吸附的位點(diǎn)就越多，也就能夠吸附更多的銀粉，銀粉間的“粘接橋梁”也就越多，有利于良好導(dǎo)電通路的形成和實(shí)現(xiàn)高電導(dǎo)性。但是分子量過(guò)大會(huì)使得完全析出的高分子鏈段體積過(guò)大，對(duì)銀粉的聚攏產(chǎn)生阻礙效應(yīng)，電阻增加，導(dǎo)電性能下降。因此，選擇分子量適中的樹(shù)脂對(duì)于銀漿導(dǎo)電膜層的導(dǎo)電性能提高有良好的改善作用

3、溶劑的選擇

在低溫固化銀漿中，常用松油醇、乙二醇乙醚、乙二醇、乙酸酯、二元酸酯混合物（DBE）和碳酸二乙酯等對(duì)樹(shù)脂有很好的溶解性的溶劑，用于均勻分散銀漿，不過(guò)，這些溶劑具有不同的揮發(fā)度，影響著導(dǎo)電漿料固化時(shí)的干燥速度，從而影響最終使用性能，比如采用碳酸二乙酯等揮發(fā)度較大的溶劑，燒結(jié)后的導(dǎo)電膜層會(huì)有更多的氣泡，使得導(dǎo)電膜層表面更粗糙，從而降低銀漿的穩(wěn)定性。相反如果采用二元酸酯混合物(DBE)、松油醇等揮發(fā)度較高的溶劑，則銀漿固化需要更多的時(shí)間，導(dǎo)電膜層中易剩余殘留的溶劑成分，膜層邊緣變得粗糙，可能會(huì)導(dǎo)致形成更多的孔隙，導(dǎo)致電導(dǎo)率更差。因此，往往可通過(guò)混合不同揮發(fā)度的溶劑來(lái)制備具有層次揮發(fā)度的有機(jī)載體，使銀漿擁有更優(yōu)異的導(dǎo)電性能并便于儲(chǔ)存。

此外，溶劑含量也會(huì)對(duì)導(dǎo)電性能產(chǎn)生重要的影響，溶劑含量太大，會(huì)導(dǎo)致絲網(wǎng)印刷后的導(dǎo)電膜層中的銀粉間距太遠(yuǎn)，難以形成致密導(dǎo)電膜層，導(dǎo)電性能差或甚至不導(dǎo)電。溶劑含量太少，樹(shù)脂難以潤(rùn)濕銀粉，導(dǎo)致漿料黏稠難以通過(guò)絲網(wǎng)印刷，印刷性能差。

4、助劑的添加

除上述所列銀粉、樹(shù)脂、溶劑等銀漿主要成分外，人們?yōu)榱吮ＷC低溫固化導(dǎo)電銀漿的黏度、流變性及印刷性，往往會(huì)加入一些觸變劑、流平劑及增稠劑等助劑來(lái)改善其性能。

小結(jié)

低溫固化導(dǎo)電銀漿作為支撐柔性電子、印刷電子、生物醫(yī)療電子等前沿領(lǐng)域快速崛起的關(guān)鍵材料，發(fā)展前景十分廣闊。然而，要實(shí)現(xiàn)其規(guī)模化廣泛應(yīng)用，仍需攻克銀粉成本高、性能瓶頸突出以及應(yīng)用適配性不足這三大核心問(wèn)題。 目前，為了在較低固化溫度下獲得兼具高導(dǎo)電性、強(qiáng)附著力與優(yōu)異機(jī)械穩(wěn)定性的導(dǎo)電線路，核心任務(wù)在于對(duì)導(dǎo)電銀粉、低溫樹(shù)脂、溶劑及各類助劑等配方組分及其相互作用體系進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。因此，持續(xù)的原材料創(chuàng)新、制造工藝優(yōu)化以及產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同研發(fā)，將是推動(dòng)低溫固化銀漿突破瓶頸、持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵動(dòng)力。

參考文獻(xiàn)：

1、苗祥森,孫瑩,張雪勤.低溫固化導(dǎo)電銀漿體系研究進(jìn)展[J].中國(guó)膠粘劑.

2、位野,蘇曉磊,袁曉云,等.樹(shù)脂種類對(duì)低溫固化導(dǎo)電銀漿性能的影響[J].紡織高校基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)報(bào).

3、張逸翾.高性能銀粉在低溫/光伏銀漿領(lǐng)域的應(yīng)用研究[D].天津理工大學(xué).

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