La pâte électronique est terme général désignant une pâte ou matériaux électroniques fluides. Il est généralement appliqué par sérigraphie, impression à jet d'encre, revêtement, tampographie ou impression 3D. La pâte est déposée sur des substrats tels que la céramique, le verre, des films polymères, des plaquettes de silicium ou des bases métalliques. Après frittage ou durcissement, elle forme des films ou des motifs fonctionnels.
Elle est largement utilisée dans les circuits à couches épaisses, les MLCC, les inductances multicouches, les cellules photovoltaïques, les boîtiers de semi-conducteurs, les dispositifs d'affichage et les capteurs. Cette pâte remplit de multiples fonctions, telles que la conductivité, l'ajustement de la résistance, la diélectrique, la protection et la conduction transparente.
À première vue, la pâte électronique ressemble à une masse collante. Il s'agit en réalité d'un système composite multiphasé. Elle est généralement composée de poudres fonctionnelles, de liants et de supports organiques.
Dans la plupart des pâtes à couches épaisses, ce système comprend spécifiquement des poudres fonctionnelles, des poudres de verre et des supports organiques. Les poudres fonctionnelles déterminent les performances électriques. Les poudres de verre assurent la stabilité structurelle et l'adhérence. Les supports organiques garantissent l'adaptabilité du procédé. Ces trois composants jouent des rôles distincts mais sont interdépendants. Ensemble, ils définissent les performances finales de la pâte.
Dans certains cas particuliers, les poudres de verre peuvent être absentes. Des résines ou des métaux autofrittants sont alors utilisés comme composants structurels.
Poudre fonctionnelle – Le noyau qui définit la fonction
Dans les pâtes électroniques, le rôle des poudres fonctionnelles est de fournir des propriétés électriques. Le type de poudre détermine directement la fonction de la pâte dans le dispositif. Il définit si la pâte conduit, résiste, isole ou transmet la lumière tout en étant conductrice.
- Pâte conductriceMétaux tels que l'argent (Ag), le cuivre (Cu), le nickel (Ni) ou le cuivre argenté. Ils forment des pistes conductrices et servent d'électrodes.
- Pâte résistivePoudres d'oxydes telles que l'oxyde de ruthénium (RuO₂) ou l'oxyde de rhodium (RhO₂). Elles offrent une résistance contrôlée.
- Pâte diélectriquePoudres telles que le titanate de baryum (BaTiO₃) ou le titanate de baryum et de strontium (BST). Elles assurent l'isolation et le stockage des charges.
- Pâte conductrice transparenteITO (oxyde d'indium et d'étain), nanofils d'argent ou graphène. Ils permettent la conduction électrique tout en maintenant la transmission lumineuse.
Poudre de verre – Le « Liant » et le « Régulateur Structurel »
Dans la formule de la pâte, la poudre de verre n'est pas la star, mais joue un rôle déterminant. Lors du frittage, elle se ramollit et s'écoule. Elle se solidifie finalement avec le substrat et les poudres. La poudre de verre sert à la fois de liant et de régulateur de structure.
Ses principaux rôles incluent :
- AdhésionLe verre se ramollit à haute température et lie les métaux ou les oxydes aux substrats en céramique, en verre ou en silicium. Sans lui, les électrodes risquent de se décoller.
- DensificationSon écoulement comble les vides entre les particules, ce qui augmente la densité du film et améliore la stabilité électrique.
- Adaptation de la dilatation thermiqueL'ajustement de la composition du verre rapproche son coefficient de dilatation de celui du substrat. Cela réduit les contraintes et prévient les fissures et les déformations.
Les poudres fonctionnelles définissent les propriétés électriques. Les poudres de verre garantissent la stabilité et la pérennité de ces propriétés.
NoteLes pâtes conductrices transparentes utilisées sur des substrats en verre, PET ou PI utilisent souvent des polymères comme liants, tels que l'époxy, l'acrylique ou le PU. Elles durcissent à basse température, voire à température ambiante, sans poudre de verre.
Principaux systèmes de verre dans les pâtes électroniques
| Type de verre | Système représentatif | Point de ramollissement du verre (°C) | Chimique Stabilité | Coefficient de dilatation thermique (10°C-1) | Avantages | Désavantages |
| verre au plomb | Pb0-Si0,、Pb0-B,0:-Si0.PbO-Zn0-B,0:-Si0, | 350-600 | Bonne stabilité | 70-120 | Haute résistance, faible perte diélectrique, faible température de ramollissement et bonne stabilité chimique. | Les céramiques AIN facilement oxydables présentent des risques importants pour l’homme et l’environnement. |
| verre au bismuthate | Bi,0;-B,0,-Si0₂、BizO:-B₂0:-BaOBi,0:-Zn0-Si0.Bi,0:-B,0:-Zn0.BizO:-Si0z-Sb,Os等 | 350-500 | Bonne stabilité | 90-150 | Les oxydes de bismuth à haute teneur, similaires au verre au plomb, ont une faible température de ramollissement et une bonne stabilité chimique. | Les céramiques AIN facilement oxydables sont coûteuses, sujettes à la précipitation du bismuth et présentent une faible résistance aux acides. |
| verre borate | Ba0-B,0:-Si0?Ca0-B,0:-Si0,-Ba0.Si0,-B,0;-AlO;-RO 等 | 300-600 | Pas très stable | 90-150 | Un point de fusion bas ne peut être obtenu qu'en ajoutant des ions de métaux alcalins, de verre de métaux alcalino-terreux ou de métaux lourds. | Ils sont chimiquement instables, ont généralement un coefficient de dilatation thermique élevé et sont sujets à la séparation de phases. |
| Verre de zinc | Zn0-B,0;-Si0.Zn0-Ba0-B,0:Zn0-B,0:-Al0:-Si0,等 | 450-600 | Bonne stabilité | 60-90 | Ils offrent des propriétés chimiques stables, un faible coefficient de dilatation thermique, une force de liaison élevée et un point de fusion bas. | Ils présentent également une faible soudabilité et de mauvaises propriétés de flux à haute température. |
Support organique – La clé du contrôle des processus
Le support organique est un mélange de solvants (65 à 981 TP3T en poids), d'épaississants, d'agents thixotropes, de tensioactifs et de modificateurs d'écoulement. Il contient au minimum un solvant organique et un épaississant. Les solvants courants sont l'acétate d'éther de diéthylène glycol, le citrate de tributyle et le phtalate de dibutyle.
Bien que les transporteurs ne contribuent pas aux fonctions électriques, ils contrôlent l'aptitude à la mise en œuvre. Ils définissent la rhéologie et l'adhérence initiale aux substrats.
La tendance actuelle est aux supports à faible teneur en résidus, à faible odeur et respectueux de l'environnement. Certains produits adoptent même des systèmes colloïdaux aqueux ou inorganiques pour répondre aux exigences de fabrication écologique.
Conclusion
Les poudres fonctionnelles confèrent à la pâte électronique ses propriétés électriques. Les poudres de verre garantissent ces propriétés sous une forme stable et durable. Les supports organiques garantissent la transformabilité lors de la fabrication. Les trois composants sont clairement divisés en fonctions, mais interdépendants. Ensemble, ils forment un système multiphasé équilibré.