Elektronische Paste ist ein allgemeiner Begriff für pastöse oder flüssige elektronische Materialien. Es wird typischerweise durch Siebdruck, Tintenstrahldruck, Beschichtung, Tampondruck oder 3D-Druck. Die Paste wird auf Substrate wie Keramik, Glas, Polymerfolien, Siliziumwafer oder Metallträger aufgebracht. Nach dem Sintern oder Aushärten bildet sie funktionale Filme oder Muster.
Es wird häufig in Dickschichtschaltungen, MLCCs, Mehrschicht-Chip-Induktivitäten, Photovoltaikzellen, Halbleitergehäusen, Anzeigegeräten und Sensoren verwendet. Die Paste erfüllt mehrere Funktionen wie Leitfähigkeit, Widerstandsanpassung, Dielektrikum, Schutz und transparente Leitung.
Elektronikpaste sieht auf den ersten Blick wie eine klebrige Masse aus. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um ein mehrphasiges Verbundsystem. Es besteht in der Regel aus Funktionspulvern, Bindemitteln und organischen Trägern.
In den meisten Dickschichtpasten enthält dieses System insbesondere Funktionspulver, Glaspulver und organische Träger. Funktionspulver bestimmen die elektrische Leistung. Glaspulver sorgen für strukturelle Stabilität und Haftung. Organische Träger gewährleisten die Prozessanpassung. Die drei Komponenten haben unterschiedliche Rollen, sind aber voneinander abhängig. Zusammen bestimmen sie die endgültige Leistung der Paste.
In einigen Sonderfällen kann auf Glaspulver verzichtet werden. Stattdessen werden Harze oder selbstsinternde Metalle als Strukturkomponenten verwendet.
Funktionspulver – Der Kern, der die Funktion definiert
In Elektronikpasten besteht die Aufgabe von Funktionspulvern darin, elektrische Eigenschaften bereitzustellen. Der Pulvertyp bestimmt direkt die Funktion der Paste im Gerät. Er definiert, ob die Paste leitet, Widerstand leistet, isoliert oder Licht durchlässt, während sie leitet.
- Leitpaste: Metalle wie Silber (Ag), Kupfer (Cu), Nickel (Ni) oder versilbertes Kupfer. Sie bilden leitfähige Pfade und dienen als Elektroden.
- Widerstandspaste: Oxidpulver wie Rutheniumoxid (RuO₂) oder Rhodiumoxid (RhO₂). Sie bieten einen kontrollierten Widerstand.
- Dielektrische Paste: Pulver wie Bariumtitanat (BaTiO₃) oder Bariumstrontiumtitanat (BST). Sie sorgen für Isolierung und Ladungsspeicherung.
- Transparente Leitpaste: ITO (Indiumzinnoxid), Silbernanodrähte oder Graphen. Sie ermöglichen die elektrische Leitung bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Lichtdurchlässigkeit.
Glaspulver – Der „Binder“ und „Strukturregulator“
In der Pastenformel ist Glaspulver zwar nicht der Star, spielt aber eine entscheidende Rolle. Beim Sintern erweicht es und fließt. Schließlich verfestigt es sich mit dem Substrat und den Pulvern. Glaspulver dient sowohl als Bindemittel als auch als Strukturregler.
Zu seinen Hauptaufgaben gehören:
- Haftung: Glas erweicht bei hohen Temperaturen und verbindet Metalle oder Oxide mit Keramik-, Glas- oder Siliziumsubstraten. Ohne Glas können sich Elektroden ablösen.
- Verdichtung: Sein Fluss füllt Hohlräume zwischen den Partikeln. Dies erhöht die Filmdichte und verbessert die elektrische Stabilität.
- Anpassung der Wärmeausdehnung: Durch die Anpassung der Glaszusammensetzung nähert sich der Ausdehnungskoeffizient dem des Substrats an. Dies reduziert Spannungen und verhindert Risse oder Verformungen.
Funktionale Pulver definieren elektrische Eigenschaften. Glaspulver sorgen dafür, dass diese Eigenschaften stabil und dauerhaft bleiben.
Notiz: Transparente leitfähige Pasten für Glas-, PET- oder PI-Substrate basieren häufig auf Polymeren wie Epoxid, Acryl oder PU als Bindemittel. Sie härten bei niedrigen Temperaturen oder sogar bei Raumtemperatur ohne Glaspulver aus.
Hauptglassysteme in elektronischen Pasten
| Glasart | Repräsentatives System | Glaserweichungspunkt (°C) | Chemisch Stabilität | Wärmeausdehnungskoeffizient (10°C-1) | Vorteile | Nachteile |
| Bleiglas | Pb0-Si0,、Pb0-B,0:-Si0.PbO-Zn0-B,0:-Si0,等 | 350-600 | Gute Stabilität | 70-120 | Hoher Widerstand, geringer dielektrischer Verlust, niedrige Erweichungstemperatur und gute chemische Stabilität. | Leicht oxidierbare AlN-Keramiken bergen erhebliche Risiken für Mensch und Umwelt. |
| Wismutglas | Bi,0;-B,0,-Si0₂、BizO:-B₂0:-BaOBi,0:-Zn0-Si0.Bi,0:-B,0:-Zn0.BizO:-Si0z-Sb,Os等 | 350-500 | Gute Stabilität | 90-150 | Hochwismutoxide haben, ähnlich wie Bleiglas, eine niedrige Erweichungstemperatur und eine gute chemische Stabilität. | Leicht oxidierbare AlN-Keramiken sind teuer, neigen zur Wismutausfällung und weisen eine geringe Säurebeständigkeit auf. |
| Boratglas | Ba0-B,0:-Si0?Ca0-B,0:-Si0,-Ba0.Si0,-B,0;-AlO;-RO 等 | 300-600 | Nicht sehr stabil | 90-150 | Ein niedriger Schmelzpunkt kann nur durch Zugabe von Alkalimetall-, Erdalkalimetallglas oder Schwermetallionen erreicht werden. | Sie sind chemisch instabil, haben im Allgemeinen einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten und neigen zur Phasentrennung. |
| Zinkglas | Zn0-B,0;-Si0.Zn0-Ba0-B,0:Zn0-B,0:-Al0:-Si0,等 | 450-600 | Gute Stabilität | 60-90 | Sie bieten stabile chemische Eigenschaften, einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, eine hohe Bindungsstärke und einen niedrigen Schmelzpunkt. | Sie weisen außerdem eine schlechte Lötbarkeit und schlechte Hochtemperatur-Flussmitteleigenschaften auf. |
Organischer Träger – Der Schlüssel zur Prozesskontrolle
Der organische Träger ist eine Mischung aus Lösungsmitteln (65–981 TP3T nach Gewicht), Verdickungsmitteln, Thixotropiermitteln, Tensiden und Fließmittel. Er enthält mindestens organische Lösungsmittel und Verdickungsmittel. Gängige Lösungsmittel sind Diethylenglykoletheracetat, Tributylcitrat und Dibutylphthalat.
Obwohl Träger nicht zu elektrischen Funktionen beitragen, steuern sie die Verarbeitbarkeit. Sie bestimmen die Rheologie und die anfängliche Haftung auf Substraten.
Der aktuelle Trend geht zu rückstandsarmen, geruchsarmen und umweltfreundlichen Trägern. Einige Produkte verwenden sogar wasserbasierte oder anorganische Kolloidsysteme, um den Anforderungen einer umweltfreundlichen Herstellung gerecht zu werden.
Abschluss
Funktionale Pulver verleihen der Elektronikpaste ihre elektrischen Eigenschaften. Glaspulver sichern diese Eigenschaften stabil und dauerhaft. Organische Träger gewährleisten die Verarbeitbarkeit bei der Herstellung. Die drei Bestandteile sind funktional klar getrennt, aber voneinander abhängig. Zusammen bilden sie ein ausgewogenes Mehrphasensystem.