Elektronische Dickschicht- und Leitpastenverarbeitung: Präzisionsdispersionsleitfaden

In der Elektronikfertigung bestimmen Dickschichtpasten – darunter leitfähige Silber-, Kupfer- und Kohlenstoffformulierungen, MLCC-Elektrodensuspensionen und LTCC-Dielektrikumsmaterialien – die Zuverlässigkeit der Bauelemente.
Diese Pasten basieren auf sorgfältig entwickelten leitfähigen Pulvern (Mikronflocken, kugelförmigen Mikropulvern oder Nanopartikeln), die in Ethylcellulose, Terpineol oder Glasfritte als Bindemittel suspendiert sind.
Um scharfe Linienkanten im Siebdruckverfahren (unter 30 Mikrometern), eine glatte Oberflächenstruktur und einen minimalen elektrischen Flächenwiderstand zu erzielen, ist eine vollständige Entklumpung erforderlich, ohne die empfindliche Flockenmorphologie zu beschädigen.
SMIDA fertigt hochpräzise Dreiwalzenmühlen, die mit hochreinen Zirkonoxid-Keramikwalzen und mikrojustierbaren Spaltsteuerungen ausgestattet sind und speziell für Reinraumelektronik optimiert wurden.

Bei der Verarbeitung von Elektronikpasten bestehen zwei Hauptrisiken: metallische Verunreinigung und mechanischer Partikelbruch.
Bei herkömmlichen Walzen aus gehärtetem Stahl können mikroskopisch kleine Eisen-, Nickel- oder Chrompartikel in die Suspension gelangen, wodurch leitfähige Brücken in Isolierschichten entstehen oder unvorhersehbare Widerstandsdrift verursacht wird.
Darüber hinaus kann ein zu starker Schleifdruck empfindliche Silberplättchen zu unregelmäßigem Staub zerkleinern, wodurch Perkolationswege zerstört und der elektrische Widerstand erhöht werden.
Dieser Fachartikel erklärt, wie die keramische Dreiwalzenmühle eine reine laminare Scherung erzeugt, um leitfähige Pasten ohne Kontamination oder strukturelle Schäden zu dispergieren.

Kontaminationsfreies Fräsen mit Zirkonoxid-Keramikwalzen

In der Dickschicht-Mikroelektronik können bereits Spurenmetallverunreinigungen im ppm-Bereich die dielektrische Durchbruchspannung beeinträchtigen und eine elektrochemische Migration auslösen.
SMIDA stattet Dreiwalzenmühlen in Elektronikqualität mit isostatisch gepressten, yttriumstabilisierten Zirkonoxid (Y-TZP) Keramikwalzen aus.
Zirkonoxid ist chemisch inert und enthält kein Eisen, Kobalt oder Nickel, wodurch eine ionische Verunreinigung während des Mahlvorgangs vollständig ausgeschlossen wird.
Komplementäre Polymerendplatten (Schachbretter) und Hochleistungs-Verbundwerkstoff-Schabermesser gewährleisten, dass leitfähige Suspensionen auf dem gesamten Weg nur mit nichtmetallischen, inerten Materialien in Kontakt kommen.

Erhaltung des leitfähigen Flocken-Seitenverhältnisses und der Perkolation

Die hohe elektrische Leitfähigkeit hängt von dem Perkolationsnetzwerk ab, das sich durch überlappende Silberflocken nach der thermischen Aushärtung oder dem Brennen bildet.
Werden Flocken zu abgerundeten oder zerbrochenen Bruchstücken zerkleinert, verringern sich die Kontaktpunkte zwischen den Partikeln, was zu einem sprunghaften Anstieg des elektrischen Widerstands führt.
Im Gegensatz zu Kugelmühlen, die Partikel durch zufällige Druckstöße zerkleinern, übt eine Dreiwalzenmühle eine reine laminare hydrodynamische Scherung aus.
Durch die Scherkräfte der Flüssigkeit werden die verhakten Flockencluster sanft auseinandergeschoben, wobei jede einzelne Flocke mit organischem Harz benetzt wird, während die plättchenförmigen Strukturen mit ihrem hohen Aspektverhältnis intakt bleiben.

Präzise Hegman-Feinheit und rheologische Gleichmäßigkeit

Für den Siebdruck ultrafeiner leitfähiger Leiterbahnen (bis zu Linienbreiten von 20–30 μm) ist es erforderlich, dass 100 % der Partikel kleiner als 5 μm sind (Hegman 8 oder höher).
Zu große Partikel verstopfen das Edelstahlsieb, was zu Leiterbahnunterbrechungen und teuren Ausschussreaktionen führt.
Die Dreiwalzenmühlen von SMIDA ermöglichen eine Spaltkalibrierung im Mikrometerbereich über die gesamte Walzenfläche und gewährleisten so eine gleichmäßige Filmdicke und eine wiederholbare Deagglomeration in einem einzigen Walzendurchgang.
Die resultierende Paste weist eine ideale pseudoplastische Thixotropie auf: niedrige Viskosität unter Rakelscherung für eine saubere Ablösung des Drucks, gefolgt von einer schnellen Erholung, um ein Absacken zu verhindern.

Technische Spezifikationen für die Verarbeitung von Elektronikpasten

Häufig gestellte Fragen

Warum reicht die Hegman-Feinheit allein für Elektronikpasten nicht aus?

Ein Hegman-Manometer überprüft das Fehlen großer Partikelagglomerate, kann aber eingeschlossene mikroskopische Luftblasen oder Spuren ionischer Verunreinigungen nicht erkennen.
Bei der Herstellung von Dickschichtelektronik ist es erforderlich, die Hegman-Feinheit, den Flächenwiderstand und die porenfreie Aushärtung nach der zentrifugalen Vakuumentgasung zu überprüfen.

Wie sollten leitfähige Pasten nach dem Dreiwalzenmahlen behandelt werden?

Beim Mahlen wird zwangsläufig Umgebungsluft in den Pastenfilm eingebracht, da dieser sich auf offenen Walzen teilt.
Die Paste muss vor dem Abfüllen in Dosierspritzen oder Drucktöpfe stets in einem SMIDA Planetenzentrifugal-Vakuummischer bei 0,2 kPa fertig gemischt werden, um Mikroblasen zu entfernen.

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SMIDA vereint mehr als 16 Jahre Fertigungserfahrung mit einer ISO 9001-zertifizierten, 6.800 Quadratmeter großen Produktionsstätte in Shenzhen, in der CE-gekennzeichnete Misch- und Mahlmaschinen hergestellt werden.
Unsere für Reinräume geeigneten Zirkonoxid-Dreiwalzenmühlen gewährleisten eine zuverlässige und reproduzierbare Dispersion für führende Hersteller von Elektronik, Halbleitern und Solarzellen.
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