CN101364455A

CN101364455A - 一种贱金属铜电极浆料及所得电容器的制备方法

Info

Publication number: CN101364455A
Application number: CNA2008101989006A
Authority: CN
Inventors: 孟淑媛; 江志坚; 安艳; 尚小东
Original assignee: Guangdong Fenghua Advanced Tech Holding Co Ltd
Current assignee: Guangdong Fenghua Advanced Tech Holding Co Ltd
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2009-02-11
Anticipated expiration: 2028-09-26
Also published as: CN101364455B

Abstract

一种贱金属铜电极浆料及所得电容器的制备方法，贱金属铜电极浆料的重量百分组成为：球铜30～65wt％、片铜10～30wt％、玻璃粉1.5～10wt％、无机非金属添加剂2～15wt％、有机载体10.5～24wt％，所述的玻璃粉是ZnO－B₂O₃－SiO₂－Bi₂O₃玻璃体系，所述的无机非金属添加剂是Cu、Zn、B氧化物中的一种或几种，所述的有机载体是高分子树脂和溶剂。在陶瓷圆片电容器、半导体圆片瓷介电容器芯片上用该贱金属铜电极浆料，其烧结温度是600～800℃，烧结后，铜电极浆料变为铜电极。该贱金属铜电极浆料具备低成本、材料均一、粒度分布均匀、分散性高、成型工艺好、环保的特点。

Description

一种贱金属铜电极浆料及所得电容器的制备方法

技术领域

本发明涉及一种陶瓷圆片电容器、半导体圆片瓷介电容器用贱金属铜电极浆料及所得电容器的制备方法。

背景技术

陶瓷圆片电容器广泛用于电子设备、仪器、和家用电器类产品中，在电路中起耦合、旁路、谐振、计时微分、积分、滤波、储存能量、隔直流等作用，是电子电器产品不可缺少的基本元件。铜端电极浆料适用于陶瓷电容器的电极材料，但它用于陶瓷圆片电容器、半导体圆片瓷介电容器时铜电极的电容器产品堆烧后的外观和性能会不均匀。目前日本TDK、韩国大洲等公司均积极开发陶瓷圆片电容器用的贱金属铜电极导电浆料。TDK公司主要是在抗还原性瓷料的基础上配合开发贱金属铜浆料，其整体的生产成本要比在原有银电极用的陶瓷材料开发的铜电极浆料高，而铜电极浆料的研发技术平台相对较低；韩国大洲公司则主要是在原有银电极用的陶瓷材料的基础上研发贱金属铜浆料。但日本TDK、韩国大洲都由于无法解决铜电极堆烧后外观和电性能不均匀的技术瓶颈，均未能成功将铜电极浆料作为贱金属电极应用在陶瓷圆片电容器上。

发明内容

本发明需解决的技术问题是提供一种贱金属铜电极浆料及用该浆料制备陶瓷电容器的方法。

本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：一种贱金属铜电极浆料，其重量百分组成为：球铜30～65wt％、片铜10～30wt％、玻璃粉1.5～10wt％、无机非金属添加剂2～15wt％、有机载体10.5～24wt％，所述的玻璃粉是ZnO—B₂O₃—SiO₂—Bi₂O₃玻璃体系，所述的无机非金属添加剂是Cu、Zn、B氧化物中的一种或几种，所述的有机载体是高分子树脂和溶剂。该浆料不含Pb、Cd和六价Cr等有害物质，且用铜粉代替通用浆料中的银粉，所以该贱金属铜电极浆料具备低成本、材料均一、粒度分布均匀、分散性高、成型工艺好、环保的特点。

进一步：在上述贱金属铜电极浆料中，所述的无机非金属添加剂在铜电极浆料中的重量百分组成是CuO0～3wt％、Cu₂O0.3～3wt％、ZnO0～2wt％、B₂O₃0～5wt％。所述的玻璃粉ZnO—B₂O₃—SiO₂—Bi₂O₃系统的重量百分组成是ZnO 0.5～10wt％、B₂O₃ 1～8wt％、SiO₂ 2～11wt％、Bi₂O₃ 70～90wt％、Al₂O₃ 0.5～2wt％、SrO 0～2wt％、BaO 0～6wt％。所述的球铜粒径2μm以下，所述的片铜粒径是10μm以下。所述的高分子树脂乙基纤维素、氢化松香树脂、聚乙烯、聚氨酯树脂中的一种或几种。所述的溶剂是醇溶剂、芳香烃溶剂或酯溶剂中的一种或几种。所述的有机载体在铜电极浆料中重量百分组成是乙基纤维素0.5～4wt％、醇溶剂10～20wt％。

上述铜电极浆料用于制备陶瓷圆片电容器、半导体圆片瓷介电容器，取代传统的银电极浆料。陶瓷圆片电容器、半导体圆片瓷介电容器用铜电极浆料中的玻璃粉，其特性直接影响电极的烧结温度和产品电性能；铜电极浆料在烧结时，玻璃粉对铜粉和瓷体要有良好的润湿性，烧结后的铜电极与瓷体要有足够的附着力，铜电极表面残留玻璃相要少，以便有良好的可焊性。由于铜电极浆料是在无氧全氮气氛下烧结，玻璃粉还应具有较高的抗还原性。在本发明中，玻璃粉采用ZnO—B₂O₃—SiO₂—Bi₂O₃系统，无机非金属添加剂Cu、Zn、B氧化物做为烧结调整助剂。烧结助剂可以是一种或者几种与玻璃粉混合在一起使用，使铜电极浆料的烧结温度从600℃～800℃。玻璃与添加剂均不含铅、镉等有毒有害物质。无机非金属添加剂的总含量为2～15wt％。添加剂大于15wt％，烧结后铜结晶变差，影响铜电极的可焊性。铜粉，作为浆料中最关键组分，选择具有分散性好、抗氧化性高的球形铜粉和片状的铜粉，能够使浆料有良好的流变性能和印刷性，有效控制电极层厚薄、提高电极表面光滑平整，、保证铜电极烧结时的均一性、致密性，确保得到良好的、稳定的电容器电性能；选择一定量片状的铜粉，可得到良好的烧结外观及提高铜电极的可焊性。有机载体，包括高分子树脂及溶剂，目的是使浆料具有一定的粘度，良好的流变性能及触变性能，能够满足浆料生产过程要求和丝网印刷的工艺要求，得到光滑平整、图形精度高的铜电极图形，干燥后具有一定的强度和附着性。有机载体在无氧烧结下分解温度低，能够分解完全，不会存在残留物，不会对产品带来负面影响。

在用上述贱金属铜电极浆料制备陶瓷电容器的方法中，按常规浆料生产工艺流程制作成电容浆料，即将浆料按配方调配好后，经混合后利用三辊研磨机充分研磨辊轧，达到一定的细度、粘度要求形成贱金属铜电极浆料，然后在陶瓷圆片电容器、半导体圆片瓷介电容器芯片上用上该贱金属铜电极浆料，其烧结温度是600～800℃，烧结后，铜电极浆料变为铜电极。即该铜电极能够在原有银电极用的陶瓷材料的基础上实现低温、无氧氮气氛中烧结；且铜电极浆料能有效解决铜电极浆料堆烧后的产品外观和电性能不稳定的问题。浆料中的球、片状铜粉分散性好，抗氧化性高、粒度分布小及抗还原性高、玻璃软化温度低的低烧玻璃体系，确保烧结后铜电极的良好结晶和均一性，保证铜电极良好的外观和稳定的电性能。本发明中的贱金属铜电极浆料由于性价比低，能有效降低的陶瓷圆片电容器、半导体圆片瓷介电容器生产成本，同时不受Ag离子迁移影响产品性能。使得电容产品成本低、电性能一致性好。

具体实施方式

本发明的主旨是调节贱金属铜电极浆料组成和配比，利用常规工艺方法，得到一种低成本、材料均一、粒度分布均匀、分散性高、成型工艺好、环保的贱金属铜电极浆料。然后在陶瓷圆片电容器、半导体圆片瓷介电容器芯片上用上该贱金属铜电极浆料，其烧结温度是600～800℃，烧结后，铜电极浆料变为铜电极。使得电容产品成本低、电性能一致性好。

首先，简述本发明材料配方的基本方案：一种贱金属铜电极浆料，其重量百分组成为：球铜30～65wt％、片铜10～30wt％、玻璃粉1.5～10wt％、无机非金属添加剂2～15wt％、有机载体10.5～24wt％，所述的玻璃粉是ZnO—B₂O₃—SiO₂—Bi₂O₃玻璃体系，所述的无机非金属添加剂是Cu、Zn、B氧化物中的一种或几种，所述的有机载体是高分子树脂和溶剂。

实施例

按照表1的1～7号浆料配方，其中配方中的玻璃粉是表2玻璃粉1～16配方中的任意一种，所述的高分子树脂是乙基纤维素、氢化松香树脂、聚乙烯、聚氨酯树脂中的一种或几种，将调配好材料充分混合后利用三辊研磨机充分研磨辊轧，达到一定的细度、粘度后，形成贱金属铜电极浆料，然后用常规方法制作陶瓷圆片电容器Y5P252-4830-102K500V规格，其烧结温度是600～800℃，烧结后，铜电极浆料变为铜电极。所得的电容器性能测试参数如表3的1～7号材料配方对应的测试参数。

表1：本发明铜电极浆料最佳的实施例配方组分如下：

表2：本发明玻璃粉体最佳的实施例配方组分如下：

表3：按上述配方制得的铜电极浆料，再制成陶瓷圆片电容器Y5P252-4830-102K500V规格产品，并检测其性能：

产品编号	可焊性	烧后附着力(磅)	容量(pf)	DF(％)
产品编号	可焊性	烧后附着力(磅)	容量(pf)	DF(％)	1	良好	3.3	1000	1.2
2	良好	3.4	1090	1.2	1	良好	3.3	1000	1.2
2	良好	3.4	1090	1.2	3	良好	3.2	1025	1.3
4	良好	4	999	1.1	3	良好	3.2	1025	1.3
4	良好	4	999	1.1	5	良好	4.1	1015	1.2
6	良好	3.5	1050	1.1	5	良好	4.1	1015	1.2
6	良好	3.5	1050	1.1	7	良好	3.4	1023	1.3
检测条件	焊锡槽270℃ 2S	拉力计	电桥：1V、1KHZ	电桥：1V、1KHZ	7	良好	3.4	1023	1.3
检测条件	焊锡槽270℃ 2S	拉力计	电桥：1V、1KHZ	电桥：1V、1KHZ	技术要求	良好	≥2.2磅	1000pf±10％	≤3.0％

Claims

1、一种贱金属铜电极浆料，其重量百分组成为：球铜30～65wt％、片铜10～30wt％、玻璃粉1.5～10wt％、无机非金属添加剂2～15wt％、有机载体10.5～24wt％，所述的玻璃粉是ZnO—B₂O₃—SiO₂—Bi₂O₃玻璃体系，所述的无机非金属添加剂是Cu、Zn、B氧化物中的一种或几种，所述的有机载体是高分子树脂和溶剂。

2、根据权利要求1所述的贱金属铜电极浆料，其特征在于：所述的无机非金属添加剂在铜电极浆料中的重量百分组成是CuO 0～3wt％、Cu₂O0.3～3wt％、ZnO 0～2wt％、B₂O₃ 0～5wt％。

3、根据权利要求1～2中择一所述的贱金属铜电极浆料，其特征在于：所述的玻璃粉ZnO—B₂O₃—SiO₂—Bi₂O₃系统的重量百分组成是ZnO 0.5～10wt％、B₂O₃ 1～8wt％、SiO₂ 2～11wt％、Bi₂O₃ 70～90wt％、Al₂O₃ 0.5～2wt％、SrO 0～2wt％、BaO 0～6wt％。

4、根据权利要求3所述的贱金属铜电极浆料，其特征在于：所述的球铜粒径2μm以下，所述的片铜粒径是10μm以下。

5、根据权利要求1所述的贱金属铜电极浆料，其特征在于：所述的高分子树脂乙基纤维素、氢化松香树脂、聚乙烯、聚氨酯树脂中的一种或几种。

6、根据权利要求5所述的贱金属铜电极浆料，其特征在于：所述的溶剂是醇溶剂、芳香烃溶剂或酯溶剂中的一种或几种。

7、根据权利要求6所述的贱金属铜电极浆料，其特征在于：所述的有机载体在铜电极浆料中重量百分组成是乙基纤维素0.5～4wt％、醇溶剂10～20wt％。

8、一种根据权利要求5～7中择一所述的贱金属铜电极浆料制备电容器的方法，其特征在于：所述的电容器烧铜温度是600～800℃。