環(huán)氧樹脂-電子科技大學

1、電子科技大學 微電子與固體電學院標準實驗報告（實驗）課程名稱 印制電路原理和工藝（實驗）電子科技大學教務處制表電子科技大學實驗報告學生姓名：學 號：指導教師：實驗地點：微固樓 445 實驗時間：一、實驗室名稱：印制電路工藝實驗室實驗項目名稱：環(huán)氧樹脂銀粉復合導電銀漿的制備三、實驗學時： 4 學時四、實驗原理：隨著電子技術的發(fā)展，對電子設備提出了輕、薄、多功能、智能化等技術要 求，促使了人們去開發(fā)更加先進、價廉的電子元器件、電子線路板等制造技術， 在這一技術與社會需求的背景下， 一種全新的電子產品制造技術全印制電子 技術應運而生。該技術利用印刷術的優(yōu)勢，將電子設備從元件制造、電路制作、 到元器件

2、的封裝等整合在一起， 從能夠實現更低成本和更加綠色地大規(guī)模制造高 性能電子產品， 具有巨大的市場發(fā)展前景。 目前， 優(yōu)質的導電油墨已經成為全印 制電子技術(Prin ted Electro nics Techno logy、無線射頻識別系統(Radio Freque ncy Identification, RFID )、薄膜開關等技術領域中的關鍵材料，其優(yōu)勢受到了人們的 廣泛關注，國內外越來越多的人將興趣轉向具有優(yōu)良導電性、 良好穩(wěn)定性的導電 油墨的研發(fā)。根據Nano Markets公司的行業(yè)分析，到2015年，導電銀漿的市場 規(guī)模將達到 24 億美元。在實際中，較成熟的導電油墨是金屬填料型油

3、墨，如導 電銀漿等， 但能在常溫下固化、 具有良好機械性能、 及載流子能力的有機高分子 導電材料油墨、環(huán)境友好的水性導電油墨都將是未來研究和發(fā)展的方向。由于金屬銀優(yōu)良的導電性和化學穩(wěn)定性， 以金屬銀顆粒為導電填料， 添加入 合適的連結劑、 溶劑、助劑就可以獲得導電油墨， 生產工藝相對簡單、 成熟度高。 因此，目前市場已經有的導電電子漿料中多為金屬填充型導電油墨， 如導電銀漿、 銅漿、碳漿等。這些產品已經被應用于薄膜開關、薄膜電阻、 RFID 、以及印制 板黒孔等技術領域。具有種類多、使用方便等特點，但它們具有固化溫度較高、 溶劑揮發(fā)會產生有害氣體等不足之處， 這限制了它們的應用。 特別是在全印

4、制電 子技術中，由于基板多為有機無機復合材料、 甚至為紙質， 它們具備承受高溫 固化的能力，現有的導電漿料在該技術領域應用將會遇到極大的技術難題。 因此， 開發(fā)能夠在室溫下固化、 具有良好機械性能、 環(huán)境友好的導電油墨都將具有實用 價值。本研究根據環(huán)氧樹脂可以在室溫下固化的特點， 通過調節(jié)它們的配方， 獲 得了可以應用于全印制電子中印制電路制作的環(huán)氧樹脂銀粉復合導電銀漿。五、實驗目的：1. 了解填充型導電油墨制備技術。2. 研究超細銀粉制備工藝以及在導電油墨中的應用。六、實驗內容：1. 原料的選取。2. 超細銀粉的制備。3. 導電銀漿的制備。七、實驗器材（設備、元器件） ：硝酸銀、抗壞血酸（V

5、c）、氨水、乙二醇、去離子水（實驗中所用原料均為 分析純）；球磨機；高速離心機等。八、實驗步驟：1.原料的選取（ 1）導電填料與連結劑金屬銀顆粒是導電銀漿的主要成分，油墨的導電性主要靠它來實現。 在導電銀漿中， 銀顆粒分散在連結劑中。 在印刷油墨前， 依靠被溶劑溶解了 的連結劑使銀漿構成具有一定粘度的印料； 印刷后，經過連結劑固化使銀漿的微 粒、基材間形成穩(wěn)定結合。連結劑通常采用合成樹脂。環(huán)氧樹脂，是一種環(huán)氧低 聚物，當與固化劑反應便可形成三維網狀的熱固性塑料。 作為一種液態(tài)體系的環(huán) 氧樹脂具有在固化反應過程中收縮率小， 其固化物的粘接性、 耐熱性、 耐化學藥 品性以及機械性能和電氣性能優(yōu)良的

6、特點， 是熱固性樹脂中應用量較大的一個品 種。（2）溶劑及添加劑的選擇導電油墨中的溶劑用來溶解樹脂， 使導電微粒充分分散， 調節(jié)粘度， 決定干 燥速度。所用溶劑需要對所選連結劑環(huán)氧樹脂具有良好溶解性， 且不能與加入其 它原料發(fā)生反應； 溶劑沸點不能過低低會因溶劑揮發(fā)過快造成粘度變化太大； 沸 點過高高會使溶劑不易揮發(fā)不利于油墨應用。 綜合對比溶劑與環(huán)氧樹脂相溶性與 熔沸點采用四氫呋喃作溶劑。加入適當的助劑可利于導電填料均勻分散于連結劑中，改善油墨的導電性。 對多種表面活性劑進行綜合對比，選取聚乙二醇作為添加劑。2.超細銀粉的制備將適量硝酸銀溶解于50mL去離子水中，逐滴滴加氨水，當所產生沉淀恰

7、好完全溶解、溶液澄清時停止滴加得到銀氨溶液。在上述銀氨溶液中加入 50mL 乙二醇。按抗壞血酸：銀離子摩爾比 1：2，抗壞血酸略微過量計算 Vc 用量，將計算 用量的 Vc 溶于 50mL 去離子水中，滴加入銀氨 -乙二醇溶液中，邊滴加邊攪拌。滴加完畢后分離出固體， 干燥， 即得超細銀粉。 將銀粉保存于干燥器中為制 備銀漿待用。3. 導電銀漿的制備稱取一定量的環(huán)氧樹脂于燒杯中， 以10mL量筒量取四氫呋喃，用膠頭滴管 滴加入燒杯， 滴加同時攪拌， 利于環(huán)氧樹脂溶于四氫呋喃， 當樹脂完全溶解后停 止滴加，稱取自制超細銀粉于燒杯中， 攪拌均勻， 取微量聚乙二醇加入到混合物 中，攪拌均勻即得銀漿。九

8、、實驗數據及結果分析：對所制得超細銀粉進行掃描電鏡、 X 射線衍射測試，測試結果如圖 1、圖 2 所示，所得銀粉為平均粒徑約 500nm 的高純、單分散球形超細銀粉，可以用于導電銀漿的制備圖1銀粉掃描電鏡圖Fig 1 SEM micrograph of silver powder圖2銀粉XRD圖Fig 2 XRD pattern of copper powder1.銀微粒的含量分析銀的含量越高，油墨導電 不利于油墨的印刷。對不 當含銀量高于80% （質量金屬銀在漿料中的含量直接決定油墨的導電性能。 性越好；但如果含銀量過高時會影響到油墨的流變性, 同銀粉含量在環(huán)氧樹脂中對導電性的影響實驗可發(fā)現

9、,比）時再增加油墨中銀顆粒量對于導電性的提高并不十分顯著，反而會極大地影 響油墨的流變性；因此銀含量在 70%80%為合適2.溶劑用量分析溶劑用量小，其對樹脂的溶解速度慢且易使油墨粘性偏大；溶劑用量過大， 不利于溶劑的揮發(fā)和油墨的固化。 在油墨制備中四氫呋喃會有一部分揮發(fā)掉， 考 慮到揮發(fā)掉的溶劑量，當環(huán)氧樹脂與四氫呋喃比例約為1 （質量，g）: 4 （體積， mL）6時油墨流變性較為理想。3固化劑用量分析固化劑用量少，固化時間會極大地延長甚至很難固化；固化劑用量過多會影響油墨的導電性且不利于操作。實驗采用E-44環(huán)氧樹脂及其專用固化劑，當環(huán)氧樹脂：固化劑量為2： 0.40.6 （質量比）時，

10、油墨可在數小時內固化且對于導 電性影響較小。4聚乙二醇用量分析作為表面活性劑的聚乙二醇，只用加入很少量就可以顯著改善油墨性質；而聚乙二醇用量太多會造成材料浪費和降低油墨的導電性。因此聚乙二醇用量為2: 0.10.2 （質量比）即可改善油墨導電性。對實驗所得計量比混合原料制得銀漿，將銀漿涂抹于玻璃片上并對電阻進行 測試，所得電阻為幾？/cm或十幾？/cm，復合導電油墨的實際應用要求。十、實驗結論：以環(huán)氧樹脂為連結劑，超細銀粉為導電填料并以乙二醇為添加劑， 以一定比 例制備得到性能良好的導電銀漿。 該銀漿可應用于全印制電子技術之中， 具有室 溫固化，固化后線路的導電性能高等特點。圖 4為以導電銀漿印制RFID天線樣 品圖，對圖中所標示a點、b點間電阻進行測量，其阻值約為 20?。圖4導電銀漿印制RFID天線實物圖（圖中a、b點為電阻測量點）1一、總結及心得體會:1.導電油墨是全印制電路技術的基礎材料，通過實驗，掌握了填充型導電油 墨的制備方法與技術，鞏固了高分子