抗氧化高导电铜浆的制备与应用研究

作     者：郝树强 

作者单位：厦门大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑南峰;吴炳辉;姚红涛

授予年度：2020年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：铜粉 抗氧化 中试放大 铜浆 RFID 

摘      要：印刷电子技术是一种环保且低成本的电子制造技术,在传感器、RFID射频识别天线和柔性电极等领域被广泛使用,其中必不可少的原材料之一是导电浆料。目前市场上使用最多的导电浆料是银浆。虽然银具有高导电性和良好的抗氧化性,但是其价格昂贵,且存在会使电子产品失效的电子迁移问题。在众多金属中,铜的价格低,不存在电子迁移的问题,而且导电率高,因此铜浆是银浆的最佳替代品。但是,铜在空气中容易被氧化,这导致相应铜浆在应用中电阻容易逐渐升高,限制了铜浆的广泛应用。为了解决上述问题,本论文开发了一种能大量修饰商业铜粉以批量生产抗氧化铜粉的方法,用其配制了抗氧化高导电的铜浆,并拓展了该铜浆在超高频RFID(Radio Frequency Identification,射频识别)标签天线中的应用。本论文将从以下章节展开:第一章:调研铜浆的基本性质,并探讨铜浆的各个成分的重要作用。根据铜浆电阻的构成和导电原理,从而明确影响铜浆导电性的主要因素。对铜浆的抗氧化研究现状进行简要综述,最后提出本文的选题依据与研究内容。第二章:采用小分子层保护铜的方法制备抗氧化铜粉。优化该处理方法的时间和温度,得到最佳处理时间为1 h,最优处理温度为120℃。太长的处理时间和太高的处理温度都会使铜浆的电阻下降。抗氧化处理后的铜粉可以浸泡在0.1 mol/L 的NaOH水溶液中10h而不被腐蚀,可耐受住24h严酷的NaCl盐雾气氛腐蚀。这说明处理后的铜粉具有非常好的抗氧化效果。此外,还对该处理方法的中试放大工艺进行探索。研究发现重复利用剩余反应液体补加反应物的工艺.既不会产生废液,也不会影响处理后铜粉的稳定性。第三章:使用固化收缩较大的酚醛树脂制备抗氧化高导电铜浆。当树脂和铜粉的含量分别为11.11%和68.44%时,所制备的浆料导电性最好。在铜浆后处理过程中,设计了原位检测电阻实验,实验表明固化温度越高铜浆固化越快,电阻越小。当固化温度为200℃、固化时间为5 min时,所制备的铜浆方块电阻为24.94mΩ/□@25 μm。此外,对其进行了稳定性和耐碱性测试,结果表明所制备的铜浆具有长期热稳定性和耐碱性。第四章:利用抗氧化高导电铜浆印刷超高频RFID标签天线。选择HFSS(High Frequency Structure Simulator.高频结构仿真)软件设计建立超高频RFID参数模型。通过模拟计算模型的各个参数对天线谐振频率和S11参数(输入反射系数)的影响,确定了超高频RFID天线各部分的尺寸。模拟仿真得到的天线谐振频率(910 MHz)、回波损耗(60.8 dB)、增益(1.7dB)和辐射效率(90.51%)均符合设计要求。铜浆通过丝网印刷实现天线成型,绑定芯片后,该超高频RFID标签天线识别距离达到1.2 m。第五章:总结本文的研究工作,并提出抗氧化铜浆在今后的实际应用中的挑战和展望。