CN100499941C

CN100499941C - 基于金属基板的稀土厚膜电路稀土介质浆料及其制备工艺

Info

Publication number: CN100499941C
Application number: CNB2006100367177A
Authority: CN
Inventors: 王克政
Original assignee: 王克政
Current assignee: Guangdong Yuchen Electronic Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2026-07-28
Also published as: CN1909749A; WO2008014679A1

Abstract

本发明公开了一种基于金属基板的稀土厚膜电路稀土介质浆料及制备工艺，该浆料由固相成分与有机溶剂载体组成，重量比为：70～90∶30～10。固相成分为：SiO₂-Al₂O₃-CaO-B₂O₃-La₂O₃系微晶玻璃，各氧化物的成分重量配比为：SiO₂(30～65%)、Al₂O₃(5～26%)、CaO(18～38%)、B₂O₃(2～16%)、La₂O₃(0.3～15%)、Co₂O₃(0.05～6%)、TiO₂(1～10%)、ZrO₂(1～10%)：其制备工艺为：①制备稀土微晶玻璃粉→②配制有机溶剂载体→③三维混料三棍轧制→④介质浆料调制→⑤装瓶待用；本发明的介质浆料击穿强度高、决缘性能好、印刷特性、烧结特性、环保性能优良且与金属基板、电阻浆料、导电浆料湿润性相容性优良。适用于铁素体系列不锈钢基板。

Description

基于金属基板的稀土厚膜电路稀土介质浆料及其制备工艺

技术领域：

本发明涉及基于金属基板的稀土厚膜电路稀土介质浆料，特别涉及基于铁素体不锈钢系列基板，例如：国标牌号1Cr15、1Cr17、00Cr12等国外牌号429#、430#、410L#等大功率稀土厚膜电路用稀土介质浆料及其制备工艺技术。

背景技术：

在我国确立的可持续发展战略中，涉及到的两个方面是环境保护和提高能量利用率、改善能量结构。在电加热领域中，新型的加热元件要求体积要小、功率要大、热惰性要小、表面热负荷要大、耗电低、热效率要高、热启动快、功率稳定、温度场均匀、工艺性好、本体自控温、运行安全可靠，寿命长，适应范围广；目前，还没有能满足上述要求的加热元件，因而采用新型电热元件如稀土厚膜电路电热元件，使之满足上述要求势在必行。

二十一世纪初，美国杜邦公司已经将其用于咖啡壶的不锈钢发热盘推向中国市场，国内科研院校2003年也陆续推出用于不锈钢基板的厚膜电路电子浆料，但都使用同一种基板，同一类电子浆料，包括介质浆料、贵金属电阻浆料(银钯)、导电浆料。技术成本、质量成本、产品质量、应用范围都受到限制。由其是介质浆料制备效率低、电器性能、湿润性差，电阻浆料稳定性欠佳、成本高居不下，电极浆料易氧化、高温下银离子易迁移、附着力不牢等。致使该技术推广应用发展缓慢。

据查证，岂今为止，国内外还没有基于1Cr15、1Cr17、00Cr12(国外牌号430#、429#、410L#)系列不锈钢基片的稀土厚膜电路，稀土系列电子浆料及其制备技术的文献、专利和成果的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种击穿强度高、决缘性能好、印刷特性、烧结特性、环保性能优良且与金属基板、电阻浆料、导电浆料湿润性相容性优良的基于金属基板的稀土厚膜电路稀土介质浆料。

本发明的另一目的还在于提供一种上述稀土厚膜电路稀土介质浆料的制备方法。

本发明采用下列技术方案来达到上述目的的：

本发明基于金属基板的稀土厚膜电路稀土介质浆料，由固相组分和有机溶剂载体按一定制备工艺制成，其中固相组分与有机溶剂的重量配比为：65～85∶35～15。

所述的固相成分为：SiO₂-Al₂O₃-CaO-B₂O₃-La₂O₃系微晶玻璃，各氧化物的成分配比为：SiO₂(30～70％)、Al₂O₃(5～30％)、CaO(20～40％)、B₂O₃(1～15％)、La₂O₃(0.3～8％)、Co₂O₃(1～10％)、TiO₂(1～10％)、ZrO₂(1～10％)：

有机溶剂载体各组分配比(重量)为：丁基卡必醇(66～89％)、柠檬酸三丁酯(5～15％)、乙基纤维素(0.5～10％)、氢化篦麻油(0.1～5％)、卵磷脂(0.1～5％)。

本发明基于金属基板的稀土厚膜电路稀土介质浆料及其制备工艺技术为：

①制备稀土微晶玻璃粉：按百分比重量配比将下列氧化物SiO₂(30～65％)、Al₂O₃(5～26％)、CaO(18～38％)、B₂O₃(2～16％)、La₂O₃(0.3～15％)、Co₂O₃(0.05～6％)、TiO₂(1～10％)、ZrO₂(1～10％)经三维混料机混合均匀后置于白金坩埚在高温熔炉中熔炼，熔炼温度为：1100～1450℃，保温90～180分钟后，迅速出炉水淬，得到玻璃微渣；将玻璃微渣置于两级球磨机球磨，制备出粒径小于3微米的微晶玻璃粉；

②配制有机溶剂载体：将下列配比的主溶剂、增稠剂、触变剂、表面活性剂，再80～100℃的水中溶浴数小时。

丁基卡必醇(66～89％)、柠檬酸三丁酯(5～15％)、乙基纤维素(0.5～10％)、氢化篦麻油(0.1～5％)、卵磷脂(0.1～5％)。

调整乙基纤维素含量，用粘度计检测有机溶剂载体粘度，将有机载体的粘度调整在150～280mPas的范围内。

③介质浆料调制：将固相成分与有机溶剂载体的重量比按：65～85∶35～15。置于三维混料机搅拌分散后用三辊轧机轧制得到成品。用粘度计测试浆料粘度，粘度值为：60～250PaS/RPM。

本发明的主要优点在于：

1.通过对国内外厚膜电路用电子浆料物理、化学性能及工艺性能研究分析，决定在电子浆料中参杂稀土镧(La)和钇(Y)，实验证明介质浆料中由于稀土的加入，浆料的电性能、湿润性、相溶性、分子间键结合强度及工艺性都有很大提高。通过对SiO₂—Al₂O₃—CaO—B₂O₃—La₂O₃系微晶玻璃膨涨系数、玻璃化温度、玻璃软化温度及形核长大的动力学分析，确定稀土介质浆料微晶玻璃配方及制备工艺。使之膨胀系数和金属基板匹配，结合牢靠，有效提高击穿强度和绝缘性能。

2.采用稀土氧化钇(Y₂O₃)，降低烧结温度，促进烧结，改进工艺，提高效率，节省能源。增强不锈钢的抗氧化性和延展性，提高结合强度。

3.稀土镧(La)掺杂极大地改变微晶玻璃材料相的烧结性能、微观结构、致密度、相组成及物理和机械性能。从而提高稀土厚膜电路电热元件的介质强度、电器性能、工艺性能及电子浆料的湿润性、兼容性和分子健结合强度。改善工艺，显著提高产品优良率。

4.本发明稀土厚膜电路稀土介质浆料印刷性能、烧结性能优良。与稀土电阻浆料、导体浆料有优良的湿润性和相溶性。

5.基于对稀土电子浆料中各有机溶剂机理的深刻认识，将不同沸点及挥发速度的主溶剂按比例合理配制使浆料在印刷、烘干、烧结等过程中均匀挥发并排出，避免溶剂集中挥发形成开裂、针孔等缺陷。有效提高成品合格率。

6.在有机溶剂配方中选用氢化篦麻油等优良溶剂作触变剂以形成良好的胶体结构，使浆料具有良好的触变性和防沉效果。

本发明所配稀土功能电子浆料不仅能制备在金属基板上，还能制备在微晶玻璃、陶瓷及其它金属非金属基板上。不仅能制备在平面上，还能制备在曲面上。用途范围相当广泛。

本发明技术材料不需依赖进口，100％国产化，减少贵金属用量，成本低廉，材料消耗少，节能。符合我国倡导的循环经济的新型工业化道路(科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少)的要求，而且有很强的出口创汇前景。

本发明通过调整功能相成分、含量及烧结工艺，该介质浆料可和多种金属基板、电阻浆料、点极浆料相容。例如：氧化铝基板(Al₂O₃)、氮化铝(AIN)基板、微晶玻璃基板、金属合金铝、钛合金基板等。本发明稀土厚膜电路用稀土介质浆料及其制备技术适用于铁素体系列不锈钢基板。例如：国标牌号1Cr15、1Cr17、00Cr12等。国外牌号429#、430#、410L#等。

采用了本发明的电热元件完全满足体积小、功率大、热惰性小、表面热负荷大、耗电低、热效率高、热启动快、功率稳定、温度场均匀、工艺性好、本体自控温、运行安全可靠，寿命长，适应范围广的新型加热元件要求。

具体实施方案：

实施例一：

本实施例为用于1Cr15(429#)系列不锈钢金属基板的稀土厚膜电路稀土介质浆料，它由微晶玻璃粉组成的固相成分和有机溶剂载体制备构成，其组份及配方工艺如下：

1.固相成分采用SiO₂-Al₂O₃-CaO-B₂O₃-La₂O₃系微晶玻璃，配方为：SiO₂(36％)、Al₂O₃(16％)、CaO(25％)、B₂O₃(7％)、La₂O₃(6％)、Co₂O₃(2％)、TiO₂(5％)、ZrO₂(3％)：

2.熔炼工艺：熔炼温度为：1350℃保温120分钟后，迅速出炉水淬，得到玻璃微渣。将玻璃微渣置于两级球磨机球磨，制备出粒径小于3微米的微晶玻璃粉。

3.配制有机溶剂载体：

将下列配比的主溶剂、增稠剂、触变剂、表面活性剂，再85℃的水中溶浴数小时。

丁基卡必醇(78％)、柠檬酸三丁酯(10％)、乙基纤维素(5％)、氢化篦麻油(4％)、卵磷脂(3％)。调整乙基纤维素含量，用粘度计检测有机溶剂载体粘度，将有机载体的粘度调整在150～280mPas的范围内。

4.介质浆料调制：将固相成分(微晶玻璃粉)与有机溶剂载体的重量比按：72∶28。置于三维混料机搅拌分散后用三辊轧机轧制得到成品。

5.本实施例的稀土介质浆料的性能：

稀土介质浆料膜层厚度为：≥85μm

①物理性能：

颜色(选)	固体含量	丝网数目	浆料粘度	烧结温度
颜色(选)	固体含量	丝网数目	浆料粘度	烧结温度	蓝(灰、黑)色	76％	180	125PaS/RPM	870℃

②电器性能：

泄漏电流	绝缘电阻	击穿强度
泄漏电流	绝缘电阻	击穿强度	<3mA(250VDC)	>50MΩ(500VDC)	>1800VAC

实施例二：

用于1Cr17(430#)系列不锈钢金属基板的稀土厚膜电路稀土介质浆料，该介质浆料由微晶玻璃粉组成的固相成分和有机溶剂载体制备构成，其工艺步骤及配方如下：

1.SiO₂-Al₂O₃-CaO-B₂O₃-La₂O₃系微晶玻璃配方为：SiO₂(34％)、Al₂O₃(19％)、CaO(22％)、B₂O₃(10％)、La₂O₃(4％)、Co₂O₃(1％)、TiO₂(6％)、ZrO₂(4％)：

3.配制有机溶剂载体：

丁基卡必醇(76％)、柠檬酸三丁酯(11％)、乙基纤维素(6％)、氢化篦麻油(4％)、卵磷脂(3％)。调整乙基纤维素含量，用粘度计检测有机溶剂载体粘度，将有机载体的粘度调整在150～280mPas的范围内。

4.介质浆料调制：将固相成分(微晶玻璃粉)与有机溶剂载体的重量比按：70∶30。置于三维混料机搅拌分散后用三棍轧机轧制得到成品。

5.稀土介质浆料的性能：

稀土介质浆料膜层厚度为：≥85μm

①物理性能：

②电器性能：

本发明配方中，添加稀土镧(La)的应用显著提升了厚膜电路的电性能，附着力、击穿强度和绝缘性能，改善了厚膜电路电子浆料的制备工艺，提升产品质量和效率。故而称其为稀土厚膜电路稀土介质浆料。

本发明稀土厚膜电路用稀土介质浆料及其制备工艺技术适用于铁素体系列不锈钢基板。例如：国标牌号1Cr15、1Cr17、00Cr12等。国外牌号429#、430#、410L#等。

Claims

1.一种基于金属基板的稀土厚膜电路稀土介质浆料，该浆料是由微晶玻璃粉组成的固相成分和有机溶剂载体制备构成，其特征在于，其固相成分与有机溶剂载体的重量比为65∶35～85∶15之间；所述固相成分为SiO₂-Al₂O₃-CaO-B₂O₃-La₂O₃系微晶玻璃，各类氧化物的重量配比为：

SiO₂ 30～65％、Al₂O₃ 5～26％、CaO 18～38％、B₂O₃ 2～16％、La₂O₃ 0.3～15％、Co₂O₃ 0.05～6％、TiO₂ 1～10％、ZrO₂ 1～10％。

2.根椐权利要求1所述基于金属基板的稀土厚膜电路稀土介质浆料，其特征在于，所述有机溶剂载体中各组分重量配比为：丁基卡必醇66～89％、柠檬酸三丁酯5～15％、乙基纤维素0.5～10％、氢化篦麻油0.1～5％、卵磷脂0.1～5％。

3.一种制备权利要求2所述的基于金属基板的稀土厚膜电路稀土介质浆料的工艺，其特征在于：它包括如下工艺步骤：

①制备稀土微晶玻璃粉：按百分比重量配比将下列氧化物SiO₂ 30～65％、Al₂O₃ 5～26％、CaO 18～38％、B₂O₃ 2～16％、La₂O₃ 0.3～15％、Co₂O₃ 0.05～6％、TiO₂ 1～10％、ZrO₂ 1～10％经混合均匀后高温熔炼，熔炼温度为：1100～1450℃，保温90～180分钟后，迅速出炉水淬，得到玻璃微渣；将玻璃微渣球磨，制备出粒径小于3微米的微晶玻璃粉；

②配制有机溶剂载体：将下列配比的主溶剂、增稠剂、触变剂、表面活性剂，在80～100℃的水中溶浴数小时：

丁基卡必醇66～89％、柠檬酸三丁酯5～15％、乙基纤维素0.5～10％、氢化篦麻油0.1～5％、卵磷脂0.1～5％，调整乙基纤维素含量，用粘度计检测有机溶剂载体粘度，将有机载体的粘度调整在150～280mPas的范围内；

③介质浆料调制：将固相成分与有机溶剂载体的重量比按65∶35～85∶15之间；经搅拌分散后轧制得到成品。

4、根据权利要求3所述的基于金属基板的稀土厚膜电路稀土介质浆料的制备工艺，其特征在于，所述第①步骤中，所述氧化物是经三维混料机混合均匀后置于白金坩埚在高温熔炉中熔炼，得到的玻璃微渣是置于两级球磨机球磨制备出粒径小于3微米的微晶玻璃粉。

5、根据权利要求3所述的基于金属基板的稀土厚膜电路稀土介质浆料的制备工艺，其特征在于，所述第③步骤中，所述固相成分与有机溶剂载体是置于三维混料机搅拌分散后用三辊轧机轧制得到成品。