CN101407374A - 一种电子浆料无铅低熔点介质玻璃及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子浆料无铅低熔点介质玻璃及制备，原料按重量百分比组成的组分为：Bi₂O₃为70～85％，B₂O₃为9～24％，ZnO为0.1～10％，Al₂O₃为0.1～5％，SiO₂为0～3％，制备包括(1)将原料充分混合；(2)放入坩埚中，后1100℃～1200℃的电炉中，保温2～4h；(3)将熔化后的玻璃液浇铸成一定的形状；(4)放入球磨机球磨；(5)将球磨后的玻璃粉过筛、检测、包装。通过调整各组分之间的配比关系能得到烧结温度为480～550℃的无铅低熔点介质玻璃。本发明设计的玻璃稳定性好、软化点低，适用于电子浆料用低熔玻璃，同时适用于大功率管、电热管、厚膜电阻的添加剂和电路板的绝缘涂层等，具有良好的绝缘、介电性能。

Description

一种电子浆料无铅低熔点介质玻璃及制备方法

【技术领域】

本发明属于电子浆料玻璃及制备领域，特别是涉及一种电子浆料无铅低熔点介质玻璃及制备方法。

【背景技术】

现有的电子浆料用低熔点玻璃中含有大量的重金属铅，铅是人类最早使用的6种金属之一，它对人类健康危害较大，能够在体内积聚而引起铅中毒，铅中毒的作用相当缓慢而且毒性隐蔽，在毒性呈现之前不容易被察觉。铅是一种累积性毒物，它很容易被肠胃道吸收，其中一部分破坏血液使红血球分解，部分通过血液扩散到全身器官和组织，并进入骨骼。而沉积在内脏器官及骨髓中的铅化合物由体内排出的速度极慢，逐渐形成慢性中毒。

随着各国环保意识的增强，很多国家开始关注含铅低熔点电子玻璃引发的一系列污染问题，纷纷出台了有关政策或采取有关措施。例如美国国家电子制造业协会已完成无铅制备电子器件的开发，日本各主要电子产品公司已给出应用无铅材料的时间表。欧盟电器及电子设备废弃物处理法(Waste Electrical and Electronic Equipment.WEEW)提出，2008年将禁止使用含Pb、Cd、Hg等重金属的材料。各国政府积极支持从事环保课题的研究和发展，主要是废弃物回收、环保设备免税，增加无重金属环保电子材料的开发资金投入。

近年来的研究发现，铋系低熔点电子玻璃可以替代当前广泛使用的含铅低熔点电子玻璃，有望解决长期以来含铅低熔点电子玻璃对环境的污染问题。

JP-A-2002-122770公开了一种用于涂敷基片的无铅低熔点玻璃，这种玻璃含有0.1-25wt％SiO₂、1-50wt％B₂O₃、1-45wt％ZnO、20-90wt％Bi₂O₃、0.1-40wt％V₂O₅、0-5wt％Nb₂O₅、0-20wt％R₂O，其中R为Li、Na或K，以及0-20wt％RO，其中R为Mg、Ca、Sr或Ba。这种玻璃在30-300℃的范围内的热膨胀系数为65×10^-7/℃至100×10^-7/℃；并且其软化点不高于630℃。

JP-A-9-278483中公开了一种含20-80wt％Bi₂O₃、5-35wt％B₂O₃、0-35wt％BaO、0-30wt％SrO的铋基玻璃组合物，其中和BaO的SrO总量为5wt％到40wt％。

JP-A-2000-128574中公开了一种含30-50wt％Bi₂O₃、10-40wt％B₂O₃和总量为1-10wt％的BaO和SrO的铋基玻璃组合物。这种玻璃组合物的热膨胀系数高于100×10^-7/℃。

【发明内容】

本发明的主要目的在于针对低熔点电子玻璃中含有铅、Ti₂O等剧毒及锡、锆等金属氧化物的缺陷提供一种电子浆料无铅低熔点介质玻璃，该低熔点电子玻璃粉无铅，环保，熔点低，介电性能好，具有广泛的市场发展前景。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种电子浆料无铅低熔点介质玻璃，原料按重量百分比组成为：

Bi₂O₃            70～85％

B₂O₃             9～24％

ZnO              0.1～10％

Al₂O₃            0.1～5％

SiO₂             0～3％

所述的Bi₂O₃优选为75～85％，最佳为80％；

所述的B₂O₃优选为9～19％，最佳为10％；

所述的ZnO优选为1～5％，最佳为3％；

所述的Al₂O₃优选为1～4％，最佳为3％；

所述的SiO₂优选为1～2％，最佳为1％。

一种电子浆料无铅低熔点介质玻璃的制备方法，具体步骤为，

(1)按照各组分的重量百分比称取各原料；

(2)将所称取的原料充分混合；

(3)将混合后的混合料放入坩埚中，然后放入炉温为1100℃～1200℃的电炉中，保温2～4h；

(4)将熔化后的玻璃液倒入压片机压成薄片或者倒入冷水中或浇铸成一定的形状；

(5)将片状或者颗粒状玻璃放入球磨机球磨；

(6)将球磨后的玻璃粉过筛、检测、包装。

本发明一种电子浆料无铅低熔点介质玻璃的积极效果是：

(1)本发明不含铅，满足WEEE、RoHS指令的环保要求，可以在保持较低的玻璃软化温度下实现在电路基板上面进行涂敷；

(2)适用范围广，具有较宽的性能调整范围，同时还可以和在此温度和膨胀系数相符的玻璃、陶瓷、金属封接，封接性能良好；

(4)测试结果表明，不仅具有适宜且易于调整的热膨胀系数，合适的软化温度，还具有优异的介电性能，特别在无铅化和性能优异方面具有很强的竞争力，具有性价比高的优点，具有广泛的市场发展前景。

无铅低熔点介质玻璃可以根据所用产品的特点以及要求制备成条状、柱状、平板装、粉状以及压制成所需要的形状。

【具体实施方式】

以下通过具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

本发明提供一种可广泛应用于电路基板的涂敷、电阻元器件和电子浆料的添加剂、各种平板玻璃的封接等，具有低熔点、介电性能好、无毒、无污染的优点，以满足市场对无铅化低熔点电子玻璃粉的需求。

其中，所述的无铅低熔点介质玻璃包括如下按重量比组成的组分：

Bi₂O₃             70～85％

B₂O₃              9～24％

ZnO               0.1～10％

Al₂O₃             0.1～5％

SiO₂              0～3％

以下提供本发明无铅低熔点电子玻璃的具体实施方式。以下列举4种组分不同且具有不同膨胀系数和不同介电性能的无铅低熔点介质玻璃，将他们的组分及性能参数列举在以下表一中。

表一

实施例	1	2	3	4
					Bi2O3	85	80	75	70
B2O3	9	11	12	24
					ZnO	3	3	10	3
Al2O3	2	3	3	3
					SiO2	1	3	0	0
烧结温度(℃)	480	475	500	510
					膨胀系数(×10-7/℃)	87.1	80.3	82.6	78.9
体积电阻率(×1012Ω·cm)	8.84	44.2	177	133
					介电损耗	0.001573	0.002727	0.002345	0.002031

以上表一中，每一种无铅低熔点介质玻璃都是按照下面的方法制备获得：

(1)按照各组分的重量百分比称取各原料；

(2)将所称取的原料充分混合；

(3)将混合后的混合料放入坩埚中，然后放入炉温为1100℃的电炉中，保温2h；

(4)将熔化后的玻璃液倒入压片机压成薄片或者倒入冷水中或浇铸成一定的形状；

(5)将球磨后的玻璃粉过筛、检测、包装。

膨胀系数采用WRP-1微机热膨胀仪测量，玻璃样品为

规格的圆柱体试样，由室温升至300℃，升温速率为5℃/min。玻璃的软化温度采用CRY-IP中温差热分析仪测定，升温速率为15℃/min。体积电阻率的测试样品为直径3cm，厚度为0.2cm的圆片形玻璃试样，测试前在101-I型电热鼓风箱加热30min，然后在试样的圆形双面涂抹导电银浆，放入鼓风箱中加热1h，采用ZC43型超高阻计，直流高压测试电源选250V档，测试温度为50℃。介电损耗采用STD-A陶瓷介质损耗角正切及介电常数测试仪(常温)测量，试样为测试体积电阻率的玻璃样品。

值得注意的是，本发明可根据对温度、电性能及膨胀系数的具体要求提供与之匹配的无铅低熔点介质玻璃，其方法在于选用不同的组分构成玻璃从而获得多种具有不同膨胀系数的无铅低熔点介质玻璃。

最后所应说明的是：以上实施例仅用于说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种电子浆料无铅低熔点介质玻璃，其特征在于，原料按重量百分比组成的组分为，Bi₂O₃为70～85％，B₂O₃为9～24％，ZnO为0.1～10％，Al₂O₃为0.1～5％，SiO₂为0～3％。

2.根据权利要求1所述的一种电子浆料无铅低熔点介质玻璃，其特征在于，所述的Bi₂O₃为75％～85％；所述的B₂O₃为9％～19％。

3.根据权利要求2所述的一种电子浆料无铅低熔点介质玻璃，其特征在于，所述的Bi₂O₃为80％；所述的B₂O₃为10％。

4.根据权利要求1所述的一种电子浆料无铅低熔点介质玻璃，其特征在于，所述的ZnO为1％～5％；所述的Al₂O₃为1％～4％。

5.根据权利要求4所述的一种电子浆料无铅低熔点介质玻璃，其特征在于，所述的ZnO为3％；所述的Al₂O₃为3％。

6.根据权利要求1所述的一种电子浆料无铅低熔点介质玻璃，其特征在于，所述的SiO₂为1％～2％。

7.根据权利要求6所述的一种电子浆料无铅低熔点介质玻璃，其特征在于，所述的SiO₂为1％。

8.一种电子浆料无铅低熔点介质玻璃的制备方法，包括步骤：

(1)按照各组分的重量百分比称取各原料；

(2)将所称取的原料充分混合；

(3)将混合后的混合料放入坩埚中，然后放入炉温为1100℃～1200℃的电炉中，保温2～4h；

(4)将熔化后的玻璃液倒入压片机压成薄片或者倒入冷水中或浇铸成一定的形状；

(5)将片状或者颗粒状玻璃放入球磨机球磨；

(6)将球磨后的玻璃粉过筛、检测、包装。