Was ist Silberpaste?
Silberpaste ist ein leitfähiger Klebstoff, der aus in Harz dispergierten Silberpartikeln besteht.
Lötmittel werden als leitende Klebemethode verwendet, aber beim Löten muss die Temperatur auf fast 250 °C erhöht werden, und die zu verklebenden Harzteile werden durch die Hitze wahrscheinlich beschädigt.
Silberpaste hingegen kann bei Temperaturen von nur 100 °C gesintert werden, was die Beschädigung des Materials verringert. Sie wird häufig zum Leiten und Befestigen von elektronischen Bauteilen, wie z. B. Kondensatoren, auf dem darunter liegenden Substrat verwendet.
Verwendungsmöglichkeiten von Silberpaste
Silberpaste kann bei niedrigen Temperaturen gesintert werden und wird häufig für Leiterplatten elektronischer Geräte, Anzeigeelektroden und piezoelektrische Bauteile verwendet. In den letzten Jahren hat die Nachfrage nach flexiblen Leiterplatten zugenommen, und Silberpaste wird zur Herstellung von Leitungen auf Harzfilm verwendet. Die Herstellung von Leiterplatten ist kostengünstiger als das Laminieren von Kupferfolie.
Bei Farbstoffsolarzellen, die als nächste Generation von Solarzellen Aufmerksamkeit erregen, wird die Verdrahtung mit Silberpaste auf Glas hergestellt, um die Leitfähigkeit des transparenten, leitfähigen Glases weiter zu verbessern.
Das Prinzip der Silberpaste
Silberpaste ist eine Methode zur Erzielung von Leitfähigkeit durch eine Aushärtungsreaktion, die durch Erhitzen eines Harzes hervorgerufen wird, um die enthaltenen Silberpartikel miteinander in Kontakt zu bringen.
1. Harz
Das für Silberpaste verwendete Harz basiert hauptsächlich auf Epoxidharz, und die Beziehung zwischen seiner Struktur und seinen Eigenschaften wurde analysiert, und auch die Entwicklung von Aushärtungsmitteln wurde vorangetrieben. Die Aushärtungsreaktion von Epoxidharzen erfolgt durch eine Polymerisationsreaktion zwischen dem Epoxid und dem Härter, wodurch eine starke dreidimensionale Bindungsstruktur entsteht.
Bei der Verwendung von Aminen als Härter läuft die Polymerisation durch die Reaktion zwischen Aminen und Epoxidgruppen oder zwischen Aminogruppen und Hydroxylgruppen ab. Der anfänglich flüssige Zustand geht bei Erwärmung in einen gelartigen Zustand über, der nach einer gewissen Zeit in einen gummiartigen und schließlich in einen glasartigen Zustand übergeht.
Die Reihe der Härtungsreaktionen endet, wenn der Übergang zum Glas abgeschlossen ist. Die Temperatur, bei der der Übergang in den Glaszustand erfolgt, wird als Glasübergangstemperatur bezeichnet.
2. Silberpartikel
Als leitender Mechanismus kommen mikrometergroße Silberpartikel miteinander in Kontakt und werden von Strom durchflossen. Um eine gute elektrische Verbindung zwischen den Partikeln zu gewährleisten, werden in der Regel flache, plättchenförmige Silberpartikel anstelle von kugelförmigen Partikeln verwendet.
Beim Erhitzen werden die Silberpartikel in die dreidimensionalen molekularen Strukturveränderungen des Epoxidharzes eingebaut. Beim Erhitzen zieht sich das gesamte Material beim Aushärten zusammen, so dass die Silberpartikel miteinander in Kontakt kommen und so Leitfähigkeit erlangen. Neben den Silberpartikeln gibt es auch Gold- und Nickelpasten.
Arten von Silberpasten
Es gibt viele verschiedene Arten von Klebstoffharzen und leitfähigen Partikeln, die miteinander vermischt werden können, und es wurde eine große Vielfalt an leitfähigen Klebstoffen entwickelt und auf dem Markt verkauft. Bei der Auswahl müssen Leistung, Anwendung, Kosten und Verwendung berücksichtigt werden.
Zu den verwendeten Harzen gehören Epoxid-, Phenol-, Acryl-, Urethan- und silikonbasierte Harze. Für die Verbindung von elektronischen Bauteilen sind hitzereaktionshärtende Epoxidsysteme am gebräuchlichsten.
Epoxidklebstoffe zeichnen sich durch eine ausgezeichnete Haftfestigkeit an Metallen, eine hohe Wärmebeständigkeit und eine geringe Volumenschrumpfung beim Aushärten aus. Andererseits werden Silberleitpartikel häufig als leitende Partikel verwendet. Silber ist aufgrund seiner stabilen Leitfähigkeit, Oxidationsbeständigkeit, guten Lagerstabilität und hohen Wärmeleitfähigkeit in elektronischen Materialien weit verbreitet.
Für Silberleitpartikel werden kugelförmige oder schuppenförmige Partikel verwendet, und je nach Größe der Partikel und der Menge des Silbers in der Mischung gibt es verschiedene Typen, die von der Leistung abhängen.
Weitere Informationen über Silberpasten
Wärmeleitfähigkeit von Silberpaste
Die Wärmeleitfähigkeit von Silber allein ist mit 429 W/mK sehr hoch, aber das verwendete Harz hat nur einen Wert von 1 W/mK, so dass die Gesamtwärmeleitfähigkeit von Silberpasten auf Epoxidharzbasis bei etwa 30 – 50 W/mK liegt. Um diese Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen, muss der Gehalt an Silberpartikeln erhöht werden. Dadurch verringert sich jedoch der Harzanteil, was zu einer erheblichen Verringerung der Klebkraft führt, und auch die Herstellungskosten sind ein Problem.
Wenn die durchschnittliche Teilchengröße der Silberpartikel zu klein ist, treten außerdem Probleme auf, wie z. B. die Unfähigkeit, einen Wärmeleitpfad sicherzustellen, und die Schwierigkeit des Sinterns, wenn die durchschnittliche Teilchengröße der Silberpartikel zu groß ist. Daher wurden in den letzten Jahren Silberpasten mit hoher Wärmeleitfähigkeit entwickelt, in die Silber-Nanopartikel eingebracht wurden.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass Silber-Nanopartikel Silberpartikel miteinander verbinden und so zahlreiche Wege für die Wärmeleitung schaffen. Es wurden Produkte mit einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 240 W/mK hergestellt.