[發明專利]一種納米銀導電墨水的熱超聲低溫燒結方法及裝置

有效

• 申請號: 201510566877.1
• 申請日: 2015-09-09
• 公開（公告）號: CN105101658B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 王福亮;毛鵬;李艷妮;何虎;朱文輝
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H05K3/12
• 分類號: H05K3/12
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙)43213
• 代理人: 周志中

技術領域

本發明涉及微電子領域，尤其是一種納米銀導電墨水的熱超聲低溫燒結互連技術。

背景技術

微電子科技領域的快速發展，不斷的推動信息化技術革命，給經濟社會帶來了翻天覆地的改變。涌現出了各種各樣的新型電子產品。在技術的發展過程中，輕、薄、小一直是產品開發目標，傳統的剛性基板電子產品已逐漸無法滿足人們對移動式產品的需求，促使人們產生了在輕薄的柔性基材上制作電子產品的構想。

現階段，基板材料為柔性紙張、塑料等的納米銀柔性電路可能是未來柔性電路的發展的突破點。銀導電線路是大多數電子元器件的核心部件,由于納米銀的自燒結溫度過高,現有技術是將納米銀導電漿料也稱銀導電墨水、油墨、銀膏,通過印刷或書寫等方式印制到基板上，然后通過熱燒結或光燒結等方法,依靠導電墨水中的高分子膠粘劑將銀粉固定在柔性基材上形成導電線路。納米銀膏實現自燒結溫度一般都高于200℃, 但是這些基板能承受的最高溫度大多低于150℃，因此難以直接應用于在紙和塑料等柔性基板上制作導電線路。電路的導電原理是通過銀粉顆粒物理接觸實現,要實現低電阻率必須增大納米銀顆粒的接觸面積和納米銀之間顆粒的粘結，而通過上述燒結方式形成的電路由于納米銀顆粒分布的致密度不高，且相互的粘結性不強很難形成電阻率低的電路。因此，需要尋求新的技術方法實現低溫制備純納米銀導電線路。

發明內容

本發明提供一種能實現納米銀導電墨水的熱超聲低溫燒結的方法及裝置。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種納米銀導電墨水的熱超聲低溫燒結方法，包括如下步驟：

將納米銀導電墨水涂布在基板上形成所需互連線路，然后在基板上下表面分別包裹上一層聚酰亞胺薄膜，放置于底板上，以防止納米銀互連線路受污染；

將底板預熱到100-150℃，形成溫度燒結環境；

施加5-20Mpa的壓力，形成壓力燒結環境；

施加頻率為10-50KHz的超聲對其進行燒結；

在熱超聲燒結3-10分鐘后取出完成燒結。

優選地，通過在加熱、加壓的同時，施加超聲振動，從而利用超聲的軟化效應，促進納米顆粒的變形、納米顆粒之間的快速原子擴散，實現高效率、高質量納米銀燒結。

優選地，底板預熱溫度控制在120℃，底板向上運動的壓力控制在8Mpa，超聲發生器頻率設置為20KHz。

一種納米銀導電墨水的熱超聲低溫燒結裝置，包括用以放置納米銀軌跡線與基板的底板，底板連有加熱裝置及驅動底板向上運動的驅動裝置，底板上方設有頂板，頂板上方設有工具頭，工具頭連接超聲施加裝置。

優選地，超聲施加裝置包括超聲電源、換能器、變幅桿及工具頭，由超聲電源發出激勵信號，經過換能器產生超聲波，經變幅桿放大，傳遞給工具頭。

優選地，底板或頂板連有溫度控制器，以精確控制底板的溫度。

優選地，驅動裝置包括手搖桿以及裝設在底座內的液壓系統，并且還設有表盤來顯示底座施加的壓力。

本發明的有益效果是：本發明通過熱超聲燒結的方式對涂布在柔性基板表面的納米銀互連電路進行燒結，燒結溫度降低到了120℃，燒結時間縮短到5分鐘，且經過熱超聲燒結后的納米銀互連導線在超聲的作用下增大了納米銀顆粒分布的致密度，納米銀導電線路的電阻率降低到4.25×10-8（Ω.m）。本發明為實現納米銀導電墨水印刷互連導線的低溫快速燒結提供了具體的解決方案，為納米銀導電墨水在耐熱性能較差的基板如紙，塑料等的應用提供了互連方法。

附圖說明

圖1為本發明實例納米銀導電墨水的熱超聲低溫燒結裝置的示意圖。

圖2為本發明實例納米銀導電墨水的熱超聲低溫燒結方法的示意圖。

圖中，1為超聲電源，2為換能器、變幅桿以及工具頭，3為溫度控制器，4為頂板，5為底板，6為壓力控制表盤。

具體實施方式

下面結合附圖及實例，對本發明做進一步說明。

參見圖1，納米銀導電墨水的熱超聲低溫燒結設備包括底板5，用以放置納米銀互連線路，底板5上方設有頂板4，頂板4上方設有超聲施加裝置。

超聲施加裝置包括超聲電源1、換能器、變幅桿與工具頭2，由超聲電源1發出激勵信號，經過換能器產生超聲波，經變幅桿放大，傳遞給工具頭，最后作用在互連線路上。

底板5連有加熱裝置，用以對底板進行加熱。

底板5或頂板4連有溫度控制器3，以精確控制底板5的溫度，控制的溫度區間為（20℃-350℃）。