CN101619159A - 电子浆料及其在电子器件中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子浆料及其在电子器件中的应用，该电子浆料包括有机载体和无机粉体，其中有机载体包括至少两种具有不同平均分子量的单分散性的树脂粘合剂的组合。采用该电子浆料形成的电子器件中的涂层，在经受高温烧结过程中不易出现气泡和针孔。

Description

电子浆料及其在电子器件中的应用

技术领域

本发明涉及电子浆料及其在电子器件制造中的应用。

背景技术

电子浆料是集材料、冶金、化工、电子技术于一体的电子功能材料，是混合集成电路、敏感元件、表面组装技术、电阻网络、显示器，以及各种电子分立元件等的基础材料。经过丝网印刷、流平、烘干、烧结等工艺，电子浆料可以在陶瓷、玻璃、有机聚合物等基片上固化形成导电膜，可制成厚膜集成电路、电阻器、电阻网络、电容器、多层陶瓷电容器(MLCC)、导体油墨、太阳能电池电极、LED冷光源、有机发光显示器(OLED)、印刷及高分辨率导电体、薄膜开关/柔性电路、导电胶、敏感元器件及其它电子元器件。电子浆料以高质量、高效益、技术先进、适用广等特点在信息、电子领域占有重要地位，广泛应用于航空、航天、电子计算机、测量与控制系统、通信设备、医用设备、汽车工业、传感器、高温集成电路、民用电子产品等诸多领域。电子浆料有多种分类方法，按用途可分为导体浆料、电阻浆料、介质浆料和磁性浆料。

电子浆料一般由功能性粉体和有机载体组成。功能性粉体是电子浆料的功能性成分，在导电性浆料中一般为银粉、铜粉等良导电金属的粉末，在介质浆料中则一般为无机玻璃粉体。在例如背投的应用中，可以是具有某些光学功能例如抑制光散射的无机物粉末，以及一些起着色剂功能的粉体，例如无机颜料。有机载体是浆料中起辅助作用的成分，其主要由树脂粘结剂和溶剂组成，树脂粘结剂和溶剂分别在干燥和/或烧结过程中从形成的浆料涂层中分解或直接挥发出来，虽然有机载体并没有在最终形成的功能性涂层中发挥作用，但它是形成浆料涂层并保证其具有特定的功能的关键，它直接影响着浆料的施工过程和贮存性能。

当功能性粉体按照一定的方式分散到有机载体中，无机粉体粒子会在浆料的贮存过程中发生团聚而沉降。为防止沉降过程的发生，可通过增加浆料中树脂的含量或者加入增稠剂来提高浆料的整体粘度，但是这将会对浆料的施工过程带来麻烦并造成成本的提高；此外，也可以通过对功能性粉体进行表面处理，增加粉体粒子之间的相互排斥作用，这也会使加工过程及成本增加。另外，在浆料涂层的烧结过程中，有机树脂会在达到最终的烧结温度之前分解，一般有机树脂的热膨胀系数高于无机粉体粒子，这样，在达到分解温度之前树脂所占据的无机粉体粒子之间的间隙会增大，若有机树脂的分解温度范围窄，则有机树脂分解时会造成无机粉体粒子之间的间隙大，无法被有效填充，会在最终形成的涂层中形成气泡、针孔等缺陷，造成涂层电气性能的降低。

发明内容

本发明的目的解决现有的电子浆料在干燥或烧结过程中因快速分解而产生气泡、针孔的问题。

本发明因此提供一种电子浆料，包括有机载体和无机粉体，其中有机载体包括至少两种平均分子量的树脂粘合剂的组合。

该有机载体中包含两种或者多种具有不同平均分子量的单分散性有机树脂，平均分子量较大的树脂更容易形成分子链之间的缠结从而起到了增稠剂及流变调节剂的作用，防止浆料中无机粉体粒子的沉降，有利于改善浆料的贮存稳定性；同时，采用不同平均分子量的有机树脂进行混合制备的有机载体扩大了有机树脂的分解温度范围，从而避免了在某个温度点附近浆料涂层中发生分解的树脂量过高，减少了浆料涂层中气泡、针孔等缺陷的产生；此外，使用该有机载体还可在各组分重量含量一定的条件下对浆料的粘度进行调整。

采用本发明的电子浆料在电子器件上形成涂层时具有工艺简单的优点。

具体实施方式

根据本发明的电子浆料主要由无机粉体和树脂组合物组成。所谓“主要由……组成”并不是狭义地指在含量数量上的优势，而是说无机粉体和树脂组合物是主要的功能成分。在某些情况下，它们在电子浆料中的含量可以低于某种其他成分，例如溶剂。在多数情况下，该电子浆料还可以含有其他辅助成分，例如分散剂、消泡剂、流平剂、触变调节剂等。

本文中，术语“单分散性”是指树脂分子量分布比较均一，尤其是，在采用分子量测试设备测定分子量分布时表现出单一分布峰。

用在本发明中的无机粉体可以是现有技术中已经在电子浆料中使用的所有种类的无机物，例如导电粉末、用作粘接剂的玻璃粉末以及用于调节光学效果的无机材料，例如遮光材料、吸光材料等。它们可以是金属，也可以是非金属；可以是单质，也可以是化合物，例如氧化物或盐。这些无机粉体的粒径大小取决于具体用途的不同。它们通常在100nm至100μm的范围内，优选不超过50μm，更优选不超过20μm。例如对于用于等离子体显示屏的介质层或电极的浆料，其粒径通常在不超过10μm。

用于本发明的树脂组合物是具有不同平均分子量的单分散性有机聚合物的组合物。该聚合物组合物可以由同种类但是具有不同平均分子量的单分散性聚合物组成，也可以是由不同种类具有不同平均分子量的单分散性树脂组合而成。树脂组合物中各成分种类和使用比例的选择通常需要考虑产品的最终用途、生产工艺、无机成分的种类等因素。这些因素会影响生产工艺中烧结所需要的最高温度。根据该最高温度来选择树脂成分的分子量和相对比例，使得该组合物可以在较宽的温度范围内分解。

这些树脂可以是本领域已经使用的所有种类的树脂，其中优选那些经烧结后灰分残留低的树脂。作为举例，可以用于本发明的树脂包括但不限于醇酸树脂、(甲基)丙烯酸树脂、(甲基)丙烯酸酯树脂、乙基纤维素、硝基纤维素等。通常情况下，所使用的树脂总重量占有机载体总重量的3～15％。如果低于3％，则会使形成的浆料膜层在经干燥之后粘结性差，变得松散而易脱落；如果高于15％，则会使烧结过程中的脱气时间延长及烧结收缩率的增大，并且增加了残留气泡的可能。

在少数情况下，上述树脂组合物中由于包含了大量低分子量的树脂而使得浆料的粘度足够低，以致足以将无机粉体充分分散，并且可以方便地涂覆。这时，不再需要额外的溶剂。

然而，在多数情况下，树脂单体或低聚物的成本要高于溶剂，所以从成本考虑，在本发明的电子浆料中使用适量的溶剂。使用的溶剂通常需要符合下面的条件：1)有较高的溶解度，能得到具有良好流动性的浆料；2)不与组合物中的其他组分发生反应；3)有适当的挥发性以适用于丝网印刷或者涂敷过程并能保证存贮过程中粘度的稳定。优选那些常压下沸点在150～300℃之间的高沸点有机溶剂。这样的溶剂包括脂肪醇、脂肪醇酯，例如乙酸酯和丙酸酯；萜烯，如松油醇；乙二醇及其酯，如乙二醇单丁基醚和丁基溶纤剂乙酸酯；卡必醇酯，如丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯和卡必醇乙酸酯；

(2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯)以及它们混和形成的溶剂。

上述有机载体的制备方法至少包含以下步骤：依次称量有机树脂及溶剂并置于带有搅拌装置的容器中；将容器置于50～80℃的水浴中，在不断搅拌下保温至得到均匀的溶液；将所得溶液过滤后得到所述的有机载体。

实施例

浆料的制备

按照预定的重量分别称取无机粉体于混合罐中，并加入预定重量的与之相应的有机载体，在高速剪切分散设备上进行分散混合，然后将混合好的浆料经过三轴辊轧机，进一步促进无机粉体的分散及其与有机载体的融合，至浆料中无机粉体的粒度小于5μm，将所得浆料经过过滤机过滤后进行真空脱泡即得最终的样品。

印刷及烧制条件

使用325目的不锈钢丝网进行印刷，将印刷好的玻璃基板置于150℃的干燥箱中约10分钟，测得干燥的膜层厚度约20μm。

所选择的烧制曲线为350℃保温脱气20分钟，然后升温至580℃并保温20分钟后降温。

实施例1

有机载体的制备：按照重量比1∶5∶10∶84分别称量乙基纤维素EC100、乙基纤维素EC4、丁基卡必醇乙酸酯及松油醇，在搅拌的条件下加热至60℃并保温至乙基纤维素完全溶解得到均一透明的溶液，过滤后得到所需的有机载体。

无机粉体的选择：无机粉体选择用于形成介质层的Bi-B-Si系玻璃粉体，通过气流粉碎或者球磨的方式加工得到，所得粉体的D90＜5μm。

浆料的制备：按照重量比7∶3将无机粉体和有机载体混合后，再高速剪切分散设备上进行分散混合，然后经过三轴辊轧机辊轧至无机粉体粒度小于5μm，将所得浆料过滤后进行真空脱泡。测定粘度为23pa·s。

将浆料置于4℃冷藏箱中放置3个月，未发生沉降，采用刮板粒度计测量细度小于5μm。以此浆料通过丝网印刷的方法在玻璃基板上制作样品，在干燥、烧结之后于显微镜下最高倍数800倍时进行观察，无气泡、针孔等不良。

实施例2

除按照重量比5∶1.5∶10∶83.5分别称量乙基纤维素EC20、乙基纤维素EC7、丁基卡必醇乙酸酯及松油醇配制有机载体，其余条件与实施例1相同，配制浆料。测定粘度为25pa·s。

将浆料置于4℃冷藏箱中放置3个月，未发生沉降，采用刮板粒度计测量细度小于5μm。以此浆料通过丝网印刷的方法在玻璃基板上制作样品，在干燥、烧结之后于显微镜下最高倍数800倍时进行观察，无气泡、针孔。

实施例3

除按照重量比6∶2∶2∶30∶60分别称量乙基纤维素EC10、聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯()及松油醇配制有机载体，其余条件与实施例1相同，配制浆料。测定粘度为27pa·s。

将浆料置于4℃冷藏箱中放置3个月，未发生沉降，采用刮板粒度计测量细度小于5μm。以此浆料通过丝网印刷的方法在玻璃基板上制作样品，在干燥、烧结之后于显微镜下最高倍数800倍时进行观察，无气泡、针孔。

比较例

除按照重量比6.5∶10∶83.5分别称量乙基纤维素EC20、丁基卡必醇乙酸酯及松油醇配制有机载体，其余条件与实施例1相同，配制浆料。测定粘度为30pa·s。

将浆料置于4℃冷藏箱中放置3个月，在储存罐的底部形成一层较硬的粉饼，取上层浆料采用刮板粒度计测量细度要高于10μm。以此浆料通过丝网印刷的方法在玻璃基板上制作样品，在干燥、烧结之后于显微镜下最高倍数800倍时进行观察，表面有较明显的网纹，并且有气泡、针孔存在而使介质层的透过率变差。

通过以上实施例可以看出，本发明采用不同分子量的树脂作为电子浆料的粘合剂，明显地消除形成层中的气泡、针孔，取得明显的有益效果。

以上结合少数的典型实施例对本发明的实施方式作了描述，但这些实施方式仅是出于示例的目的而不是限制本发明。应该理解的是，本领域技术人员可以在不背离本发明的范围和精神的前提下，对于具体实施方式进行变化和修改。同样地，除了以上提到的实施方式，在所附的权利要求中还可以发现许多具体实施方式。

Claims (5)

1.一种电子浆料，包括无机粉末和有机载体，其特征在于，所述有机载体包括至少两种具有不同平均分子量的单分散性的有机树脂的组合。

2.根据权利要求1所述的电子浆料，其中，所述有机载体还进一步含有溶剂。

3.根据权利要求1所述的电子浆料，其中，所述有机树脂包括醇酸树脂、(甲基)丙烯酸树脂、(甲基)丙烯酸酯树脂、乙基纤维素、硝基纤维素等。

4.根据权利要求1所述的电子浆料，其中，所述有机树脂的重量占有机载体总重量的3～15％。

5.权利要求1至4任一项所述的电子浆料在电子器件制造中的应用。