導電的秘密元件:三層銀膠 – i創科技

導電的秘密元件:三層銀膠


我曾經寫過一篇文章提到銀膠,銀膠是含有銀顆粒的液體,任何地方塗上銀膠就可以導電,因為銀是導體。在精密的電子元件中,常常會用到銀膠。現在我要介紹的是一種比較特別的銀膠,也就是說,這個銀膠裡面有大中小三種顆粒的銀粉,如圖一。

3-level- Silver-plastic

圖一

 

各位可以看出我們的銀膠中銀粉顆粒的大小是不同的,銀粉在銀膠中被完美分散後,每一種大小的顆粒和它相同大小顆粒之間的距離是幾乎一樣的。也就是說,大顆粒和大顆粒之間保持一定的距離,小顆粒和小顆粒之間也保留一定的距離,同時不能破壞銀粉顆粒的形狀,例如從圓球形變為圓盤型。這個要求是相當不容易的,也是我們工程師要努力的地方。

有了這種銀膠,我們就可以做出一種近似三層銀堆疊起來的導電元件。這種三層銀堆疊的導電元件在某一些特殊的情況之下是絕對需要的,這樣的結構下會讓導電元件達到最好的電性能與可靠度,圖二就是這種元件。

3-level- Silver-plastic

圖二

 

也許大家好奇,大中小顆粒混在一起,如何將它們分開的?將銀膠塗到某一個區域後,要使其發揮導電功能,是要將銀膠加熱的,加熱當然從低溫開始慢慢到高溫。以內含玻璃接著劑膠的銀膠為例,隨著溫度升高,內含的有機類物質逐漸裂解後,在固化的銀膠內會留下許多孔洞,然後玻璃接著劑開始熔化,接下來的過程會很像在乾的沙灘上淋下一杯水,熔化的玻璃以物理或是化學的方式,像水帶著沙子一般,玻璃也帶著銀往下跑,當然顆粒越小也就越容易參與反應了,而溫度再進一步升高到銀部分熔融後,大顆粒銀粉會變大,小顆粒銀粉則會變小。因此形成了一個有趣的過程,類似低溫的時候,小顆粒先掉下去,成為小顆粒層,然後中顆粒掉下去,最後表面都是大顆粒。

要做好這種三層銀膠,麻煩的是要加入很多奇奇怪怪的填充料進去,以電子元件常用的銀膠為例,最重要的填充料就是玻璃粉,而玻璃粉中可能含有鉛、碲、硼、鉍和鋰等等不同的元素,這些元素功用各自不同,因此元素的種類以及添加量是最重要的,必須恰當,當然沒有人會告訴我們究竟什麼樣的量是恰當的。比方說,硼該加多少,任何公司都會將這個量保密。我們的工程師就要慢慢地做研究,把這個量確定。

為什麼要加這些東西進去?有一點是比較容易懂的,那就是雖然這是一個導體,其實還是要保持一定規格的電阻,可想而知的是電阻不會太大,但又不能太小,所以這些填充料是要來使銀膠層有合乎規格的電阻。還有一點,據工程師告訴我,這種填充料加了以後,扮演了接著劑的角色,可以增加銀膠的穩定性,也就是說,時間長了,銀膠層不會破裂。

這些填充料顆粒還有一個功能,它好像是一個載體,使得小顆粒的銀粒子可以順利的落下到電子元件的表面。

值得我們高興的是,我們國家也有這種技術可以做成三層銀膠的導體。有些被動元件如電阻和電感都需要這種導體,有些太陽能板也需要這種導體。要做出這種三層銀膠,沒有任何捷徑,公司不能要求工程師在短期內做出結果出來,必須要有耐心。像這種銀膠的研究,從開始到能夠商品化,至少要五年。可是五年以後,別的人就不可能有山寨版了。所以我們可以說,我們國家其實是不必太擔心自己是不是會比不過中國大陸的,因為我們國家也有相當不錯的人肯投資在這種極有挑戰性的技術上,他們不求近利,我們也該感謝我們國家有很多的工程師肯到這種公司工作。在產品未能商品化以前,他們是非常寂寞的。

要做成這種相當精密的特用化學品,有一個技術是很重要的,那就是所謂混合分散的技術。我們要將將一些顆粒混合在一起,重要的是它們一定要混合得分常均勻,不能一坨一坨的。在過去,政府不太知道這種技術的重要性,他們老是談所謂的高科技,其實我們要做好特用化學品,混合分散是一個相當關鍵性的技術,政府已經將這種技術列為國家的關鍵性技術。我敢說,恐怕全世界很少國家會強調這種技術的,但是務實的政府就應該注意這種非常基礎的關鍵性技術。

 

 

(本文經李家同教授同意授權轉載「三層銀膠」)

 

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關於作者


李家同

研究領域為符號邏輯、演算法設計分析、平行計算方法、生物資訊等相關研究,並在這些領域發表超過一百篇以上之國際論文。近年則從事時事評論和英文學習書籍寫作。

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