本發(fā)明屬于電子材料領(lǐng)域，涉及一種通過(guò)溶膠凝膠法制備玻璃包覆金粉形成核殼結(jié)構(gòu)粉體及其應(yīng)用。具體涉及一種pbo-bi2o3-sio2-cuo玻璃包覆金粉及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、導(dǎo)電金漿由于其優(yōu)異的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，在柔性電子、微電子、光電子器件，尤其是軍事、航空航天以及精密測(cè)試儀器等高科技領(lǐng)域中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。金粉和玻璃是應(yīng)用于導(dǎo)電金漿的兩種關(guān)鍵原材料，金粉提供優(yōu)異的導(dǎo)電性能，具有優(yōu)良的抗氧化性，但金電子漿料在使用時(shí)，難以與基板之間產(chǎn)生結(jié)合力。金不易氧化的特點(diǎn)有利于與金屬形成粘合，但不利于與玻璃或陶瓷形成粘附力。因此需要加入玻璃粉作為粘結(jié)相提供結(jié)合力，同時(shí)玻璃粉在高溫下轉(zhuǎn)變?yōu)橐合啵鸬酱龠M(jìn)金顆粒燒結(jié)致密的作用。但是玻璃與金粉也存在不潤(rùn)濕情況，導(dǎo)致金漿燒結(jié)不致密，且不能達(dá)到粘合金導(dǎo)體與基板的作用。

2、上述問(wèn)題通常通過(guò)引入無(wú)機(jī)添加劑或更改玻璃配方，起到與金顆粒潤(rùn)濕的效果，從而進(jìn)行改善。如專利jph0799011a中添加了v2o5,增加v2o5的含量，可以提高金屬層與基板之間的結(jié)合強(qiáng)度，從而提高電路基板的整體性能；專利cn101436441a通過(guò)添加無(wú)鉛微晶玻璃sio2-al2o3-bao-b2o3-bi2o3-na2o系微晶玻璃粉末或sio2-al2o3-bao-b2o3-bi2o3-na2o-k2o系微晶玻璃粉末，改變金電極漿料的微觀結(jié)構(gòu)，從而提高漿料的導(dǎo)電性能、印刷性能和連接牢靠性；專利us20150243810a1中使用pbo-sio2-al2o3-zno玻璃，并在玻璃中添加鉬，鉬可以與硅形成較強(qiáng)的化學(xué)鍵，從而增強(qiáng)了金電極與硅片之間的結(jié)合力；專利cn108053915a在硼硅酸鋅玻璃和鋇硼酸硅玻璃的基礎(chǔ)上添加了含銅有機(jī)物，提高了金漿燒結(jié)后與氧化鋁基板的鍵合能力；專利cn4974560a混合了基板ltcc粉體材料和ltcf粉體材料，其中l(wèi)tcc基板材料為li2mg0.3zn0.7sio4和zn0.8mg0.2tio3陶瓷和cao-b2o3-zno-sio2、zno-b2o3-sio2玻璃混合而成，ltcf粉體材料則是由(ni0.5-xcuxzn0.5)(fe2o3)0.98zno-b2o3-sio2玻璃制成，得到了可調(diào)控金內(nèi)電極導(dǎo)體漿料的燒結(jié)收縮速率以及與ltcc、ltcf具有高結(jié)合強(qiáng)度的金內(nèi)電極漿料；專利cn114464339a使用無(wú)鉛玻璃配方cao-b2o3-sio2-zno-cuo-bi2o3-mno-fe2o3燒結(jié)出的金漿經(jīng)測(cè)試與基板具有較好的粘附力。

3、為了更好的潤(rùn)濕與助熔效果，通常要求玻璃粉的粒徑與金粉相似，但傳統(tǒng)玻璃需要經(jīng)過(guò)高溫熔融、耗能高，且通過(guò)傳統(tǒng)球磨、機(jī)械混合的方式難以得到與金粉粒徑匹配的玻璃粉。造成玻璃粉和金粉混合燒結(jié)時(shí)，金粉表面無(wú)法被充分浸潤(rùn)和鋪展而粘附力差，并導(dǎo)致金電極與基板粘合不牢固。且分布不均勻的玻璃出現(xiàn)局部團(tuán)聚現(xiàn)象，導(dǎo)致導(dǎo)電通路的不連續(xù)性，從而影響燒結(jié)后金電極的導(dǎo)電性。

4、因此有必要提供一種制備耗能低、與金粉分布更均勻且能與基板產(chǎn)生較高粘附力的金漿的制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種制備耗能低、與金粉分布更均勻且能與基板產(chǎn)生較高粘附力的金漿的制備方法與應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)的玻璃熔塊與金粉混合，采取了溶膠凝膠法將玻璃包覆與金粉表面，提高了金粉和玻璃粉的混合均勻程度，玻璃與金粉有較好的潤(rùn)濕性且與基板有較好的結(jié)合力。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種低溫?zé)Y(jié)抗氧化金粉，包括金粉以及位于其表面的包覆層；包覆層pbo-bi2o3-sio2-cuo玻璃組成。

4、本發(fā)明的金粉的包覆層制備方法采用溶膠凝膠法，獲得一種核殼結(jié)構(gòu)的粉末，使燒結(jié)過(guò)程中玻璃熔融為液相后與金粉體的接觸更加均勻，同時(shí)玻璃包覆層作為粘結(jié)相增強(qiáng)了金電極與基板的結(jié)合，進(jìn)一步制備的金漿料具有優(yōu)異的與基板結(jié)合的強(qiáng)度。

5、本發(fā)明還提供了制備如上所述的一種低溫?zé)Y(jié)抗氧化金粉的方法，包括以下步驟：

6、(1)使用有機(jī)及無(wú)機(jī)前驅(qū)體在一定的溶劑中溶解得到透明的pbo-bi2o3-sio2-cuo玻璃溶膠。

7、(2)將粒徑為0.5～2微米的金粉分散于水或乙醇中，滴加上述pbo-bi2o3-sio2-cuo玻璃溶膠，金質(zhì)量為pbo-bi2o3-sio2-cuo玻璃溶膠中所含玻璃質(zhì)量的7-49倍。在空氣氣氛下不斷攪拌加熱去除溶劑，得到pbo-bi2o3-sio2-cuo玻璃包覆的金粉。

8、(3)將上述獲得的pbo-bi2o3-sio2-cuo玻璃包覆金粉在200-500℃煅燒2-4小時(shí)以去除凝膠中殘留的溶劑以及前驅(qū)體分解產(chǎn)物，并使pbo-bi2o3-sio2-cuo玻璃凝膠完全致密化形成玻璃態(tài)物質(zhì)。冷卻后獲得pbo-bi2o3-sio2-cuo玻璃包覆金粉，其中pbo-bi2o3-sio2-cuo玻璃質(zhì)量為煅燒后pbo-bi2o3-sio2-cuo玻璃包覆金質(zhì)量占比的2-12％。

9、(4)具體步驟包括將上述pbo-bi2o3-sio2-cuo玻璃包覆金粉和有機(jī)粘結(jié)劑混合，其中pbo-bi2o3-sio2-cuo玻璃包覆金粉質(zhì)量比為80％～97％，有機(jī)粘結(jié)劑質(zhì)量比為3～20％。

10、(5)所制備的上述金漿可涂敷在基板上，厚度在20-150微米在空氣氣氛中升溫至400-600℃，恒溫1-2小時(shí)，再升溫至650-850℃煅燒1-4小時(shí)，獲得金電極。其中基板包括陶瓷、玻璃、硅等。使用四探針電阻儀可測(cè)定所制備的金電極的方阻。

11、發(fā)明原理：

12、本發(fā)明制備的制備耗能低、與金粉分布更均勻且能與基板產(chǎn)生較高粘附力金粉是核殼結(jié)構(gòu)的粉體，其包覆層由pbo-bi2o3-sio2-cuo玻璃組成。通過(guò)溶膠凝膠法制備以及熱處理后構(gòu)成了致密的包覆層。

13、其中，玻璃包覆層在燒結(jié)過(guò)程中能軟化形成液相，潤(rùn)濕金粉與基板，使得燒結(jié)后的金膜與氧化鋁基板產(chǎn)生良好的結(jié)合力。

14、本發(fā)明的玻璃包覆金粉在鉛鉍硅玻璃體系中，為了增加玻璃與基板的潤(rùn)濕、增強(qiáng)玻璃與基板的粘附力，加入氧化銅。

15、本發(fā)明中制備的金漿能夠與基板共燒形成致密的導(dǎo)電圖案，與基板產(chǎn)生較強(qiáng)的結(jié)合力。金電極經(jīng)過(guò)燒結(jié)后其內(nèi)應(yīng)力分布均勻且適中，方阻小，耐焊性強(qiáng)。加熱老化、加速壽命等可靠性測(cè)試合格率高。

16、有益效果：

17、本發(fā)明制備的玻璃包覆金粉是核殼結(jié)構(gòu)的粉體，其包覆層由pbo-bi2o3-sio2-cuo玻璃組成。其中包覆層可以提高玻璃與金粉分布的均勻性，并與基板產(chǎn)生較強(qiáng)的粘附力。

18、玻璃包覆層能夠改善金粉與玻璃分布不均勻的現(xiàn)象，可以有效避免因玻璃團(tuán)聚造成的導(dǎo)電通路不連續(xù)使得器件性能下降，此外，燒結(jié)過(guò)程中玻璃熔融為液相后與金粉體的接觸更加均勻，促進(jìn)了金粉的燒結(jié)。玻璃體系中加入氧化銅，不僅促進(jìn)了玻璃與金顆粒的潤(rùn)濕，也增強(qiáng)了玻璃與基板的潤(rùn)濕，增強(qiáng)了金電極與基板的結(jié)合。

19、本發(fā)明的制備成本較低，工藝簡(jiǎn)便。