CN101740160A - 金属铝基板厚膜电路用介质浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属铝基板厚膜电路用的介质浆料及其制备方法。本发明的目的在于制备与金属铝基板相匹配的介质浆料。本发明的特征是将SiO₂、Na₂O、B₂O₃、K₂O、BaO、CaO、Co₂O₃、TiO₂、P₂O₅、V₂O₅、Sb₂O₃、Cr₂O₃组合制成微晶玻璃粉，然后由微晶玻璃粉与由松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、柠檬酸三丁酯、1，4-丁内酯、硝基纤维素、乙基纤维素、氢化蓖麻油、卵磷脂组成的有机粘结剂按微晶玻璃粉∶有机粘结剂为70-90份∶30-10份的重量比例置于容器中经搅拌和三辊轧机轧制后得到成品介质浆料。本发明主要用作印刷在金属铝基板上构成厚膜电路的介质浆料。

Description

金属铝基板厚膜电路用介质浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种介质浆料及其制备方法，更具体地说，是涉及一种金属铝基板厚膜电路用的介质浆料及其制备方法。

背景技术

随着厚膜电路元件向多层化和小型化的发展，对基板提出相应的力学及热学性能要求，特别是基板的导热性要求。金属铝板具有的密度小、延展性好和导热性好等性能使其有可能作为基板材料使用，但是由此又带来了膨胀系数与常用电子浆料的不匹配等问题。

金属铝作为基板材料对制备厚膜集成电路的介质浆料提出不同于一般介质浆料的技术要求。1、工艺性能：由于金属铝的熔化温度较低(660℃左右)，不能选用高温标准烧成工艺(850℃)，所以要求对应的介质浆料只能在低于铝的熔化温度下烧结，且有良好的附着力、匹配性，另外为满足元件电气性能要求，需在基板上多次丝网印刷、烘干、烧成等以获得足够厚度，由此对浆料提出更为复杂的技术要求，包括丝网印刷特性和多次重烧性(550℃)；2、物理性能：介质浆料在金属铝板表面通过丝印、烧成等工艺获得绝缘层，理想绝缘层的获得显然与介质浆料的功能相相关物理性能有关，这些性能包括膨胀性能；导热性能；耐热性能；与金属铝基板的键合力。3、电气性能：作为金属铝与电阻轨迹及电极之间的绝缘层，介质浆料经丝印烧成后应具备良好的电气性能，包括击穿强度；绝缘电阻；泄露电流。4、环保要求：当厚膜电路作为电子元件使用时，还应有不含有毒物质的要求，对相应电子浆料就是不含重金属如镉、铅、汞等元素。

目前，市面上基于不锈钢基板的厚膜电路用介质浆料已成熟并商品化，但应用于金属铝基板的介质浆料尚未见报道，而金属铝基板具有的密度小和高导热性能，以及优良的冷热加工成型性能和良好的韧性。在厚膜电路里面主要作为散热材料，或与电路模块机械绑定使用，或者采用贴片技术将电路模块与铝板组合使用，但机械绑定和贴片方式中电路与铝板之间的环氧胶均会造成导热性降低，同时，采用贴片技术工艺中线路容易起泡而造成废品，且电子元件工作环境温度不能过高，所以应用也受到限制。因此，为了拓宽厚膜电路可选用的基板的种类以及提高电子元件的性能，发明了与金属铝基板相匹配的介质浆料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属铝基板厚膜电路用的介质浆料及其制备方法，使得这种介质浆料能与金属铝基板相匹配，以解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：将微晶玻璃粉与有机粘结剂通过适当配比混合后经三辊轧机轧制即得成品介质浆料。

本发明的介质浆料的原料包括微晶玻璃粉和有机粘结剂，其特征在于：所述的各原料的重量配比为微晶玻璃粉70-90份，有机粘结剂30-10份，微晶玻璃粉由SiO₂、Na₂O、B₂O₃、K₂O、BaO、CaO、Co₂O₃、TiO₂、P₂O₅、V₂O₅、Sb₂O₃、Cr₂O₃组成，它们的重量配比依次为20-55份、5-20份、0-20份、0-20份、1-10份、0-5份、0-5份、3-27份、0-5份、0-10份、0-5份、0-5份；有机粘结剂由松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、柠檬酸三丁酯、1，4-丁内酯、硝基纤维素、乙基纤维素、氢化蓖麻油、卵磷脂组成，它们的重量配比依次为0-85份、0-85份、0-20份、2-20份、0.1-5份、0-3份、1-6份、0.1-5份、0.1-5份。

本发明的金属铝基板厚膜电路用介质浆料的制备方法，其特征在于以下步骤：

(1)制备微晶玻璃粉，将微晶玻璃粉的各组成物按上述比例范围在混料机中混合均匀后投入高温电炉熔炼，将熔炼所得熔体水淬，得到玻璃微渣，将玻璃微渣置于球磨机中研磨得到平均粒径不大于5微米的微晶玻璃粉；

(2)制备有机粘结剂，将有机粘结剂的各组成物按上述比例范围，于水浴炉中混合、溶解形成有机粘结剂并控制其粘度为100-300mPa·s；

(3)将上述制得的微晶玻璃粉和有机粘结剂按上述比例范围置于容器中搅拌后经三辊轧机轧制即得成品介质浆料。

本发明的有益效果是：

1、选用SiO₂-B₂O₃-Na₂O-K₂O系微晶玻璃粉作为介质相，通过与有机粘结剂结合、轧制后，能获得与金属铝基板相匹配的介质浆料。

2、由于采用本发明有机粘结剂组成物中多项主溶剂松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯和柠檬酸三丁酯组合取代传统的单项主溶剂，因而能更好地满足介质浆料在存放、印刷、烘干、烧成等工艺流程中的基本要求。

3、选用氢化蓖麻油作为触变剂，在有机粘结剂体系中形成良好的胶体结构，使浆料具有优良的触变性及防沉效果。

4、本发明的介质浆料印刷在金属铝基板上形成介质层具有击穿强度大、绝缘电阻高、能与金属铝基板的厚膜电路用电阻浆料及导体浆料相容。

附图说明

附图是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明及其具体实施方式作进一步详细说明。

参见附图，本发明的金属铝基板厚膜电路用介质浆料，它的原料包括微晶玻璃粉和有机粘结剂，其特征在于：所述的各原料的重量配比为微晶玻璃粉70-90份，有机粘结剂30-10份，微晶玻璃粉由SiO₂、Na₂O、B₂O₃、K₂O、BaO、CaO、Co₂O₃、TiO₂、P₂O₅、V₂O₅、Sb₂O₃、Cr₂O₃组成，它们的重量配比依次为20-55份、5-20份、0-20份、0-20份、1-10份、0-5份、0-5份、3-27份、0-5份、0-10份、0-5份、0-5份；有机粘结剂由松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、柠檬酸三丁酯、1，4-丁内酯、硝基纤维素、乙基纤维素、氢化蓖麻油、卵磷脂组成，它们的重量配比依次为0-85份、0-85份、0-20份、2-20份、0.1-5份、0-3份、1-6份、0.1-5份、0.1-5份。

本发明的金属铝基板厚膜电路用介质浆料的制备方法，其特征在于以下步骤：

(1)制备微晶玻璃粉，将微晶玻璃粉的各组成物按上述比例范围在混料机中混合均匀后投入高温电炉熔炼，将熔炼所得熔体水淬，得到玻璃微渣，将玻璃微渣置于球磨机中研磨得到平均粒径不大于5微米的微晶玻璃粉；

(2)制备有机粘结剂，将有机粘结剂的各组成物按上述比例范围，于水浴炉中混合、溶解形成有机粘结剂并控制其粘度为100-300mPa·s；

(3)将上述制得的微晶玻璃粉和有机粘结剂按上述比例范围置于容器中搅拌后经三辊轧机轧制即得成品介质浆料。

以下给出本发明的实施例：

实例1

微晶玻璃粉的制备，微晶玻璃粉的成分及重量配比：SiO₂20份、Na₂O 20份、K₂O 15份、BaO 1份、CaO 3份、TiO₂20份、P₂O₅5份、V₂O₅10份、Sb₂O₃5份；将上述组成物置于高温电炉中，熔炼温度1350℃，保温1小时，水淬，得到玻璃微渣，将玻璃微渣置于球磨机中研磨得到平均粒径不大于5微米的微晶玻璃粉；

有机粘结剂的制备及溶解工艺，有机粘结剂的成分及重量配比：松油醇75份、丁基卡必醇醋酸酯10份、柠檬酸三丁酯10份、1，4-丁内酯1份、硝基纤维素3份、氢化蓖麻油0.6份、卵磷脂0.4份，溶解工艺是将上述组成物于水浴炉中在85℃温度下混合、搅拌、溶解，保温4小时，制得有机粘结剂待用；

调浆工艺，将上述制得的微晶玻璃粉和有机粘结剂按75份∶25份的重量比例置于容器中搅拌后，制得浆料预产品，再经三辊轧机轧制即得成品介质浆料。

介质浆料性能列表如下：

颜色	固含量	粘度10RPM	丝网目数	烧成温度	稀释剂
						棕色	75％	50±20Pa·s	100目	550℃	柠檬酸三丁酯

当介质浆料在金属铝基板上烧成膜厚度大于100微米时，膜的性能如下表：

击穿强度	绝缘电阻	泄露电流
			＞1500VAC	＞10MΩ(500VDC)	＜2mA(250VDC)

实例2

微晶玻璃的重量配比：SiO₂40份、Na₂O 10份、B₂O₃10份、K₂O 20份、BaO 5份、Co₂O₃5份、TiO₂3份、V₂O₅1份、Sb₂O₃3份；

有机粘结剂重量配比及溶解工艺：松油醇40份、丁基卡必醇30份、丁基卡必醇醋酸酯10份、柠檬酸三丁酯10份、1，4-丁内酯2份、乙基纤维素5份、氢化蓖麻油2份、卵磷脂1份，溶解工艺是将上述有机粘结剂的各组成物于水浴炉中在温度90℃下混合、搅拌、溶解，保温4小时。

调浆工艺中微晶玻璃粉与有机粘结剂的重量配比为70份∶30份，产出的介质浆料的固含量为70％，其余同实例1

介质浆料性能列表如下：

颜色	固含量	粘度10RPM	丝网目数	烧成温度	稀释剂
						兰色	75％	50±20Pa·s	100目	550℃	柠檬酸三丁酯

当介质浆料在金属铝基板上烧成膜厚度大于100微米时，膜的性能如下表：

击穿强度	绝缘电阻	泄露电流
			＞1500VAC	＞10MΩ(500VDC)	＜2mA(250VDC)

实例3

微晶玻璃的重量配比：SiO₂55份、Na₂O 5份、B₂O₃20份、BaO 10份、Cr₂O₃5份、TiO₂27份、CaO 5份、V₂O₅5份；

有机粘结剂重量配比：丁基卡必醇70份、丁基卡必醇醋酸酯5份、柠檬酸三丁酯15份、1，4-丁内酯4份、乙基纤维素3份、氢化蓖麻油2份、卵磷脂1份，溶解工艺是将上述有机粘结剂的各组成物于水浴炉中在温度80℃下混合、搅拌、溶解，保温4小时。

调浆工艺中微晶玻璃粉与有机粘结剂的重量配比为85份∶15份，产出的介质浆料的固含量为85％，其余同实例1。

介质浆料性能列表如下：

颜色	固含量	粘度10RPM	丝网目数	烧成温度	稀释剂
						绿色	75％	50±20Pa·s	100目	550℃	柠檬酸三丁酯

当介质浆料在金属铝基板上烧成膜厚度大于100微米时，膜的性能如下表：

击穿强度	绝缘电阻	泄露电流
			＞1500VAC	＞10MΩ(500VDC)	＜2mA(250VDC)

Claims (2)

1.一种金属铝基板厚膜电路用介质浆料，它的原料包括微晶玻璃粉和有机粘结剂，其特征在于：所述的各原料的重量配比为微晶玻璃粉70-90份，有机粘结剂30-10份，微晶玻璃粉由SiO2、Na2O、B2O3、K2O、BaO、CaO、Co2O3、TiO2、P2O5、V2O5、Sb2O3、Cr2O3组成，它们的重量配比依次为20-55份、5-20份、0-20份、0-20份、1-10份、0-5份、0-5份、3-27份、0-5份、0-10份、0-5份、0-5份；有机粘结剂由松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、柠檬酸三丁酯、1，4-丁内酯、硝基纤维素、乙基纤维素、氢化蓖麻油、卵磷脂组成，它们的重量配比依次为0-85份、0-85份、0-20份、2-20份、0.1-5份、0-3份、1-6份、0.1-5份、0.1-5份。

2.一种制备权利要求1所述介质浆料的方法，其特征在于以下步骤：

(1)制备微晶玻璃粉，将微晶玻璃粉的各组成物按上述比例范围在混料机中混合均匀后投入高温电炉熔炼，将熔炼所得熔体水淬，得到玻璃微渣，将玻璃微渣置于球磨机中研磨得到平均粒径不大于5微米的微晶玻璃粉；

(2)制备有机粘结剂，将有机粘结剂的各组成物按上述比例范围，于水浴炉中混合、溶解形成有机粘结剂并控制其粘度为100-300mPa·s；

(3)将上述制得的微晶玻璃粉和有机粘结剂按上述比例范围置于容器中搅拌后经三辊轧机轧制即得成品介质浆料。

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