一种银电极及其制备方法与流程

本发明涉及光敏电极领域，具体涉及一种银电极及其制备方法。

背景技术：

银电极浆料是厚膜集成电路的主要原材料之一。厚膜集成电路的电极图形一般采用丝网印刷工艺，将银电极浆料印刷在基底载体，如塑料、陶瓷、复合材料等之上。电极图形由丝网漏网决定，电极图形部分浆料透过干燥后形成图案，无图形部分网孔堵住浆料无法透过。印制完成后经固化或烧结后在基底上形成电极。丝网印刷厚膜电极工艺适应性强，成本较低，是厚膜集成电路常见制备工艺。但是，由于受到丝网网孔大小、电极浆料流变特性限制，丝网印刷工艺制备的电极精度较差，最高只能达到100微米线宽/100微米间距，不能满足高分辨率精密电路的制备要求。

银电极作为电学性能优越的电极选择，被广泛应用于各种电学器件的制备中，具有导电性好、耐氧化性优于铜/铝等低价金属的优势。集成电路中的银电极一般采用薄膜工艺和厚膜工艺制备。其中薄膜工艺主要采用溅射、蒸镀等方法，制备的电极厚度在纳米到数百纳米，精度和分辨率高，能够满足大规模集成电路高精度布线的要求，缺点是需要昂贵的薄膜工艺设备，而且生产得到的电极的方阻值较高。厚膜工艺主要采用丝网印刷等印刷工艺制备，工艺设备简单、制造成本低廉，而且电极的方阻值较低，但该工艺制备的电极厚度在微米级，精度和分辨率低，无法满足市场的需求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有厚膜集成电路丝网印刷制备银电极分辨率低、精度不高的不足，提供一种银电极及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种银电极，其特征在于，包括电极基板和设置在所述电极基板表面的电极图形，所述电极图形采用了包括以下组合物的材质：

该组合物包括由以下质量份的组分：

50～85份银粉、1～5份玻璃粉体、1～15份有机载体、4.5～25份光敏聚合物。

上述技术方案的设计思路在于，通过上述的组分配比，能够保证所述银电极可以通过印刷工艺和紫外光刻技术制备，从而提高银电极图案化的精细程度和分辨率，同时还能保证银电极的阻值一致性和方阻等电学方面的性能。

作为上述技术方案的优选，所述电极基板为陶瓷类基板。陶瓷基板由于其优良的电绝缘性能、高导热性能等物化性能，被越来越广泛地应用于电子器件领域，但现有陶瓷基板银电极一般采用传统丝网印刷工艺制备。已有的可辅助紫外光刻工艺的光敏银电极制备技术均采用玻璃基板。而本技术方案提出以陶瓷类基板作为光敏电极基板，拓展了高分辨率光敏银电极的应用领域。

作为上述技术方案的优选，所述有机载体为乙基纤维素、丙烯酸树脂、松香和松香衍生物中的一种或多种。通过选用复合有机载体树脂，既满足丝网印刷工艺对银电极浆料触变性的要求，又通过添加丙烯酸树脂增加光固化后电极和陶瓷基板的结合力，实现了在陶瓷类基板上印刷、光刻制备银电极，能够拓宽银电极的使用范围和领域。

一种银电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)准备所需原料，将银电极浆料印刷在基板表面形成初步电极图形，所述银电极浆料包括以下质量份的组分：50～85份银粉，1～5份玻璃粉体，1～15份有机载体，5～20份有机溶剂，4～20份光敏单体，0.5～5份光敏引发剂；

(2)对所述电极图形加盖掩膜后采用紫外光辐照固化，得到固化后电极图形；

(3)对所述固化后电极图形使用显影剂进行显影，得到精细电极图形；

(4)对所述精细电极图形进行烧结，得到银电极。

上述技术方案的设计思路在于，将紫外光刻技术引入厚膜丝网印刷工艺，适合于制作分辨率高、电阻均匀性好的精细厚膜电极图形；本技术方案兼具厚膜丝网印刷和紫外光刻制备高分辨的优点，能得到精细电极线，而且制备得到的电极线条边缘整齐，阻值一致性好，电学性能优异。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中玻璃粉体的软化点为500～700℃。通过限定玻璃粉体的软化点在500～700℃，低于光敏银电极浆料在后续银电极制备流程的烧结温度，能够满足烧结工艺窗口需求，降低了银电极浆料的使用要求，扩展了银电极浆料的应用。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中银电极浆料还包括0.5～2质量份的触变剂和0.5～3质量份的分散剂。该处设计的思路在于，通过在银电极浆料中添加触变剂，能够提高浆料的剪切稀化能力，在有剪切力存在的条件下能够加快各组分在体系中的分散效果，在消除剪切力进行存放时又能增加体系的粘度，减少各组分的沉降，改善各组分特别是光敏原料的分散情况，能够改善印刷特性以及紫外光辐照固化的精确性，使得制备的电极线条精细度更高；同时，通过添加分散剂能够改善银电极浆料体系的界面性能，从而改善各组分，特别是光敏原料在有机载体和有机溶剂中的分散效果，进一步提高印刷效果以及紫外光辐照固化的精确性，使得制备的电极线条精细度更高。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中触变剂为氢化蓖麻油、氢化蓖麻油改性物、聚酰胺蜡和聚酰胺蜡改性物中的一种或多种。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中分散剂为阴离子或非离子表面活性剂中的一种或多种，所述分散剂的hlb值的加和为5～14。将分散剂限定为阴离子或非离子表面活性剂，并限定其hlb值的加和为5～14，是根据浆料中银粉和玻璃粉体表面亲水、亲油特性确定的，能够最大程度上改善银电极浆料体系的界面性能，从而进一步改善各组分的分散效果。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中光敏单体为乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷乙氧化三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯；四羟甲基丙烷四丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯中的一种或多种。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中光敏引发剂为邻苯甲酰基苯甲酸甲酯、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮、2-异丙基硫杂蒽酮、4，4-二(二甲基氨基)二苯甲酮、4，4-二(二乙基氨基)二苯甲酮、2，2-二乙氧基苯乙酮、2，2-二甲氧基-2-苯基-2-苯基苯乙酮、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉代苯基)-1-丁酮、双(2，6-二甲氧基苯甲酰基)-2，4，4-三甲基戊基氧化膦中的一种或多种。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中紫外光辐照强度为500～1200mj/cm2。若紫外光辐照强度过低，则导致光固化不完全，固化后电极图形在后续步骤中显影液的冲洗下易被破坏；若紫外光辐照强度过高，则会会造成银电极图形中有机成分的紫外老化，导致电极图形和陶瓷基板结合强度的下降，还会造成能源的浪费。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中显影剂为0.2％～0.4％的碳酸钠溶液。该显影剂种类和浓度根据电极中的光敏组分决定，能够提升显影效果，保证所制备的银电极的成品率。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中烧结温度为500～850℃。若烧结温度过低，则导致玻璃液化不完全，电极无法成型；若烧结温度过高，一则玻璃液化后高温粘度降低，流动性过高，易造成已经成型的银电极图形发生变形等问题，二则过高的温度接近银粉的熔点，会导致银发生液化流淌，破坏电极图形的高分辨率。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中将银电极浆料形成初步电极图形的方法为丝网印刷法。相对于喷墨打印等工艺，丝网印刷方法所用银浆的粘度和固含量更高，能降低制备电极线条的方阻；同时相对于刮涂、点胶等工艺，丝网印刷的印刷图形的精度更高。

作为上述技术方案的优选，所述丝网印刷采用目数为100～400目的不锈钢丝网。

作为上述技术方案的优选，所述掩膜为厚度在10～30μm之间的菲林版。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的银电极可以通过印刷工艺和紫外光刻技术制备，从而提高银电极图案化的精细程度和分辨率，同时还能保证银电极的阻值一致性和方阻等电学方面的性能；同时还以陶瓷作为基板，扩宽了银电极的应用领域，降低了其使用要求。

(2)本发明的方法既利用了廉价的厚膜技术，又应用了光刻法，能制备得到电极线边缘整齐、分辨率高、阻值一致性好和电学性能优异的精细电极线，该方法操作简单，适于大规模产业化生产。

附图说明

图1为实施例1的银电极的外观图。

具体实施方式

实施例1：

一种银电极，包括氧化铝陶瓷基板和设置在氧化铝陶瓷基板上的电极图形，该电极图形包括由以下质量份的组分构成的组合物：

6份丙烯酸树脂、0.5份乙基纤维素100、2份松香季戊四醇酯、6份醇酯十二、2份dbe、0.5份氢化蓖麻油、1份tdo、9份三羟甲基丙烷乙氧化三丙烯酸酯(tmpeota)、1份2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮(ir907)、70份超细微米级球形银粉、2份无机粘接剂玻璃粉体。

上述银电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取100g光敏银电极浆料，上述光敏银电极浆料包括6％丙烯酸树脂、0.5％乙基纤维素100、2％松香季戊四醇酯、6％醇酯十二、2％dbe、0.5％氢化蓖麻油、1％tdo、9％三羟甲基丙烷乙氧化三丙烯酸酯(tmpeota)、1％2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮(ir907)、70％超细微米级球形银粉(平均粒径d50为2.0微米)、2％无机粘接剂玻璃粉体(平均粒径d50为3.2微米，软化点为645℃)。在避光条件下，采用250目不锈钢丝网，将浆料在氧化铝陶瓷基板表面进行丝网印刷，印制出初步电极图形，在100℃烘干10分钟。

(2)在上述初级电极图形上加盖线宽30微米/间距30微米的菲林掩膜，在750mj/cm²紫外光强辐照下进行固化，得到固化后电极图形。

(3)对上述固化后电极图形使用0.3％的na2co3水溶液中冲洗显影，得到精细电极图形。

(4)对上述精细电极图形在650℃进行烧结，得到银电极。

本实施例的银电极如图1所示，按照国标gb/t17473.6测试其分辨率，本实施例的银电极的分辨率为30微米/30微米，而一般的丝网印刷制备得到的银电极的分辨率为90-110微米/90-110微米，可见本发明的银电极或按照本发明方法制备的银电极具有极高的分辨率。

经测试，本实施例的银电极方阻为3.8mω/□。

实施例2：

一种银电极，包括氧化铝陶瓷基板和设置在氮化铝陶瓷基板上的电极图形，该电极图形包括由以下质量份的组分构成的组合物：

10份丙烯酸树脂、9份丁基卡比醇醋酸酯、5份松油醇、1份dbe、1份氢化蓖麻油、2份tdo、9份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(tmpta)、3份二季戊四醇五丙烯酸酯、1份2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮(ir907)、0.5份2-异丙基硫杂蒽酮(itx)、55份超细球形银粉、2份无机粘接剂玻璃粉体。

上述银电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取100g光敏银电极浆料，上述光敏银电极浆料包括10％丙烯酸树脂、9％丁基卡比醇醋酸酯、5％松油醇、1％dbe、1％氢化蓖麻油、2％tdo、9％三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(tmpta)、3％二季戊四醇五丙烯酸酯、1％2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮(ir907)、0.5％2-异丙基硫杂蒽酮(itx)、55％超细球形银粉(平均粒径d50为1.4微米)、2％无机粘接剂玻璃粉体(平均粒径d50为2.7微米，软化点为618℃)。在避光条件下，采用350目不锈钢丝网，将浆料在氮化铝陶瓷基板表面进行丝网印刷，印制出初步电极图形，在80℃烘干15分钟。

(2)在上述初级电极图形上加盖线宽50微米/间距50微米的菲林掩膜，在650mj/cm²紫外光强辐照下进行固化，得到固化后电极图形。

(3)对上述固化后电极图形使用0.2％的na2co3水溶液中冲洗显影，得到精细电极图形。

(4)对上述精细电极图形在580℃进行烧结，得到银电极。

经测试，本实施例的银电极方阻为4.9mω/□。

实施例3：

一种银电极，包括氧化铝陶瓷基板和设置在碳化硅陶瓷基板上的电极图形，该电极图形包括由以下质量份的组分构成的组合物：

5份丙烯酸树脂、0.5份乙基纤维素100、4份醇酯十二、5份dbe、0.5份氢化蓖麻油、0.5份tdo、5份三羟甲基丙烷乙氧化三丙烯酸酯(tmpeota)、2份二季戊四醇五丙烯酸酯、1份2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮(ir907)、74份超细微米级球形银粉和2.5份无机粘接剂玻璃粉体。

上述银电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取100g光敏银电极浆料，上述光敏银电极浆料包括5％丙烯酸树脂、0.5％乙基纤维素100、4％醇酯十二、5％dbe、0.5％氢化蓖麻油、0.5％tdo、5％三羟甲基丙烷乙氧化三丙烯酸酯(tmpeota)、2％二季戊四醇五丙烯酸酯、1％2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮(ir907)、74％超细微米级球形银粉(平均粒径d50为1.8微米)、2.5％无机粘接剂玻璃粉体(平均粒径d50为3.7微米，软化点为673℃)。在避光条件下，采用300目不锈钢丝网，将浆料在碳化硅陶瓷基板表面进行丝网印刷，印制出初步电极图形，在120℃烘干5分钟。

(2)在上述初级电极图形上加盖线宽20微米/间距20微米的菲林掩膜，在1000mj/cm²紫外光强辐照下进行固化，得到固化后电极图形。

(3)对上述固化后电极图形使用0.4％的na2co3水溶液中冲洗显影，得到精细电极图形。

(4)对上述精细电极图形在850℃进行烧结，得到银电极。

经测试，本实施例的银电极方阻为3.1mω/□。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。