CN101624263B - 电子浆料用低熔点中性无公害玻璃及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电子浆料用低熔点中性无公害玻璃及其制备方法，其玻璃包括：10-30mol％的SiO2，30-76mol％的Bi2O3，1-5mol％的Al2O3，1-6mol％的ZnO，2-6mol％的MgO，1-3mol％的Na2O，2-12mol％的B2O3，1-3mol％的V2O5。该电子浆料用低熔点中性无公害玻璃粉的特征在于软化温度为380-450℃，根据玻璃中酸性氧化物和碱性氧化物组成成分的计算，熔制出呈中性的低熔点无公害玻璃，该玻璃在酸性或碱性气氛下烧结，化学稳定性良好，不包含Pb、Cd、Tl、Te、As、Cr、Sb、Hg、Co等环境要求所禁用的有毒有害元素，广泛用作电子浆料中的粘接相。

Description

电子浆料用低熔点中性无公害玻璃及其制备方法
技术领域
本发明涉及电子浆料用玻璃及制备方法，特别是涉及电子浆料用低熔点中性无公害玻璃粉及制备方法。
背景技术
低熔点玻璃广泛用作电子浆料中的粘接相。电子浆料的导电浆料和电阻浆料中通常都含有5-30wt％的低熔点玻璃作为烧结时的粘结相，而电子浆料又广泛应用于混合集成电路中的导体、电阻、开关、电容、传感器、显示器、加热器、除霜器、汽车电子、低温共烧陶瓷等等。目前我国广泛使用的低熔点玻璃都含有大量Pb、Cd、Tl、Te、As、Cr、Sb、Hg、Co等环境要求所禁用的有毒有害元素，这些物质的大量使用加剧了资源的开采和对环境、人体的危害，因此无公害化是电子产品产业发展的法规要求。为了更好的维护人类赖以生存的生活环境，实现社会经济的可持续发展，全球节能环保法律法规不断建立和强化，欧盟、美国、日本等国出台了相关指令和法规，我国信息产业部也制定了《电子信息产业部污染防护管理办法》，全面限制或禁止电子产品中使用铅、汞、镉等有毒有害元素，因此，在电子产业中有必要寻找多种氧化物来替代这些有害元素，满足低熔点烧结电子浆料的要求。率先开发出具有广泛应用前景的不含电子产品禁用元素的低熔点玻璃将形成技术或标准壁垒。
电子浆料是由金属粉、玻璃粉、有机载体组成的糊状物，丝网印刷在各类基体上，烧结后形成电极(导体)，如果金属粉中含有两性物质，就必须对电子浆料中玻璃的酸碱性予以关注，最好为中性玻璃。若玻璃中酸性氧化物成分较多，在烧结时会与浆料中的两性物质发生反应，基体表面出现腐蚀、粉化等现象；若玻璃中碱性氧化物成分较多，烧成时会使基体表面变黑，电极(导体)功能失效等现象。
一般玻璃中的氧化物按其酸碱性标度可分为三类：
1).酸性氧化物SiO2 TiO2 P2O5 B2O3 V2O5
2).碱性氧化物K2O Na2O CaO MgO BaO FeO ZnO
3).中性氧化物Al2O3
根据热力学函数的方法，确定氧化物中元素气态正离子对氧离子O2-的亲合势相对标度b，b为氧化物的酸碱性标度。碱性标度b在一定程度上反映了氧化物的碱性强弱。当碱性标度b＜0时，氧化物呈碱性；当碱性标度b＞0时，氧化物呈酸性；当碱性标度b＝0时，氧化物呈中性。因此，玻璃的酸碱性表示如下：
A+B＜0碱性    A+B＞0酸性    A+B＝0中性
其中：
A＝b1M1+b2M2+……bnMn  即A＝∑biMi
B＝b1N1+b2N2+……bnNn  即B＝∑bjNj
b1、b2……bn为玻璃组分中各氧化物的碱性标度，M1、M2……Mn为玻璃组分中各酸性氧化物的摩尔分数，N1、N2……Nn为玻璃组分中各碱性氧化物的摩尔分数。
常规电子浆料中的玻璃大多偏酸或偏碱，本发明中使用微量碱金属或碱土金属的氧化物来调整玻璃的酸碱度，使得A+B＝0，满足电子浆料用低熔点中性玻璃的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种电子浆料用低熔点中性无公害玻璃粉及其制备方法，本发明的电子浆料用低熔点中性无公害玻璃，至少包含10-30mol％的SiO2，30-76mol％的Bi2O3，1-5mol％的Al2O3，经过混合、熔制而成。
所述的玻璃粉中还包括1-6mol％的ZnO；
所述的玻璃粉中含有2-12mol％的B2O3
所述的玻璃粉中含有1-3mol％的V2O5
所述的玻璃粉中含有1-6mol％的MgO
所述的玻璃粉中含有1-3mol％的Na2O
所述的玻璃粉在使用时其颗粒大小不能大于4μm：
本发明的一种电子浆料用低熔点中性无公害玻璃粉的制备方法，包括下列步骤：
(1)按照比例称取各氧化物，充分混合均匀，装入瓷坩锅；
(2)放入箱式电阻炉中，升温至1100-1250℃，保温30分钟熔融；
(3)将熔化后的玻璃液倒入冷水中，水淬；
(4)将水淬后的玻璃装入球磨罐(球料比为2.5∶1)，转速50转/分，球磨72小时，在60-80℃烘干，过筛，得到平均粒径＜4μm，装袋备用。
所述的玻璃为无公害、酸碱度呈中性，软化温度为380-450℃
本发明中Bi2O3具有降低玻璃软化点、使玻璃在烧结时具有较好的流动、润湿性以及调节玻璃热膨胀系数，但Bi2O3含量太少，这些作用会变得不够或者不明显，含量太高，热膨胀系数可能会变得太大。B2O3、V2O5提高玻璃的热稳定性、化学稳定性，增加玻璃的折射率，改善玻璃的光泽，提高玻璃的机械性能，还起到助熔剂的作用。ZnO能降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的化学稳定性和热稳定性，折射率。SiO2和Al2O3的加入能降低玻璃的析晶倾向，提高玻璃的化学稳定性、热稳定性、机械强度、硬度和折射率，可用来调节玻璃的膨胀系数和封接温度。Na2O、MgO主要是降低熔炼温度、软化点以及调整玻璃的酸碱度。
本发明的有益效果：
(1)本发明的玻璃去除了大量有毒有害物质，具有较低的软化温度及烧结温度，酸碱度呈中性，具有优良的化学稳定性；
(2)无公害、制备工艺简单，操作方便，成本低；
(3)广泛适用于中低温烧结用电子浆料。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但本发明并不限于下述实施例中。
实施例1
按表1的组成比例配料并混合均匀，装入瓷坩锅；放入箱式电阻炉中，升温至1150℃，保温30分钟熔融，将熔化后的玻璃液倒入冷水中，水淬；将水淬后的玻璃装入球磨罐(球料比为2.5∶1)，转速50转/分，球磨72小时，在70℃烘干，过筛，得到平均粒径＜4μm，装袋备用。
表1  玻璃组成
  成分   组成(mol％)
  SiO2   20
  Bi2O3   57
  Al2O3   4
  ZnO   4.5
  B2O3   10
  V2O5   3
  Na2O   1.5
本发明按以上实例制备，所得玻璃的软化温度为380℃，酸碱度呈中性，无公害，适用于中低温烧结的电子浆料。
实施例2
按表2的组成比例配料并混合均匀，装入瓷坩锅；放入箱式电阻炉中，升温至1175℃，保温30分钟熔融，将熔化后的玻璃液倒入冷水中，水淬；将水淬后的玻璃装入球磨罐(球料比为2.5∶1)，转速50转/分球磨72小时，在70℃烘干，过筛，得到平均粒径＜4μm，装袋备用。
表2  玻璃组成
  成分   组成(mol％)
  SiO2   25
  Bi2O3   55
  Al2O3   4
  B2O3   11
  MgO   1.5
  V2O5   2
  Na2O   1.5
本发明按以上实例制备，所得玻璃的软化温度为400℃，酸碱度呈中性，无公害，适用于中低温烧结的电子浆料。

Claims (6)

1.一种电子浆料用低熔点中性无公害玻璃粉，其特征在于成分如下：至少包含10-30mol％的SiO2，30-76mol％的Bi2O3，1-5mol％的Al2O3，经过混合、熔制而成，所述的玻璃粉中还包括1-3mol％的V2O5，所述的玻璃粉中还包括1-3mol％的Na2O。
2.根据权利要求1所述的一种电子浆料用低熔点中性无公害玻璃粉，其特征在于：所述的玻璃粉中还包括1-6mol％的ZnO。
3.根据权利要求1所述的一种电子浆料用低熔点中性无公害玻璃粉，其特征在于：所述的玻璃粉中还包括2-12mol％的B2O3。
4.根据权利要求1所述的一种电子浆料用低熔点中性无公害玻璃粉，其特征在于：所述的玻璃粉中还包括2-6mol％的MgO。
5.一种电子浆料用低熔点中性无公害玻璃粉的制备方法，其特征在于包括下列步骤：
(1)按照权利要求1的配比，称取各氧化物，充分混合均匀，装入瓷坩锅；
(2)放入箱式电阻炉中，升温至1100-1250℃，保温30分钟熔融；
(3)将熔化后的玻璃液倒入冷水中，水淬；
(4)将水淬后的玻璃装入球磨罐，球料比为2.5∶1，转速50转/分，球磨72小时，在60-80℃烘干，过筛，得到平均粒径＜4μm，装袋备用。
6.据权利要求5所述的一种电子浆料用低熔点中性无公害玻璃粉的制备方法，其特征在于：所述的玻璃的软化温度为380-450℃。
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