CN101549957A - 用于电子浆料的Bi2O3-B2O3系无铅玻璃粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于电子浆料的Bi₂O₃－B₂O₃系无铅玻璃粉及其制备方法，组成：Bi₂O₃，B₂O₃，ZnO，Sb₂O₃，Al₂O₃，其重量百分比为40％～70％∶15％～50％∶1％～10％∶2％～8％∶0.1％～5％；制备，(1)称取原料；(2)混合；(3)放入坩埚中，然后放入电炉中，保温；(4)将玻璃液压成薄片或者进行淬火处理；(5)将片状或者颗粒状玻璃、添加剂和球磨介质乙醇溶液放入球磨机进行球磨；(6)将球磨后的玻璃粉体进行过筛、检测、包装。本发明的无铅玻璃粉广泛应用于各类基板的无机粘结相，各类导电浆料，电阻浆料中，具有低熔点、高电阻率、低机电损耗，无污染；制备方法简单，适合于工业化生产。

Description

用于电子浆料的Bi2O3-B2O3系无铅玻璃粉及其制备方法

技术领域

本发明属玻璃粉及其制备领域，特别是涉及用于电子浆料的Bi₂O₃-B₂O₃系无铅玻璃粉及其制备方法。

背景技术

电子浆料是制造电子元器件，应用于微电子工业，HDI(high density interconnect)技术的重要组成部分，广泛的应用于集成电路元件的导电连接，电磁屏蔽材料，导电或抗静电涂料。

作为IC、LSI等集成电路用的导电材料，应用于电位器、厚膜混合集成电路、敏感元件等电子行业的各个领域。用作独石电容器、滤波器、碳膜电位器、圆形(或片形)钽电容器、薄膜开关、半导体芯片粘结等电子元件的主要电极材料。用于制造微加热器被广泛的应用到气敏，流速感应其他微系统中，由硅，LTCC，氧化铝基板，电阻系统，导电材料组成。目前能生产在400℃使用的微加热器。

目前国内电子浆料的研究并不多，也不成气候，研究也着眼于银粉方面，而电子浆料中作为粘结剂的无铅玻璃粉基本都是采用进口形式，相关的研究成果以及技术都掌握在国外的企业手中，如杜邦，3M，Ferro，旭硝子等。

在导电浆料中通常含有5～10wt％的玻璃粘结剂，而在电阻浆料中玻璃粘结剂的含量可高达50％以上，由于玻璃粘结剂的性能直接影响电子产品的质量，如玻璃的熔封温度影响到电子产品金属部件封装时的氧化和变形，玻璃的膨胀系数影响到它与陶瓷玻璃基板的结合性、密着性和抗拉强度，玻璃的电阻率和介电性质则直接影响到电子产品质量和寿命，因此对电子浆料中玻璃粘结剂的研究不仅可以促进电子玻璃的发展，而且可以促进电子浆料的发展，由于目前全世界对环保的认识愈益深刻，欧盟也实施禁止含铅电子类产品的生产和销售^[3]，在电子浆料的玻璃粘结剂中需要取代以往的PbO体系。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供用于电子浆料的Bi₂O₃-B₂O₃系无铅玻璃粉及其制备方法，该Bi₂O₃-B₂O₃系无铅玻璃粉广泛应用于各类基板的无机粘结相，各类导电浆料，电阻浆料中，具有低熔点、高电阻率、低机电损耗，无污染；制备方法简单，适合于工业化生产。

本发明的用于电子浆料的Bi₂O₃-B₂O₃系无铅玻璃粉，组成包括：Bi₂O₃，B₂O₃，ZnO，Sb₂O₃，Al₂O₃，其重量百分比为40％～70％∶15％～50％∶1％～10％∶2％～8％∶0.1％～5％。

所述的Bi₂O₃优选为45％～55％，最佳为50％。

所述的B₂O₃优选为35％～45％，最佳为40％。

所述的Sb₂O₃优选为3％～4％，最佳为3.5％。

所述的ZnO优选为4％～6％，最佳为5％。

所述的Al₂O₃优选为1％～2％，最佳为1.5％。

所述的玻璃粉中可外加色素组分。

所述的Bi₂O₃-B₂O₃系无铅玻璃粉，其膨胀系数60～80×10^-7/℃，熔封温度500～650℃，在80～200℃范围内，玻璃体积电阻率在10¹¹～10¹³Ω·cm范围内变化，在更高温度下瞬时烧结，适用于太阳能光伏电池基板及单晶硅、多晶硅的封装，适用于以氧化铝陶瓷、莫来石陶瓷、太阳能光伏电池、PDP等离子显示器为基板的电子元器件的电极浆料、导电浆料中。

在这里Bi₂O₃＜40％时，玻璃的结晶化程度较大，使用温度增加，电热学稳定性变差，强度增加；当Bi₂O₃＞70％时，随着氧化铋的增多，非桥氧数目增多，桥氧争夺更为激烈。Bi₂O₃以铋氧四面体[BiO₄]参与了网络的结构构建，并局部破坏了B-O-B键，使玻璃的熔融温度降低，流动性增大，膨胀系数升高，但是，成本上升，最好的范围在45％～55％。

当B₂O₃＜15％时，B₂O₃对降低玻璃软化点的作用不明显，同时，加速玻璃的澄清和降低玻璃的结晶能力下降；当B₂O₃＞50％时，在熔制玻璃的过程中，B₂O₃随水蒸气的挥发，在玻璃液表面上因B₂O₃挥发减少，会产生析晶料皮，当B₂O₃引入量过高时，由于硼氧三角体增多，玻璃的膨胀系数等反而增大，其最好的范围在35％～45％。

当Sb₂O₃＜8时能够调节玻璃软化温度，增大膨胀系数以八面体形式的网络外提存在，但过大由于Sb₂O₃＞8时活性大，玻璃中的溶解性差，会使表面结膜。

当ZnO＜2时，其降低玻璃的膨胀系数、提高玻璃的化学稳定性、热稳定性和折射率的作用不明显；当ZnO＞10时，会使玻璃易于析晶，适当的含量可以提高烧结后浆料的可焊度，其最好的范围在4％～6％。

当Al₂O₃＜0.1时，作为网络中间体，其降低玻璃结晶倾向，调整玻璃的化学结构、热稳定性、机械强度、硬度和折射率的效果不明显；当Al₂O₃＞5时，充当体系网络中间体，增大了玻璃的软化温度，其最好的范围在1％～2％。

本发明的用于电子浆料的Bi₂O₃-B₂O₃系无铅玻璃粉的制备方法，包括：

(1)按照重量百分比为40％～70％∶15％～50％∶1％～10％∶2％～8％∶0.1％～5％，称取Bi₂O₃，B₂O₃，ZnO，Sb₂O₃，Al₂O₃原料；

(2)将称取的原料充分混合均匀；

(3)将混合后的混合料放入坩埚中，然后放入炉温为1200℃-1500℃的电炉中，保温45min-60min；

(4)将步骤(3)熔化后的玻璃液倒入压片机压成薄片或者倒入冷水进行淬火处理，得到片状或者颗粒状玻璃；

(5)将片状或者颗粒状玻璃、添加剂硬脂酸和球磨介质乙醇溶液一起放入球磨机进行球磨，硬脂酸占片状或颗粒状玻璃粉质量的3％-5％；

(6)将球磨后的玻璃粉体进行过筛、检测、包装。

用于电子浆料的Bi₂O₃-B₂O₃系无铅玻璃粉制备成细粉状表面改性后使用。

有益效果

(1)本发明不含铅，满足WEEE、RoHS指令的环保要求；

(2)适用范围广，具有较宽的性能调整范围，同时还可以在此温度和膨胀系数匹配的玻璃、陶瓷基板上使用；

(3)通过对加入添加剂的选取不同，可实现与有机相混合后分散情况的调整，膨胀系数的调整，满足不同客户的个性化需求；

(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，还具有优异的化学稳定性，较高的电阻率和较低的介电损耗，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。

附图说明

图1实施例4的IR曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例

(1)按照表1按照不同组成的质量百分比称取各原料；

(2)将称取的原料充分混合均匀；

(3)将混合后的混合料放入坩埚中，然后放入炉温为1200℃的电炉中，保温45min；

(4)将熔化后的玻璃液倒入压片机压成薄片或者倒入冷水进行淬火处理。

(5)将片状或者颗粒状玻璃、添加剂硬脂酸和球磨介质乙醇溶液一起放入球磨机进行球磨，硬脂酸约占片状或颗粒状玻璃粉质量的3％；

(6)将球磨后的玻璃粉体进行过筛、检测、包装。

值得注意的是，本发明可根据具体选择基板的特性以及对温度及膨胀系数的具体要求提供与之匹配的电子浆料无机粘结剂，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机粘结剂。

表1

Claims (9)

1.用于电子浆料的Bi₂O₃-B₂O₃系无铅玻璃粉，组成包括：Bi₂O₃，B₂O₃，ZnO，Sb₂O₃，Al₂O₃，其重量百分比为40％～70％∶15％～50％∶1％～10％∶2％～8％∶0.1％～5％。

2.根据权利要求1所述的用于电子浆料的Bi₂O₃-B₂O₃系无铅玻璃粉，其特征在于：所述的Bi₂O₃的重量百分比为45％～55％，B₂O₃重量百分比为35％～45％，Sb₂O₃重量百分比为3％～4％，ZnO重量百分比为4％～6％，Al₂O₃重量百分比为1％～2％。

3.根据权利要求1所述的用于电子浆料的Bi₂O₃-B₂O₃系无铅玻璃粉，其特征在于：所述的Bi₂O₃的重量百分比为50％，B₂O₃重量百分比为40％，Sb₂O₃重量百分比为3.5％，ZnO重量百分比为5％，Al₂O₃重量百分比为1.5％。

4.根据权利要求1所述的用于电子浆料的Bi₂O₃-B₂O₃系无铅玻璃粉，其特征在于：所述的玻璃粉中外加色素组分。

5.根据权利要求1所述的用于电子浆料的Bi₂O₃-B₂O₃系无铅玻璃粉，其特征在于：所述的Bi₂O₃-B₂O₃系无铅玻璃粉，其膨胀系数60～80×10^-7/℃，熔封温度500～650℃，在80～200℃范围内，玻璃体积电阻率在10¹¹～10¹³Ω·cm范围内变化，在更高温度下瞬时烧结。

6.用于电子浆料的Bi₂O₃-B₂O₃系无铅玻璃粉的制备方法，包括：

(1)按照重量百分比为40％～70％∶15％～50％∶1％～10％∶2％～8％∶0.1％～5％，称取Bi₂O₃，B₂O₃，ZnO，Sb₂O₃，Al₂O₃原料；

(2)将称取的原料充分混合均匀；

(3)将混合后的混合料放入坩埚中，然后放入炉温为1200℃-1500℃的电炉中，保温45min-60min；

(4)将步骤(3)熔化后的玻璃液倒入压片机压成薄片或者倒入冷水进行淬火处理，得到片状或者颗粒状玻璃；

(5)将片状或者颗粒状玻璃、添加剂硬脂酸和球磨介质乙醇溶液一起放入球磨机进行球磨，硬脂酸占片状或颗粒状玻璃粉质量的3％-5％；

(6)将球磨后的玻璃粉体进行过筛、检测、包装。

7.根据权利要求6所述的用于电子浆料的Bi₂O₃-B₂O₃系无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于：用于电子浆料的Bi₂O₃-B₂O₃系无铅玻璃粉制备成细粉状表面改性后使用。

8.根据权利要求1所述的用于电子浆料的Bi₂O₃-B₂O₃系无铅玻璃粉，其特征在于：所述的Bi₂O₃-B₂O₃系无铅玻璃粉适用于太阳能光伏电池基板及单晶硅、多晶硅的封装。

9.根据权利要求1所述的用于电子浆料的Bi₂O₃-B₂O₃系无铅玻璃粉，其特征在于：所述的Bi₂O₃-B₂O₃系无铅玻璃粉适用于以氧化铝陶瓷、莫来石陶瓷、太阳能光伏电池、PDP等离子显示器为基板的电子元器件的电极浆料、导电浆料中。

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