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鍍銀類導(dǎo)電粉體填料的應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)現(xiàn)狀綜述
郝海娟
（愛卡特殊效果顏料（珠海）有限公司廣州分公司，廣州５１００６０）
摘 要：隨著近十幾年來銀價(jià)的飆升，鍍銀類導(dǎo)電粉體填料作為較低成本的替代產(chǎn)品越來越受相關(guān)行業(yè)（尤其是消費(fèi)電子類）的關(guān)注。對(duì)目前較為熱點(diǎn)的鍍銀類導(dǎo)電粉體進(jìn)行應(yīng)用和技術(shù)現(xiàn)狀的總結(jié)，并初步展望了此類產(chǎn)品的未來發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞：鍍銀類導(dǎo)電粉體，消費(fèi)電子，底材，包覆
目前市面上常見的導(dǎo)電粉體填料種類很多，見表１［１］。
銀因具備最優(yōu)常溫導(dǎo)電性、最優(yōu)導(dǎo)熱性、最強(qiáng)的反射特性、感光成像特性和抗菌消炎特性等，使其成為電子工業(yè)不可缺少的材料，但由于近幾年銀價(jià)成本的迅速上升［２］，人們一直在關(guān)注和研發(fā)鍍銀類導(dǎo)電填料，目的在于通過部分取代純銀漿料，降低綜合材料成本，且維持其導(dǎo)電性或電磁屏蔽性下降不多。本研究針對(duì)復(fù)合類型中的鍍銀類導(dǎo)電填料做重點(diǎn)介紹。
１·鍍銀銅
相比其它幾種鍍銀導(dǎo)電填料，銅鍍銀導(dǎo)電粉體具有最優(yōu)良的導(dǎo)電性，由此制成的電磁屏蔽橡膠具有優(yōu)異的耐電磁波脈沖（ＥＭＰ）沖擊性。因此，此類橡膠適用于軍工領(lǐng)域，可作為波導(dǎo)和連接器的襯墊。但由于銅在較高溫度下（大約１５０～２００℃以上）容易氧化并遷移腐蝕硅片，也限制了它在某些特定高端領(lǐng)域的應(yīng)用，如燒結(jié)型光伏漿料或者中高溫電子漿料。而在常溫固化的電子漿料（導(dǎo)電油墨）或者導(dǎo)電漆中應(yīng)用前景較為廣泛，其中電子漿料要求導(dǎo)電填料粒徑較細(xì)（通常為１０μｍ以下），且因其對(duì)導(dǎo)電性要求較高（比如冷光片，多層ＰＣＢ灌孔漿料，薄膜開關(guān)，柔性線路板甚至更高端的觸摸屏等），除了本身需要較高鍍銀含量（大約２０％～３０％以上），還需要和純銀漿按一定比例配合使用，才能達(dá)到降低成本和維持性能基本不變的雙重目的。而導(dǎo)電漆領(lǐng)域主要采用粒徑較大（１０～４０μｍ均有）及銀含量較低（５％～２０％）的片狀鍍銀銅，最終應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦、投影儀、通信設(shè)備等電子類產(chǎn)品的電磁屏蔽領(lǐng)域，而近年來由于物理式屏蔽方法（如沖壓成型的金屬箔片）成本遠(yuǎn)低于銀價(jià)不斷上漲的導(dǎo)電漆，導(dǎo)致該應(yīng)用的市場(chǎng)萎縮，但因物理法在某些不規(guī)則或小面積表面不適用或者國(guó)家有強(qiáng)制性要求的醫(yī)療器械或軍工市場(chǎng)，仍然保有一定的市場(chǎng)份額，不過總體上的市場(chǎng)前景仍存在較多不確定因素。
２·鍍銀鋁
由粒徑較大的球狀鍍銀鋁制成的導(dǎo)電硅橡膠具有優(yōu)良的屏蔽性能和抗鹽霧性能，電化腐蝕較小，比鍍銀銅輕，但耐高溫性能好，外觀上也比較接近純銀，但導(dǎo)電性不及鍍銀銅［３］。除了導(dǎo)電硅橡膠，部分光伏漿料廠商（尤其是背銀部分）也在研發(fā)基于此類產(chǎn)品和銀漿混合的漿料，當(dāng)然相應(yīng)粒徑較小，不過由于顏色較深，焊接性較差，只能滿足部分中端市場(chǎng)的要求。總體來講，由于鋁表面致密的氧化膜大大增加了銀的包覆難度。
３·鍍銀玻璃
和鍍銀銅和鍍銀鋁比較，玻璃鍍銀雖然導(dǎo)電性稍遜，但具有最佳性價(jià)比，同時(shí)比重較小（尤其是中空玻璃微珠），不易沉降，添加量少，具有較好的分散性和隔熱效果。其中片狀鍍銀玻璃適用于導(dǎo)電粘合劑、油墨、涂料等領(lǐng)域，而球狀鍍銀玻璃因其耐剪切力優(yōu)異，適用于電磁屏蔽硅橡膠等軍用或通訊領(lǐng)域。
４·鍍銀鎳
鎳自身的磁性使得產(chǎn)品顆粒在復(fù)雜的電路中有序排列在一起，在熱、濕以及鹽霧等極端環(huán)境中具有優(yōu)良的環(huán)境穩(wěn)定性，而且比純銀材料成本低。好的鍍銀鎳粉可以達(dá)到與純銀接近的導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性。這種材料具有優(yōu)良的抗腐蝕性，并且作為填料在硅樹脂彈性體中具有良好的穩(wěn)定性。因此導(dǎo)電銀包覆鎳粉是可以用作導(dǎo)電橡膠，導(dǎo)電粘結(jié)劑和電子漿料（油墨）中的導(dǎo)電填料為電磁以及無線電頻率干涉屏蔽提供導(dǎo)電通道。另外，也有國(guó)外嘗試用鍍銀鎳來取代純銀，擬用于光伏銀漿，但尚未有商業(yè)化的產(chǎn)品出臺(tái)。歐盟對(duì)于鎳粉的使用比較謹(jǐn)慎，因其吸入后有致癌嫌疑。
５·鍍銀石墨片
由于石墨比重小，同等體積下添加量少，加之其本身化學(xué)穩(wěn)定性較高，同時(shí)成本比銅鋁鎳等金屬占優(yōu)勢(shì)，因此最近幾年國(guó)內(nèi)外有些廠家在關(guān)注和開發(fā)此類產(chǎn)品，如美國(guó)ＦＴＧ公司。高導(dǎo)電性的鍍銀導(dǎo)電填料的關(guān)鍵技術(shù)在于銀的包覆層（準(zhǔn)微米厚度）是否完整致密均勻，且與基材有很好的結(jié)合力，如在外部應(yīng)力（橡膠混煉中的剪切力）或高溫高濕等惡劣環(huán)境下穩(wěn)定存在。包覆方法包括電鍍或化學(xué)鍍。以銀／銅粉為例電鍍工藝流程為：銅粉—除油—浸蝕—活化—電鍍—水洗—干燥—檢驗(yàn)—封裝待用［４］。從外觀來看，表現(xiàn)為鍍銀層細(xì)膩致密白亮，在ＳＥＭ下基本無漏鍍點(diǎn)，極端環(huán)境條件下鍍層也不易被破壞。在同等條件下，片狀基材比球狀基材較難包覆，因其比表面較大，容易包覆不全。另外，粒徑較小的粒子比較難包覆銀，比如１０μｍ以下的鍍銀粉體填料。當(dāng)然，還有其他方面的因素需要考慮，如粒徑分布直接影響在樹脂體系中的排列分布，從而顯示不同的粒子間搭接狀況和最終的導(dǎo)電性能。其它包括鍍體系的選擇和參數(shù)設(shè)定，包括堿度，絡(luò)合劑，保護(hù)防沉降劑，反應(yīng)溫度等。最后的表面處理會(huì)很好的改善粉體在樹脂體系中的分散性，但也可能影響最終產(chǎn)品的導(dǎo)電性。不同粉體形狀的導(dǎo)電填料優(yōu)缺點(diǎn)見表２。
銀包覆不同核基材的導(dǎo)電填料優(yōu)缺點(diǎn)見表３。
表面處理對(duì)導(dǎo)電填料優(yōu)缺點(diǎn)見表４。
６·結(jié)語
總之，各種鍍銀導(dǎo)電填料均有其獨(dú)到之處，但整體市場(chǎng)前景看好。國(guó)內(nèi)部分粉體廠家在鍍銀實(shí)心玻璃球、大粒徑鍍銀銅方面比較接近國(guó)際水平，但鍍銀中空玻璃珠、鍍銀鋁、小粒徑鍍銀銅（片狀）以及鍍銀鎳方面與國(guó)外先進(jìn)廠家相比，技術(shù)上還是有一定的差距，尤其是批次之間的穩(wěn)定性方面。另外，消費(fèi)電子應(yīng)用領(lǐng)域電磁屏蔽或?qū)щ娂夹g(shù)更新?lián)Q代很快，部分智能手機(jī)已經(jīng)由原來的屏蔽硅橡膠密封條改為更便宜的沖壓金屬片型的屏蔽罩、鈹銅簧片、導(dǎo)電泡棉或者雙面導(dǎo)電膠帶等；有些智能手機(jī)的電容觸摸屏ＩＴＯ銀漿由原來的厚膜絲印方式改為激光蝕刻［６］，可大范圍內(nèi)進(jìn)行各種圖案，各種尺寸的精密、高速刻蝕，并且能夠保證很高的生產(chǎn)效率，從而打破絲網(wǎng)印刷布線的工藝復(fù)雜性和工藝精度的限制。這些技術(shù)更新對(duì)導(dǎo)電粉體廠家提出了技術(shù)、成本等更全方位的挑戰(zhàn)，同時(shí)也促成了更多研發(fā)空間和商業(yè)機(jī)會(huì)。
參考文獻(xiàn)：略
郝海娟
（愛卡特殊效果顏料（珠海）有限公司廣州分公司，廣州５１００６０）
摘 要：隨著近十幾年來銀價(jià)的飆升，鍍銀類導(dǎo)電粉體填料作為較低成本的替代產(chǎn)品越來越受相關(guān)行業(yè)（尤其是消費(fèi)電子類）的關(guān)注。對(duì)目前較為熱點(diǎn)的鍍銀類導(dǎo)電粉體進(jìn)行應(yīng)用和技術(shù)現(xiàn)狀的總結(jié)，并初步展望了此類產(chǎn)品的未來發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞：鍍銀類導(dǎo)電粉體，消費(fèi)電子，底材，包覆
目前市面上常見的導(dǎo)電粉體填料種類很多，見表１［１］。
銀因具備最優(yōu)常溫導(dǎo)電性、最優(yōu)導(dǎo)熱性、最強(qiáng)的反射特性、感光成像特性和抗菌消炎特性等，使其成為電子工業(yè)不可缺少的材料，但由于近幾年銀價(jià)成本的迅速上升［２］，人們一直在關(guān)注和研發(fā)鍍銀類導(dǎo)電填料，目的在于通過部分取代純銀漿料，降低綜合材料成本，且維持其導(dǎo)電性或電磁屏蔽性下降不多。本研究針對(duì)復(fù)合類型中的鍍銀類導(dǎo)電填料做重點(diǎn)介紹。
１·鍍銀銅
相比其它幾種鍍銀導(dǎo)電填料，銅鍍銀導(dǎo)電粉體具有最優(yōu)良的導(dǎo)電性，由此制成的電磁屏蔽橡膠具有優(yōu)異的耐電磁波脈沖（ＥＭＰ）沖擊性。因此，此類橡膠適用于軍工領(lǐng)域，可作為波導(dǎo)和連接器的襯墊。但由于銅在較高溫度下（大約１５０～２００℃以上）容易氧化并遷移腐蝕硅片，也限制了它在某些特定高端領(lǐng)域的應(yīng)用，如燒結(jié)型光伏漿料或者中高溫電子漿料。而在常溫固化的電子漿料（導(dǎo)電油墨）或者導(dǎo)電漆中應(yīng)用前景較為廣泛，其中電子漿料要求導(dǎo)電填料粒徑較細(xì)（通常為１０μｍ以下），且因其對(duì)導(dǎo)電性要求較高（比如冷光片，多層ＰＣＢ灌孔漿料，薄膜開關(guān)，柔性線路板甚至更高端的觸摸屏等），除了本身需要較高鍍銀含量（大約２０％～３０％以上），還需要和純銀漿按一定比例配合使用，才能達(dá)到降低成本和維持性能基本不變的雙重目的。而導(dǎo)電漆領(lǐng)域主要采用粒徑較大（１０～４０μｍ均有）及銀含量較低（５％～２０％）的片狀鍍銀銅，最終應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦、投影儀、通信設(shè)備等電子類產(chǎn)品的電磁屏蔽領(lǐng)域，而近年來由于物理式屏蔽方法（如沖壓成型的金屬箔片）成本遠(yuǎn)低于銀價(jià)不斷上漲的導(dǎo)電漆，導(dǎo)致該應(yīng)用的市場(chǎng)萎縮，但因物理法在某些不規(guī)則或小面積表面不適用或者國(guó)家有強(qiáng)制性要求的醫(yī)療器械或軍工市場(chǎng)，仍然保有一定的市場(chǎng)份額，不過總體上的市場(chǎng)前景仍存在較多不確定因素。
２·鍍銀鋁
由粒徑較大的球狀鍍銀鋁制成的導(dǎo)電硅橡膠具有優(yōu)良的屏蔽性能和抗鹽霧性能，電化腐蝕較小，比鍍銀銅輕，但耐高溫性能好，外觀上也比較接近純銀，但導(dǎo)電性不及鍍銀銅［３］。除了導(dǎo)電硅橡膠，部分光伏漿料廠商（尤其是背銀部分）也在研發(fā)基于此類產(chǎn)品和銀漿混合的漿料，當(dāng)然相應(yīng)粒徑較小，不過由于顏色較深，焊接性較差，只能滿足部分中端市場(chǎng)的要求。總體來講，由于鋁表面致密的氧化膜大大增加了銀的包覆難度。
３·鍍銀玻璃
和鍍銀銅和鍍銀鋁比較，玻璃鍍銀雖然導(dǎo)電性稍遜，但具有最佳性價(jià)比，同時(shí)比重較小（尤其是中空玻璃微珠），不易沉降，添加量少，具有較好的分散性和隔熱效果。其中片狀鍍銀玻璃適用于導(dǎo)電粘合劑、油墨、涂料等領(lǐng)域，而球狀鍍銀玻璃因其耐剪切力優(yōu)異，適用于電磁屏蔽硅橡膠等軍用或通訊領(lǐng)域。
４·鍍銀鎳
鎳自身的磁性使得產(chǎn)品顆粒在復(fù)雜的電路中有序排列在一起，在熱、濕以及鹽霧等極端環(huán)境中具有優(yōu)良的環(huán)境穩(wěn)定性，而且比純銀材料成本低。好的鍍銀鎳粉可以達(dá)到與純銀接近的導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性。這種材料具有優(yōu)良的抗腐蝕性，并且作為填料在硅樹脂彈性體中具有良好的穩(wěn)定性。因此導(dǎo)電銀包覆鎳粉是可以用作導(dǎo)電橡膠，導(dǎo)電粘結(jié)劑和電子漿料（油墨）中的導(dǎo)電填料為電磁以及無線電頻率干涉屏蔽提供導(dǎo)電通道。另外，也有國(guó)外嘗試用鍍銀鎳來取代純銀，擬用于光伏銀漿，但尚未有商業(yè)化的產(chǎn)品出臺(tái)。歐盟對(duì)于鎳粉的使用比較謹(jǐn)慎，因其吸入后有致癌嫌疑。
５·鍍銀石墨片
由于石墨比重小，同等體積下添加量少，加之其本身化學(xué)穩(wěn)定性較高，同時(shí)成本比銅鋁鎳等金屬占優(yōu)勢(shì)，因此最近幾年國(guó)內(nèi)外有些廠家在關(guān)注和開發(fā)此類產(chǎn)品，如美國(guó)ＦＴＧ公司。高導(dǎo)電性的鍍銀導(dǎo)電填料的關(guān)鍵技術(shù)在于銀的包覆層（準(zhǔn)微米厚度）是否完整致密均勻，且與基材有很好的結(jié)合力，如在外部應(yīng)力（橡膠混煉中的剪切力）或高溫高濕等惡劣環(huán)境下穩(wěn)定存在。包覆方法包括電鍍或化學(xué)鍍。以銀／銅粉為例電鍍工藝流程為：銅粉—除油—浸蝕—活化—電鍍—水洗—干燥—檢驗(yàn)—封裝待用［４］。從外觀來看，表現(xiàn)為鍍銀層細(xì)膩致密白亮，在ＳＥＭ下基本無漏鍍點(diǎn)，極端環(huán)境條件下鍍層也不易被破壞。在同等條件下，片狀基材比球狀基材較難包覆，因其比表面較大，容易包覆不全。另外，粒徑較小的粒子比較難包覆銀，比如１０μｍ以下的鍍銀粉體填料。當(dāng)然，還有其他方面的因素需要考慮，如粒徑分布直接影響在樹脂體系中的排列分布，從而顯示不同的粒子間搭接狀況和最終的導(dǎo)電性能。其它包括鍍體系的選擇和參數(shù)設(shè)定，包括堿度，絡(luò)合劑，保護(hù)防沉降劑，反應(yīng)溫度等。最后的表面處理會(huì)很好的改善粉體在樹脂體系中的分散性，但也可能影響最終產(chǎn)品的導(dǎo)電性。不同粉體形狀的導(dǎo)電填料優(yōu)缺點(diǎn)見表２。
銀包覆不同核基材的導(dǎo)電填料優(yōu)缺點(diǎn)見表３。
表面處理對(duì)導(dǎo)電填料優(yōu)缺點(diǎn)見表４。
６·結(jié)語
總之，各種鍍銀導(dǎo)電填料均有其獨(dú)到之處，但整體市場(chǎng)前景看好。國(guó)內(nèi)部分粉體廠家在鍍銀實(shí)心玻璃球、大粒徑鍍銀銅方面比較接近國(guó)際水平，但鍍銀中空玻璃珠、鍍銀鋁、小粒徑鍍銀銅（片狀）以及鍍銀鎳方面與國(guó)外先進(jìn)廠家相比，技術(shù)上還是有一定的差距，尤其是批次之間的穩(wěn)定性方面。另外，消費(fèi)電子應(yīng)用領(lǐng)域電磁屏蔽或?qū)щ娂夹g(shù)更新?lián)Q代很快，部分智能手機(jī)已經(jīng)由原來的屏蔽硅橡膠密封條改為更便宜的沖壓金屬片型的屏蔽罩、鈹銅簧片、導(dǎo)電泡棉或者雙面導(dǎo)電膠帶等；有些智能手機(jī)的電容觸摸屏ＩＴＯ銀漿由原來的厚膜絲印方式改為激光蝕刻［６］，可大范圍內(nèi)進(jìn)行各種圖案，各種尺寸的精密、高速刻蝕，并且能夠保證很高的生產(chǎn)效率，從而打破絲網(wǎng)印刷布線的工藝復(fù)雜性和工藝精度的限制。這些技術(shù)更新對(duì)導(dǎo)電粉體廠家提出了技術(shù)、成本等更全方位的挑戰(zhàn)，同時(shí)也促成了更多研發(fā)空間和商業(yè)機(jī)會(huì)。
參考文獻(xiàn)：略
