[发明专利]银粒子及其制备方法

说明书

发明领域

本发明涉及具有独特表面形态的银粒子以及它们的制造方法。这些银粒子在电子应用中尤其适用。

发明背景

银粉在电子元件行业中用于导体厚膜浆料的制造。将厚膜浆料丝网印刷到基板上，形成导电电路图面。然后对这些电路进行干燥和焙烧以使液态有机载体挥发并烧结银粒子。

印刷电路技术需要更致密和更精密的电子电路。为达到这些要求，导线宽度已越来越小，且导线间的距离也越来越小。形成致密的、紧密填装的细导线所必需的银粉粒子必须尽可能接近颗粒单分散的紧密堆积的球体。大多数现有球形粒子具有光滑表面。使用由此类粒子构成的粉末导致烧结时宽容度有限。

目前用于制造金属粉末的许多方法都可用于制备银粉。例如，热分解方法、电化学方法、诸如雾化或铣削的物理方法、以及化学还原方法都可以使用。热分解方法多用于制备海绵状、团聚的且多孔的粉末，而电化学方法则用于制备结晶的和粒度非常大的粉末。物理方法通常用于制备片状材料或非常大的球形粒子。化学沉淀方法制备在系列大小和形状范围内的银粉。

用于电子元件应用的银粉通常使用化学沉淀方法制造。通过化学还原制备银粉，其中银的可溶性盐的水溶液与适当的还原剂在银粉能够沉淀的条件下反应。包括肼、亚硫酸盐和甲酸盐的无机还原剂可制备尺寸非常粗大，形状不规则并且因团聚导致大范围粒度分布的粉末。诸如醇、糖或醛之类的有机还原剂与碱金属氢氧化物一起用于还原硝酸银。此类还原反应非常快；很难控制，并且得到的粉末被残留的碱金属离子污染。虽然这些粉末的粒度很小（<1μm），但它们往往具有不规则的形状以及大范围的粒度分布，因而堆积效果不佳。这类银粉的烧结很难控制，并且它们无法提供厚膜导体电路中所需的足够线分辨率。

因此，有必要制备具有更易于烧结的形态的粒子以及方便制备这类粒子的方法。

发明概述

本发明提供包含球形银粒子的银粉，每个银粒子包含尺寸为20-200nm的集聚形成开放式结构表面的非球形银组分，其中d₅₀粒度为约2.5μm至约6μm。进一步提供银粉，其中所述多数球形银粒子还包含一个或多个银片，所述银片具有100-2000nm的横向尺寸并附着到所述多数球形银粒子中的每一个。

还提供制备包含球形银粒子的银粉的方法，所述方法包括：

(a)制备银盐的酸性水溶液，其包含溶解在去离子水中的水溶性银盐；

(b)制备酸性还原及表面形态改性剂的溶液，其包含：

(i)还原剂，其选自溶解于去离子水中的抗坏血酸、抗坏血酸盐以及它们的混合物；

(ii)硝酸；

(iii)第一表面形态改性剂，其选自柠檬酸、柠檬酸盐以及它们的混合物；以及

(iv)第二表面形态改性剂，其选自作为Cu²⁺源的水溶性铜化合物；

(c)将银盐的酸性水溶液和酸性还原及表面形态改性剂水溶液保持在相同温度下，其中温度在约20℃至约65℃的范围内，同时搅拌每一个溶液；以及

(d)在不搅拌情况下，用小于10秒的时间将所述银盐的酸性水溶液和酸性还原及表面形态改性剂溶液混合制得反应混合物，将反应混合物维持在(c)的温度下并且在3至7分钟后搅拌反应混合物2至5分钟，在最终水溶液中制成银粉粒子。

还提供了上述方法，其进一步包括：

(e)从最终水溶液中分离银粉粒子；

(f)用去离子水清洗银粉粒子；以及

(g)干燥银粉粒子。

上述酸性还原及表面形态改性剂的溶液可任选地包含一种分散剂。

附图概述

图1为实施例1制备的银粉放大10,000倍的扫描电镜图像，并且包含球形银粒子，每个银粒子包含尺寸为20-200nm的集聚形成开放式结构表面的非球形银组分。所述多数球形银粒子还包含一个或多个银片，所述银片具有100-2000nm的横向尺寸并附着到所述多数球形银粒子中的每一个。d₅₀粒度是2.9μm。

图2为比较实验1制备的银粉放大10,000倍的扫描电镜图像，表明不使用第二表面形态改性剂时，银组分尺寸较大并且不存在附着到银粒子的银片。

发明详述