一種鎳包覆銅金屬粉體及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新材料領(lǐng)域，具體涉及一種鎳包覆銅金屬粉體及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)電漿料是發(fā)展電子元器件的基礎(chǔ)，是封裝、電極和互聯(lián)的關(guān)鍵材料，是集冶金、化工、電子技術(shù)于一體的一種高技術(shù)電子功能材料，主要用于制造厚膜集成電路、敏感元件、電容器、電位器、太陽能電池、LED、汽車玻璃等電子行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。
[0003]導(dǎo)電漿料中的導(dǎo)電成份一般由石墨粉體、金、銀、銅、鈀、鉬、釕的粉體構(gòu)成。從性能上比較金屬粉體的導(dǎo)電性較好，碳粉次之；金、鉑的穩(wěn)定性最好，銀、銅的導(dǎo)電性最好，銅的穩(wěn)定性差，容易氧化。銀粉在價(jià)格和性質(zhì)上較為均衡，所以應(yīng)用廣泛。
[0004]一般導(dǎo)電漿料多為貴金屬銀組成，銀具有良好的導(dǎo)電性，且不易被氧化，但是其價(jià)格仍然相對(duì)較高，且在電場作用下會(huì)發(fā)生電迀移。所以，目前研宄的重點(diǎn)是在不影響其電性能的情況下開發(fā)低成本導(dǎo)電粉體。銅具有較高電導(dǎo)率和較好的抗電迀移能力，作為互連線金屬廣泛應(yīng)用于先進(jìn)的超大規(guī)模集成電路中。但是它比較容易氧化，其表面通常有一層氧化膜。如果把Cu添加到導(dǎo)電漿料中經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)時(shí)，Cu就更容易氧化，這樣勢必影響導(dǎo)電漿料的導(dǎo)電性能。
[0005]為了防止銅粉導(dǎo)電漿料在燒結(jié)過程中氧化，需要在燒結(jié)過程中采用氮?dú)饣虬睔庾鳛楣に嚤Ｗo(hù)氣體，或是在燒結(jié)之后進(jìn)行還原工藝。為了提高銅粉的抗氧化性，提出了在銅粉表面包裹銀粉，來作為導(dǎo)電漿料中的導(dǎo)電組分。這種銀包覆銅粉漿料的方案，只在一定程度上提高了漿料的抗氧化性，降低了生產(chǎn)成本。本發(fā)明利用的鎳包覆銅粉體導(dǎo)電漿料，具有接近銀粉導(dǎo)電漿料的優(yōu)良導(dǎo)電性能，但在抗氧化性腐蝕，特別是抗硫化腐蝕方面比銀粉導(dǎo)電漿料和銀包覆銅導(dǎo)電漿料更佳，制造成本也比二者更有優(yōu)勢。且鎳在燒結(jié)時(shí)與硅形成鎳一硅合金，提高了銅柵線在太陽能電池上的附著力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種鎳包覆銅金屬粉體及其制備方法和應(yīng)用。這種鎳包覆銅金屬粉體結(jié)合了銅元素的高電導(dǎo)率和鎳元素的耐化學(xué)腐蝕特性，其制備的導(dǎo)電漿料具有接近銅導(dǎo)電漿料和銀導(dǎo)電漿料的導(dǎo)電優(yōu)良特性，同時(shí)在抗氧化和硫化腐蝕方面明顯優(yōu)于二者，而成本只有銀導(dǎo)電漿料的百分之一，具有絕對(duì)的價(jià)格優(yōu)勢。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種鎳包覆銅金屬粉體的形狀為近球形、片狀或棒狀，尺寸為0.1-30微米。
[0008]鎳包覆層的厚度為0.01?10微米。
[0009]利用化學(xué)鍍的方式在銅粉體表面沉積金屬鎳包覆層，包括以下步驟:
(1)將銅粉體均勻分散于水中；
(2)加入鎳的可溶性鹽或可溶性絡(luò)合物鹽溶液；
(3)再加入還原劑肼溶液，攪拌反應(yīng)； (4)過濾，在氫氣或氮?dú)獾谋Ｗo(hù)氛圍中烘干。
[0010]步驟(I)中加入聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、硬脂酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的一種或多種。
[0011]利用化學(xué)鍍的方式在銅粉體表面沉積金屬鎳的氫氧化物或氧化物的包覆層，然后經(jīng)過加熱還原為金屬鎳包覆層，包括以下步驟:
(1)將銅粉體均勻分散于水中；
(2)加入鎳的可溶性鹽或可溶性絡(luò)合物鹽溶液；
(3)加入氫氧化鉀、氫氧化鈉、氨水或尿素，調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為堿性，攪拌反應(yīng)；
(4)過濾、用純水清洗，在含5%氫氣的氮?dú)饣虬睔獾谋Ｗo(hù)氛圍中，300°C還原烘干。
[0012]步驟(I)中加入聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、硬脂酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的一種或多種。
[0013]所述的鎳包覆銅金屬粉體作為導(dǎo)電漿料的導(dǎo)電成份。
[0014]導(dǎo)電楽料中各組分的重量份數(shù)為:導(dǎo)電成份50?90份、玻璃粉體I?15份、有機(jī)載體10?40份；所述的導(dǎo)電成份為鎳包覆銅金屬粉體或鎳包覆銅金屬粉體與銀粉的混合物，混合物中鎳包覆銅金屬粉體的重量百分?jǐn)?shù)為1_99%。
[0015]所述的有機(jī)載體中各組分的重量份數(shù)為:松油醇30-70份、丁基卡必醇5-15份、丁基卡必醇醋酸酯5-10份、乙基纖維素2-15份和山梨醇酐硬脂酸酯5份，合計(jì)100份；所述的玻璃粉體中各組分的重量份數(shù)為:Bi203 20-60份、B2O3 5-20份、NaF 1-2份、S12 10-30份、ZnO 5-15份、T12 1-10份和P2O5 1-5份，合計(jì)100份；將各組分混合均勻后軋至細(xì)度彡10 μ m，粘度為 20-200Pa.s。
[0016]本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于:鎳包覆銅金屬粉體結(jié)合了銅元素的高電導(dǎo)率和鎳元素的耐化學(xué)腐蝕特性，其制備的導(dǎo)電漿料具有接近銅導(dǎo)電漿料和銀導(dǎo)電漿料的導(dǎo)電優(yōu)良特性，同時(shí)在抗氧化和硫化腐蝕方面明顯優(yōu)于二者(圖1)，而成本只有銀導(dǎo)電漿料的百分之一，具有絕對(duì)的價(jià)格優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0017]圖1分別表示了銅漿料、銀漿料、含鎳30%的鎳包覆銅漿料和含鎳10%的鎳包覆銅漿料，在80°C的鹽霧腐蝕試驗(yàn)中的歸一化電阻變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1
鎳包覆銅粉體作為導(dǎo)電組分的導(dǎo)電漿料。其組分和制備過程如下:
(I)制取鎳包覆銅粉體:首先，向20?80°C的含聚乙烯吡咯烷酮(質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%)和聚乙二醇(質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%)的水溶液中加入平均粒徑5微米的球形銅粉，使其達(dá)到60g/L，均勻攪拌，將銅粉體分散于水溶液中。
[0019]0.4M的Ni (NO3) 2的水溶液、30%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的肼水溶液和上述銅粉溶液按1:1:8的比例混合，均勻攪拌，并加熱至120°C。
[0020]將上述混合溶液在120°C反應(yīng)30分鐘，則在銅粉體表面包覆鎳。
[0021]過濾粉體并用純水清洗，最后在氮?dú)獗Ｗo(hù)氛圍中，150°C下烘干，形成鎳包覆銅粉體。
[0022](2)按以下組分及重量含量準(zhǔn)備原料，鎳包覆銅粉體60份、有機(jī)粘合劑28份和玻璃粉體12份；所述鎳包覆銅粉體尺寸I?5微米的球形。所述有機(jī)載體組分及重量含量如下:松油醇45份、丁基卡必醇2份、丁基卡必醇醋酸酯3份、乙基纖維素5份和山梨醇酐硬脂酸酯5份；所述玻璃粉原料組分及重量含量如下，Bi203:40份、B 203:10份、S1 2:5份、ZnO:5 份、T12:1 份、NaF:1 份、P 205:2 份。