La pasta elettronica è un termine generale per pastoso o materiali elettronici fluidiViene tipicamente applicato tramite serigrafia, stampa a getto d'inchiostro, rivestimento, tampografia o stampa 3D. La pasta viene depositata su substrati come ceramica, vetro, film polimerici, wafer di silicio o basi metalliche. Dopo la sinterizzazione o la polimerizzazione, forma film o motivi funzionali.
È ampiamente utilizzato in circuiti a film spesso, MLCC, induttori multistrato, celle fotovoltaiche, packaging di semiconduttori, dispositivi di visualizzazione e sensori. La pasta svolge molteplici funzioni, tra cui conduttività, regolazione della resistenza, dielettrico, protezione e conduzione trasparente.
A prima vista, la pasta elettronica sembra una massa appiccicosa. In sostanza, si tratta di un sistema composito multifase. Di solito è costituito da polveri funzionali, leganti e vettori organici.
Nella maggior parte delle paste a film spesso, questo sistema include specificamente polveri funzionali, polveri di vetro e vettori organici. Le polveri funzionali determinano le prestazioni elettriche. Le polveri di vetro forniscono stabilità strutturale e adesione. I vettori organici garantiscono l'adattabilità del processo. I tre componenti hanno ruoli distinti ma interdipendenti. Insieme, definiscono le prestazioni finali della pasta.
In alcuni casi particolari, le polveri di vetro possono essere assenti. Al loro posto, come componenti strutturali vengono utilizzate resine o metalli autosinterizzati.
Polvere funzionale: il nucleo che definisce la funzione
Nella pasta elettronica, il ruolo delle polveri funzionali è quello di fornire proprietà elettriche. Il tipo di polvere determina direttamente la funzione della pasta nel dispositivo. Definisce se la pasta conduce, resiste, isola o trasmette la luce durante la conduzione.
- Pasta conduttiva: Metalli come argento (Ag), rame (Cu), nichel (Ni) o rame argentato. Formano percorsi conduttivi e fungono da elettrodi.
- Pasta resistiva: Polveri di ossido come l'ossido di rutenio (RuO₂) o l'ossido di rodio (RhO₂). Offrono una resistenza controllata.
- Pasta dielettrica: Polveri come il titanato di bario (BaTiO₃) o il titanato di bario e stronzio (BST). Garantiscono l'isolamento e l'immagazzinamento della carica.
- Pasta conduttiva trasparente: ITO (ossido di indio e stagno), nanofili d'argento o grafene. Permettono la conduzione elettrica mantenendo la trasmissione della luce.
Polvere di vetro – Il “Legante” e il “Regolatore Strutturale”
Nella formula della pasta, la polvere di vetro non è la protagonista, ma svolge un ruolo decisivo. Durante la sinterizzazione, si ammorbidisce e si scioglie. Infine, si solidifica con il substrato e le polveri. La polvere di vetro funge sia da legante che da regolatore strutturale.
I suoi ruoli principali includono:
- Adesione: Il vetro si ammorbidisce ad alta temperatura e lega metalli o ossidi a substrati ceramici, di vetro o di silicio. Senza di esso, gli elettrodi potrebbero staccarsi.
- Densificazione: Il suo flusso riempie i vuoti tra le particelle. Ciò aumenta la densità del film e migliora la stabilità elettrica.
- Corrispondenza di dilatazione termica: Regolando la composizione del vetro, il suo coefficiente di dilatazione si avvicina a quello del substrato. Ciò riduce le sollecitazioni e previene crepe o deformazioni.
Le polveri funzionali definiscono le proprietà elettriche. Le polveri di vetro garantiscono che queste proprietà rimangano stabili e durature.
Nota: Le paste conduttive trasparenti utilizzate su substrati in vetro, PET o PI spesso utilizzano polimeri come resina epossidica, acrilica o PU come leganti. Polimerizzano a bassa temperatura o addirittura a temperatura ambiente, senza polvere di vetro.
Principali sistemi di vetro nelle paste elettroniche
| Tipo di vetro | Sistema rappresentativo | Punto di rammollimento del vetro (°C) | Chimico Stabilità | Coefficiente di dilatazione termica (10°C-1) | Vantaggi | Svantaggi |
| vetro al piombo | Pb0-Si0,、Pb0-B,0:-Si0.PbO-Zn0-B,0:-Si0,等 | 350-600 | Buona stabilità | 70-120 | Elevata resistenza, bassa perdita dielettrica, bassa temperatura di rammollimento e buona stabilità chimica. | Le ceramiche AIN facilmente ossidabili presentano rischi significativi per l'uomo e per l'ambiente. |
| Vetro bismuto | Bi,0;-B,0,-Si0₂、BizO:-B₂0:-BaOBi,0:-Zn0-Si0.Bi,0:-B,0:-Zn0.BizO:-Si0z-Sb,Os等 | 350-500 | Buona stabilità | 90-150 | Gli ossidi di bismuto ad alto contenuto, simili al vetro al piombo, hanno una bassa temperatura di rammollimento e una buona stabilità chimica. | Le ceramiche AIN facilmente ossidabili sono costose, soggette a precipitazione di bismuto e presentano una scarsa resistenza agli acidi. |
| Vetro borato | Ba0-B,0:-Si0?Ca0-B,0:-Si0,-Ba0.Si0,-B,0;-AlO;-RO 等 | 300-600 | Non molto stabile | 90-150 | Un basso punto di fusione può essere ottenuto solo aggiungendo ioni di metalli alcalini, di metalli alcalino-terrosi o di metalli pesanti. | Sono chimicamente instabili, hanno generalmente un elevato coefficiente di dilatazione termica e sono soggetti a separazione di fase. |
| vetro di zinco | Zn0-B,0;-Si0.Zn0-Ba0-B,0:Zn0-B,0:-Al0:-Si0,等 | 450-600 | Buona stabilità | 60-90 | Offrono proprietà chimiche stabili, un basso coefficiente di dilatazione termica, un'elevata forza di adesione e un basso punto di fusione. | Presentano inoltre una scarsa saldabilità e scarse proprietà di flussaggio ad alta temperatura. |
Vettore organico: la chiave per il controllo del processo
Il vettore organico è una miscela di solventi (65-98% in peso), addensanti, agenti tissotropici, tensioattivi e modificatori di flusso. Contiene almeno un solvente organico e un addensante. I solventi più comuni includono dietilenglicole etere acetato, tributil citrato e dibutil ftalato.
Sebbene i vettori non contribuiscano alle funzioni elettriche, ne controllano la processabilità. Definiscono la reologia e l'adesione iniziale ai substrati.
La tendenza recente è quella di utilizzare vettori a basso residuo, a basso odore e rispettosi dell'ambiente. Alcuni prodotti adottano addirittura sistemi colloidali a base d'acqua o inorganici per soddisfare i requisiti di produzione ecologica.
Conclusione
Le polveri funzionali conferiscono alla pasta elettronica le sue proprietà elettriche. Le polveri di vetro garantiscono queste proprietà in una forma stabile e durevole. I vettori organici garantiscono la lavorabilità durante la fabbricazione. Le tre parti sono chiaramente divise nella funzione, ma interdipendenti. Insieme, formano un sistema multifase bilanciato.