PET薄膜用銀包銅導(dǎo)電漿料的制備與性能分析

連福奇，蘇曉磊，劉 毅,賈 艷

(西安工程大學(xué) 材料工程學(xué)院，陜西 西安 710048)

0 引 言

導(dǎo)電漿料是集材料、電子技術(shù)、化工等一體化的基礎(chǔ)功能材料[1]，是通過(guò)有機(jī)載體(樹(shù)脂)將導(dǎo)電填料粘連在一起，形成完整導(dǎo)電通道，實(shí)現(xiàn)有機(jī)載體與導(dǎo)電填料的連接[2-3]。隨著科技的發(fā)展，導(dǎo)電漿料因具有環(huán)保、無(wú)污染、工藝簡(jiǎn)單、固化溫度低等優(yōu)點(diǎn)[4-7],而廣受歡迎，在微電導(dǎo)領(lǐng)域、導(dǎo)電漿料逐漸替代傳統(tǒng)的焊料。

目前，導(dǎo)電漿料主要以銀為導(dǎo)電填料，銀漿具有精度高、可靠性好和高導(dǎo)電性的特點(diǎn)[8-11]。但銀作為貴金屬材料，價(jià)格高，漿料的生產(chǎn)成本增加，且存在銀遷移現(xiàn)象[12-13]。作為賤金屬的銅，自身的導(dǎo)電性與銀相近，對(duì)環(huán)境友好，生產(chǎn)成本低，加工簡(jiǎn)單，但存在易氧化且氧化后導(dǎo)電性下降等問(wèn)題[14-15]。銀包銅粉作為一種新型的導(dǎo)電功能材料，具有良好晶體結(jié)構(gòu)、陣列性質(zhì)和機(jī)械性能。銀包銅粉為核殼結(jié)構(gòu)，有銅的物化性能和銀的高導(dǎo)電性及良好的抗氧化性，并具有較低的銀離子遷移，且生產(chǎn)成本低[16]。

張小敏等以硝酸銀為銀源，制備出銀含量為5%和10%的2種銀包銅粉，其中銀含量為5%的銀包銅粉為填料制備的導(dǎo)電漿料顯示出良好的耐老化性能[17]。劉金彥等以環(huán)氧樹(shù)脂為基體樹(shù)脂，聚酰胺為固化劑，鐵絡(luò)合金粉末為磁性組分，在銀包銅粉中添加石墨和鎳粉制備出磁性導(dǎo)電漿料，電阻率為0.076 Ω·m[18]。PEIGHAMBARDOUST等以環(huán)氧樹(shù)脂為基體樹(shù)脂，以銀包銅粉和石墨烯為填料制備的導(dǎo)電漿料，電阻率達(dá)0.016 Ω·cm，且具有良好的熱穩(wěn)定性[19]。盡管銀包銅導(dǎo)電漿料有許多優(yōu)點(diǎn)，但存在老化嚴(yán)重、力學(xué)性能差、體積電阻率偏大和黏結(jié)強(qiáng)度偏低等諸多問(wèn)題[20]。

聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜具有良好的力學(xué)性能、電氣性能、熱穩(wěn)定性和黏結(jié)性能，在PET薄膜上涂覆漿料能制備出性能優(yōu)異的導(dǎo)電漿料。本文以片狀銀包銅粉為導(dǎo)電填料，以聚氨酯改性丙烯酸樹(shù)脂為基體，以丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)、二甲酸酯(DBE)等為溶劑，采用熱固化工藝制備PET薄膜用銀包銅粉導(dǎo)電漿料涂層。通過(guò)金相顯微鏡、直流低電阻測(cè)試儀等對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行表征，揭示其導(dǎo)電機(jī)制。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

聚氨酯改性丙烯酸樹(shù)脂(PUA，廣州聚碳合成材料有限公司)；丙二醇甲醚醋酸酯(PMA，廣州聚碳合成材料有限公司)；二甲酸酯(DBE，廣州聚碳合成材料有限公司)；固化劑(HF-3285，廣州聚碳合成材料有限公司)；偶聯(lián)劑(KH550，山東優(yōu)索化工科技有限公司)；PET薄膜(工業(yè)級(jí)，杭州光典薄膜材料有限公司)；氫氧化鈉(NaOH，天津河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠)；銀包銅粉(銀含量20%，實(shí)驗(yàn)室自制)；片狀銀粉(廣州市銀峰金屬科技有限公司)；銅粉(分析純，北京有研新材料股份有限公司)；硝酸銀(AgNO3，98%分析純，廣州光華科技股份有限公司)；乳化劑(NP-5,天津市富宇精細(xì)化工有限公司)；二乙烯三胺五乙酸(DTPA，天津河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠)；氯化鈉(NaCl，天津河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠)；稀硫酸(H2SO4，天津河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠)，以上試劑均為分析純。

1.1.2 儀器

直流低電阻測(cè)試儀(TH2546型，常州市同惠電子有限公司)；金相顯微鏡(MR5000型，南京瑞元光學(xué)儀器有限公司)；數(shù)顯螺旋測(cè)微儀(5202型，溫州三和量具儀器有限公司)；涂層附著力自動(dòng)劃痕儀(WS-2005型，蘭州中科凱華科技開(kāi)發(fā)有限公司)；冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(Quanta-450-FFG 型，美國(guó)FEI公司)；激光粒度分析儀(Bettersize 2000B 型，丹東百特儀器有限公司)。

1.1.3 導(dǎo)電漿料的配比 銀包銅導(dǎo)電漿料中有機(jī)載體由質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為PUA∶DBE∶PMA=10∶7∶3組成，導(dǎo)電漿料中有機(jī)載體與填料的配比如表1所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)加入固化劑，固化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為有機(jī)載體的3%。

表 1 有機(jī)載體與銀包銅粉的質(zhì)量比

1.2 制備工藝

1.2.1 銀包銅粉制備

1) 球磨：將粒徑為63 μm的樹(shù)枝狀銅粉進(jìn)行球磨，制備實(shí)驗(yàn)用的片狀銅粉。

2) 酸洗：稱取30 g球磨后的片狀銅粉放于燒杯中，加入少量5%稀硫酸并進(jìn)行超聲分散。超聲清洗同時(shí)進(jìn)行機(jī)械攪拌，確保銅粉表面的氧化物酸洗充分。待超聲清洗結(jié)束后，用去離子水徹底清洗銅粉，洗至中性備用。

3) 懸浮液：將一定量的乳化劑NP-5和螯合劑DTPA放入燒杯中，按照固液比為1∶10加入去離子水。將已處理的銅粉倒入燒杯，攪拌足夠長(zhǎng)的時(shí)間，使其充分反應(yīng)，制備銅粉懸浮液。

4) 化學(xué)鍍銀：以DTPA與硝酸銀的質(zhì)量之比為1∶2配制15 g/L硝酸銀溶液。在攪拌銅粉懸浮液的同時(shí)，緩慢滴加硝酸銀溶液；滴完后再充分反應(yīng)30 min后靜置。

5)干燥：將銀包銅粉溶液進(jìn)行抽濾，抽濾后的銀包銅粉放置于高溫干燥箱中干燥。

1.2.2 導(dǎo)電漿料制備

將DBE、HF-3285和偶聯(lián)劑KH550混合后，加入盛有PUA的燒杯中攪拌均勻制備有機(jī)載體，再與銀包銅粉混合均勻，制備資料添加少量的PMA調(diào)節(jié)漿料黏度；將漿料涂覆在PET薄膜上，在130 ℃下固化30 min，制備出銀包銅導(dǎo)電涂層，如圖1所示。在制備銀包銅導(dǎo)電漿料的同時(shí)，按照銀包銅粉導(dǎo)電漿料的配比制備出銀粉導(dǎo)電漿料。以便在后續(xù)測(cè)試過(guò)程與結(jié)果分析中，將銀粉導(dǎo)電漿料與銀包銅導(dǎo)電漿料相關(guān)性能進(jìn)行對(duì)比，更好說(shuō)明制備出的銀包銅粉導(dǎo)電漿料自身所具有的優(yōu)勢(shì)。

圖 1 銀包銅導(dǎo)電漿料的工藝流程Fig.1 Process of Ag/Cu conductive paste

1.3 性能測(cè)試與表征

1) 導(dǎo)電性能：將漿料制成3.0 cm×2.0 cm×0.005 cm的涂層，采用直流低電阻測(cè)試儀測(cè)量電阻值，然后利用式(1)、(2)計(jì)算電阻率及電導(dǎo)率,即

ρ=RS/L

(1)

σ=1/ρ=L/RS

(2)

式中：ρ為表面的電阻率，Ω·cm；σ為表面的電導(dǎo)率，S·cm-1；R為直流低電阻測(cè)試儀所測(cè)的電阻值，Ω；L為涂層長(zhǎng)度，cm；S為涂層截面面積，cm2。

2) 腐蝕性能：將涂層浸泡在不同的環(huán)境中腐蝕168 h，之后將涂層表面用濾紙吸干，使用金相顯微鏡觀察腐蝕后的微觀樣貌，用直流低電阻測(cè)試儀測(cè)量腐蝕后的電阻值，然后用式(1)計(jì)算腐蝕后電阻率。

3) 抗彎折性能：將漿料制成3.0 cm×2.0 cm×0.005 cm涂層，將導(dǎo)電涂層正向(導(dǎo)電的一面向外)貼合在直徑為8 mm的圓柱狀物體上，測(cè)試涂層電阻值。涂層每彎折10次測(cè)試電阻一次，共彎折50次。之后利用式(1)和式(3)計(jì)算每10次彎折后涂層的方阻，即

Rs=ρ∕t

(3)

式中：Rs為體積電阻值即方阻，Ω/□；ρ為表面的電阻率，Ω·cm；t為涂層厚度，cm。

2 結(jié)果與討論

2.1 導(dǎo)電填料與基體樹(shù)脂

聚氨酯樹(shù)脂是一種綜合性能優(yōu)異的樹(shù)脂，具有良好的力學(xué)性能、優(yōu)異的耐磨性且強(qiáng)度高[21-22]，但其耐熱性差、附著力低。改性后的樹(shù)脂耐磨性和力學(xué)性能好，且強(qiáng)度高、附著力高，故以聚胺脂改性丙烯酸樹(shù)脂為基體樹(shù)脂。

2.1.1 導(dǎo)電填料SEM分析

對(duì)自制的銀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的銀包銅粉導(dǎo)電填料進(jìn)行SEM分析，其微觀形貌如圖2所示。

圖 2 自制銀包銅粉SEM圖Fig.2 SEM image of homemade Ag/Cu powder

從圖2中可以觀察到，自制的銀包銅粉形貌為片層狀結(jié)構(gòu)，分散性良好，粉體無(wú)團(tuán)聚。采用激光粒度分析儀測(cè)得平均粒徑D50為10.18 μm。

2.1.2 能譜儀分析

能譜儀(EDS)一般與掃描電子顯微鏡配套使用，可同時(shí)測(cè)量和分析樣品粉末的微觀形態(tài)和組成元素。實(shí)驗(yàn)中對(duì)不同類型導(dǎo)電漿料所使用填料進(jìn)行成分組成中的元素種類與含量分析。圖3為不同類型導(dǎo)電漿料所使用的填料EDS圖。

(a) 銀粉 (b) 銅粉 (c) 銀包銅粉圖 3 銀粉、銅粉和銀包銅粉的EDS圖Fig.3 EDS diagrams of Ag powder，Cu powder and Ag/Cu powder

圖3(a)為銀粉EDS圖，其能量峰高且狹窄，說(shuō)明制備的銀粉純度高，無(wú)其他雜質(zhì)元素。圖3(b)為銅粉EDS圖，其能量峰高且尖銳，說(shuō)明銅粉純度高，無(wú)摻雜其他元素。圖3(c)為銀包銅粉EDS圖，其中Ag元素含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為21.63%，而Cu元素含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為78.37%?？梢钥闯鯟u能量峰的強(qiáng)度高，Ag能量峰強(qiáng)度較低。各個(gè)峰高且狹窄，說(shuō)明制備的銀包銅粉純度高。由圖3(c)可知，該區(qū)域中銀包銅粉的銀含量檢測(cè)值高于理論值。銀包銅粉是在銅粉表面上包覆一定厚度的銀鍍層，制備出的銀包銅粉為核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合粉末。在銀包銅粉經(jīng)過(guò)干燥后稱得質(zhì)量為35.6 g，可以計(jì)算出銀包銅粉的包覆率為18.7%。

2.2 導(dǎo)電漿料的SEM分析

圖4為不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)導(dǎo)電填料制備的銀包銅導(dǎo)電漿料固化涂層的SEM圖。

(a) 60% (b) 65% (c) 70%

由于填料之間相互接觸形成導(dǎo)電通路，使得漿料具有導(dǎo)電性能，導(dǎo)電填料的界面接觸是影響漿料電阻率的關(guān)鍵因素。然而漿料的電阻變化是不連續(xù)的，當(dāng)填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到某個(gè)臨界值，導(dǎo)電粒子之間的界面接觸使其能夠形成完整的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)電漿料將會(huì)發(fā)生突變，使其由半導(dǎo)體變?yōu)閷?dǎo)體。此時(shí)，漿料電阻率發(fā)生突變的臨界值稱為“逾滲、閾值”[23-24]。圖4(a)中，SEM圖顯示其相貌多為片狀糊狀，導(dǎo)電顆粒相對(duì)較少，在固化時(shí)導(dǎo)電漿料發(fā)生收縮，說(shuō)明涂層中存在過(guò)多的樹(shù)脂。圖4(b)中，銀包銅粉稀疏分布在基體樹(shù)脂中，分布不均勻，導(dǎo)電顆粒含量相對(duì)增多，能形成更多的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)或?qū)щ娡?，?dǎo)電能力增加。圖4(c)中，導(dǎo)電填料在漿料固化后的涂層中分布較為均勻，較容易形成相對(duì)完整的導(dǎo)電通路。從圖4(d)可以觀察到，涂層內(nèi)部導(dǎo)電顆粒分布均勻，成分比例達(dá)到最佳，填料含量達(dá)到逾滲閾值，在涂層內(nèi)部形成完整的導(dǎo)電通路，同時(shí)電阻率達(dá)到最低值。圖4(e)中，涂層內(nèi)部導(dǎo)電顆粒分布密集，出現(xiàn)顆粒堆積和團(tuán)聚現(xiàn)象。原因是涂層中導(dǎo)電填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)逾滲閾值，有機(jī)載體質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)少；在固化時(shí)導(dǎo)電漿料會(huì)發(fā)生收縮，基體樹(shù)脂無(wú)法將導(dǎo)電填料有效地連接起來(lái)，電阻率略有上升。

2.3 導(dǎo)電填料含量對(duì)電阻率的影響

用直流低電阻儀、數(shù)顯螺旋測(cè)微儀測(cè)定導(dǎo)電涂層電阻值和膜厚，探討不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的銀包銅粉與導(dǎo)電漿料電阻率的關(guān)系，并測(cè)試所獲得的導(dǎo)電涂層導(dǎo)電性能，結(jié)果如圖5所示。

圖 5 導(dǎo)電填料含量對(duì)導(dǎo)電漿料電阻率 與電導(dǎo)率的影響Fig.5 Effect of conductive filler content on resistivity and conductivity of conductive paste

由圖5可以看出：導(dǎo)電漿料電阻率隨銀包銅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)；電導(dǎo)率隨著銀包銅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì)。當(dāng)銀包銅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%，導(dǎo)電漿料電阻率最低，為1.50×10-3Ω·cm；電導(dǎo)率達(dá)到最大值，為6.67×102S·cm-1。此時(shí)，填料含量達(dá)到逾滲閾值，在涂層內(nèi)部形成完整導(dǎo)電通路。對(duì)于純銀粉填料而言，當(dāng)銀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%時(shí)，已知導(dǎo)電漿料的電阻率為1.06×10-3Ω·cm。可見(jiàn)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%的銀包銅導(dǎo)電漿料，與純銀粉導(dǎo)電漿料相比，其導(dǎo)電性能較為接近。結(jié)合導(dǎo)電漿料的SEM圖可知，隨著填料含量的增加，漿料黏度也隨之增加，在涂層內(nèi)部逐漸形成完整的導(dǎo)電通道。然而當(dāng)銀包銅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%時(shí)，填料含量超過(guò)逾滲閾值，導(dǎo)電顆粒在漿料內(nèi)發(fā)生團(tuán)聚。漿料在固化時(shí)，導(dǎo)電漿料會(huì)發(fā)生收縮，基體樹(shù)脂無(wú)法將填料有效連接，在涂層內(nèi)部無(wú)法形成完善的導(dǎo)電通路，涂層電阻率反而有所上升。

2.4 導(dǎo)電填料含量對(duì)涂層結(jié)合力的影響

2.4.1 導(dǎo)電涂層結(jié)合力分析

采用涂層附著力自動(dòng)劃痕儀，對(duì)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的銀包銅導(dǎo)電漿料固化后的涂層進(jìn)行附著力測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

(a) 60%

從圖6(a)～(e)可見(jiàn)，導(dǎo)電漿料與PET薄膜基底之間的結(jié)合力分別為22.50、22.00、20.75、22.55、9.65 N。圖6(a)～(e)中，當(dāng)動(dòng)態(tài)載荷分別達(dá)到N1、N2、N3時(shí)，涂層開(kāi)始出現(xiàn)脫落、組織滑移，繼續(xù)增加載荷，涂層表面不斷脫落，涂層功能失效。當(dāng)荷載繼續(xù)增加到一定程度時(shí)，摩擦力會(huì)再次出現(xiàn)驟降。原因是漿料與基底之間的結(jié)合力較低，在劃動(dòng)過(guò)程涂層中的組織發(fā)生擠壓堆積再脫落。圖6(d)中,當(dāng)載荷達(dá)到N4=22.55 N時(shí)，摩擦力出現(xiàn)波動(dòng)。原因是填料在樹(shù)脂基體內(nèi)分布不均勻，固化后在涂層內(nèi)部分布也不均勻，故當(dāng)劃痕針滑動(dòng)時(shí)，摩擦力會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，隨后恢復(fù)正常。填料含量適中時(shí)，樹(shù)脂黏度較大，填料與界面之間無(wú)間隙，界面相容性好，當(dāng)涂層的結(jié)合力最大，漿料與基底結(jié)合最好。圖6(e)中，當(dāng)載荷N5達(dá)到9.65 N時(shí)，摩擦力不斷出現(xiàn)波動(dòng)。原因是填料含量過(guò)大，漿料黏度也增加，填料在涂層內(nèi)部出現(xiàn)團(tuán)聚，與基底之間的界面出現(xiàn)間隙，界面相容性差，起黏附作用的樹(shù)脂含量減少，漿料內(nèi)部填料之間結(jié)合力降低。故過(guò)多的填料反而會(huì)造成導(dǎo)電涂層附著力下降。

2.4.2 導(dǎo)電涂層表面劃痕分析

測(cè)試銀包銅導(dǎo)電漿料涂層附著力時(shí)，涂層附著力自動(dòng)劃痕儀在導(dǎo)電涂層表面劃過(guò)會(huì)留下痕跡，如圖7所示。

(a) 60% (b) 65% (c) 70%

采用金相顯微鏡采集劃痕儀在導(dǎo)電涂層表面留下的劃痕形貌。當(dāng)劃痕負(fù)載達(dá)到涂層承受的極限時(shí)，涂層從PET薄膜基底發(fā)生剝落或者脫落，劃痕的樣貌會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)的荷載成為臨界荷載。從圖7可以觀察到：隨著施加荷載的增加，劃痕針在涂層表面造成的劃痕逐漸加深；當(dāng)施加荷載達(dá)到涂層的臨界荷載時(shí)，涂層表面劃痕深度達(dá)到最大值，涂層與PET薄膜基底發(fā)生脫落或剝落，涂層功能失效。圖7(a)～(e)中，劃痕整齊無(wú)毛刺和脫落現(xiàn)象出現(xiàn)，劃痕末端無(wú)基底露出。銀包銅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的導(dǎo)電漿料固化后涂層的結(jié)合力為9.65 N，劃痕針在涂層表面留下劃痕的深度較淺，涂層的機(jī)械性能較差，漿料固化后的涂層與基底之間結(jié)合強(qiáng)度較低。

2.5 導(dǎo)電涂層腐蝕性能

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)導(dǎo)電填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%時(shí)，導(dǎo)電涂層各項(xiàng)性能均為最優(yōu)，故在浸泡腐蝕實(shí)驗(yàn)中選用導(dǎo)電填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%的導(dǎo)電涂層。將其分別浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.5% NaCl、濃度均為1 mol/L H2SO4和NaOH中，室溫下放置168 h后，取出樣品，用濾紙吸干表面的水分，觀察涂層表面是否出現(xiàn)脫落、起皺等現(xiàn)象。使用金相顯微鏡觀察涂層在不同環(huán)境中浸泡腐蝕后的表面形貌，結(jié)果如圖8所示。

(a) 未腐蝕 (b) 3.5% NaCl

(c) 1 mol/L H2SO4 (d) 1 mol/L NaOH圖 8 導(dǎo)電涂層在不同環(huán)境浸泡腐蝕后的 金相顯微圖Fig.8 Metallurgical photos of conductive coatings after corrosion in different environments

涂層本身結(jié)構(gòu)有許多微小的缺陷。在漿料固化時(shí)，基體樹(shù)脂在固化時(shí)發(fā)生收縮，由于固化時(shí)溶劑揮發(fā)，使得涂層內(nèi)部存在諸多的微觀缺陷，如填料密度分布不均勻，會(huì)出現(xiàn)微孔和裂紋縫隙等。涂層表面劃傷等稱為宏觀缺陷，也是不可避免的。這些宏觀或微觀缺陷為腐蝕介質(zhì)的滲透提供通道。從圖8中可以觀察到：樣品在1 mol/L H2SO4中,涂層顏色略微改變成灰色，無(wú)脫落出現(xiàn)，部分區(qū)域出現(xiàn)少量的孔洞；樣品在1 mol/L NaOH中，涂層表面出現(xiàn)大量的孔洞、坑窩等表面缺陷；樣品在3.5 % NaCl中腐蝕最為嚴(yán)重，涂層表面出現(xiàn)大量的銅綠，有大量的孔洞及坑窩等表面缺陷。由于漿料在固化時(shí)樹(shù)脂發(fā)生收縮及溶劑揮發(fā)，在涂層內(nèi)部出現(xiàn)許多氣孔或縫隙。在浸泡過(guò)程中，腐蝕介質(zhì)通過(guò)這些部位滲入涂層內(nèi)部，使涂層發(fā)生腐蝕。導(dǎo)電涂層在1 mol/L H2SO4、1 mol/L NaOH、3.5 % NaCl浸泡腐蝕168 h后，電阻率分別為1.93×10-3、4.77×10-3、19.3×10-3Ω·cm，未腐蝕涂層電阻率為1.50×10-3Ω·cm。與未腐蝕涂層相比，在酸性環(huán)境中腐蝕電阻率變化最少，即銀包銅導(dǎo)電漿料涂層在酸性腐蝕環(huán)境中有良好的導(dǎo)電性能。

2.6 導(dǎo)電填料含量對(duì)抗彎折性能的影響

用直流低電阻儀、數(shù)顯螺旋測(cè)微儀測(cè)定導(dǎo)電涂層的電阻值和膜厚，探討不同含量的導(dǎo)電填料與涂層方阻、抗彎折性能的關(guān)系。將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的銀包銅導(dǎo)電漿料涂層在直徑為8 mm的圓柱狀物體上彎折不同次數(shù)，測(cè)試不同彎折次數(shù)后的電阻值，根據(jù)式(3)計(jì)算出不同彎折次數(shù)下不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的銀包銅粉導(dǎo)電漿料涂層方阻,結(jié)果如圖9所示。

圖 9 導(dǎo)電涂層方阻隨彎折次數(shù)變化Fig.9 Resistance of the conductive coating changing with the number of bending

導(dǎo)電涂層柔性力學(xué)性能主要表現(xiàn)在涂層的抗彎折性能上。導(dǎo)電涂層隨彎折次數(shù)增加而方阻變化不大，說(shuō)明涂層柔性力學(xué)性能越優(yōu)異。由圖9可以觀察到：銀包銅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%和65%時(shí)，隨著彎折次數(shù)遞增，方阻迅速增大，當(dāng)彎折次數(shù)為50次時(shí)，方阻分別為41.70 Ω/□和42.07 Ω/□；當(dāng)銀包銅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%，隨著彎折次數(shù)遞增，方阻緩慢增大，彎折次數(shù)為50次時(shí)，方阻為8.40 Ω/□；銀包銅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%和80%時(shí)，隨彎折次數(shù)遞增，方阻變化不大，彎折次數(shù)為50次時(shí)，方阻分別為1.35 Ω/□和2.46 Ω/□，其中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%銀包銅粉彎折后方阻變化最小。隨著填料含量的增加，導(dǎo)電顆粒在漿料內(nèi)部分布越發(fā)均勻，逐漸在涂層內(nèi)部形成完整的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%時(shí)，填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)逾滲閾值，填料與基底之間的界面出現(xiàn)間隙，界面相容性差，漿料與PET薄膜基材之間結(jié)合力差，彎折時(shí)涂層表面出現(xiàn)剝落；當(dāng)銀包銅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%時(shí)，涂層方阻變化最小，導(dǎo)電涂層的彎折性能最好，柔性力學(xué)性能最優(yōu)。銀粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%的導(dǎo)電漿料，初始方阻為0.212 Ω/□。隨著彎折次數(shù)的增加，涂層的方阻有所增加。當(dāng)彎折次數(shù)為50次時(shí)，涂層的方阻為0.346 Ω/□。由此可見(jiàn)，與同一質(zhì)量分?jǐn)?shù)的銀包銅漿料進(jìn)行對(duì)比，方阻變化值相差不大，即銀包銅粉導(dǎo)電涂層抗彎折性能與銀粉導(dǎo)電涂層相近。

3 結(jié) 論

1) 當(dāng)銀包銅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75 %，有機(jī)載體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%，制備的銀包銅粉導(dǎo)電漿料綜合性能達(dá)到最佳。在微電子領(lǐng)域，有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)的焊料。

2) 通過(guò)涂覆法，在PET薄膜上制備綠色環(huán)保的銀包銅導(dǎo)電涂層。在130 ℃熱固化30 min，制備出質(zhì)量分?jǐn)?shù)75%導(dǎo)電填料的銀包銅導(dǎo)電漿料涂層電阻率為1.50×10-3Ω·cm，與PET薄膜基材之間結(jié)合力為22.55 N。在模擬服役環(huán)境中，與基體相容性高且導(dǎo)電性良好。

3) 銀包銅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%的導(dǎo)電涂層，彎折50次后，涂層表面未發(fā)生脫落，與基底之間的結(jié)合強(qiáng)度高。其他性能亦無(wú)顯著變化，顯示出良好的抗彎折性能。