CN102208228B

CN102208228B - 用于电子元件电极的镍铜导体浆料及其制作工艺

Info

Publication number: CN102208228B
Application number: CN201110009356A
Authority: CN
Inventors: 叶志龙; 周作文; 胡教军
Original assignee: SHENZHEN SENLONT ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: SHENZHEN SENLONT ELECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2011-01-17
Filing date: 2011-01-17
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2031-01-17
Also published as: CN102208228A

Abstract

本发明申请提供一种镍铜导体浆料，包括镍铜混合粉、玻璃粉、无机填料粉和有机载体，各组分的重量百分含量为：镍铜混合粉50-80％(wt)、玻璃粉2-5％(wt)、无机填料粉3-10％(wt)和有机载体15-35％(wt)，各个组分的总和为100％(wt)。本发明的镍铜导体浆料所生成的镍铜导电膜层，与纯铜导电浆料相比，附着力有所提高，与纯镍导电浆料相比，具备可焊性；使用贱金属镍、铜的混合物取代贵金属银或银-钯合金作为电子元件的电极，在经济方面上有明显的优势。

Description

用于电子元件电极的镍铜导体浆料及其制作工艺

技术领域

本发明申请涉及一种导体浆料，特别是一种陶瓷类电子元件及其表面贴装电子元件电极的镍铜导体浆料及其制作工艺。

背景技术

导体浆料是在微电子技术中用作导体的厚膜浆料，常见的导体浆料分为银系浆料、金系浆料和三元贵金属导体浆料几种。一般要求具有一定黏度和触变性、烧成膜的导电性能良好，信号衰减小、与厚膜电阻的兼容性好，导电相扩散速度小、披锡饱满、可焊性好而且抗焊料的浸蚀性也要好、与基片的黏结牢度高，稳定性和可靠性高。广泛用于制作混合集成电路的导电带、外粘元器件的焊接引线连接、多层布线跨接导体的连接、厚膜电阻端头的引线连接、电容器的端子以及低电阻值的厚膜电阻，包括压敏电阻器、热敏电阻器、陶瓷电容器、陶瓷滤波器、绕线电感器、压电陶瓷元件、铁电陶瓷元件等。

目前，用于上述电子元件作为电极的导电浆料，大都以贵金属作为主，例如银或银-钯合金，这些材料价格昂贵，而电子元件的价格又处于下降状态，这样，电子元件制造业就迫切需要一种价格便宜的、性能相当的导电浆料的替代品。在这个用途，纯铜导体浆料已经被国内外一些公司生产且应用，但纯铜导体浆料有着固有的缺点，特别是它与功能陶瓷进行烧结，相互产生的附着力不够高，长期为电子元件制造工厂所担心。

发明内容

为了改善纯铜导体浆料的上述缺点，本发明申请在导电浆料中使用镍铜混合粉代替纯铜粉，经过对配方的细致调整和优化，使附着力得到改善。

本发明的目的是提供一种镍铜导体浆料，适合用于陶瓷类电子元件的电极制造。

具体来说，本发明申请所述的用于电子元件电极的镍铜导体浆料，包括镍铜混合粉、玻璃粉、无机填料粉和有机载体，各组分的重量百分含量为：镍铜混合粉50-80％(wt)、玻璃粉2-5％(wt)、无机填料粉3-10％(wt)和有机载体15-35％(wt)，各个组分的总和为100％(wt)。

其中作为导电材料的是镍铜混合粉，其中：铜粉粒度为D₅₀＝0.6μm-1.1μm、镍粉粒度为D₅₀＝0.8μm-3μm，镍粉与铜粉的比例为：镍粉∶铜粉＝1∶8-1∶20(重量比)，优选1∶8-1∶16。

其中，所述的玻璃粉为无铅无镉玻璃粉。

其中，作为粘结材料的无铅无镉玻璃粉采用其转折点为500℃-650℃，粒度为D₅₀≤5μm。

其中无机填料粉是氧化亚铜和氧化镍和混合物，混合比例是氧化亚铜∶氧化镍＝1∶1-1∶3。

其中有机载体的配比为：乙基纤维素6％(wt)、丙烯酸树脂2％(wt)、松油醇36％(wt)和二乙二醇丁醚醋酸酯56％(wt)。

本发明的另一个目的是提供上述用于电子元件电极的镍铜导体浆料的生产制作工艺。

具体来说，所述的生产制作工艺包括如下的步骤：

第一步：按比例准确称取镍粉和铜粉，经过机械混合形成镍铜混合粉；

第二步：按比例准确称取氧化镍粉和氧化亚铜粉，经过机械混合形成无机填料粉；

第三步：按比例准确称取乙基纤维素、丙烯酸树脂、松油醇和二乙二醇丁醚醋酸酯，用油浴加热设备进行热溶，得到琥珀色的均匀透明粘稠液体及为有机载体；

第四步：按比例准确称取镍铜混合粉、玻璃粉、无机填料粉和有机载体，将这些材料经过预先混合、充分研磨和三辊轧机分散，得到均一色泽的浆料，即成为成品。

本发明申请所述的镍铜导体浆料及其制作工艺，具有以下的优点：

1、本发明的镍铜导体浆料所生成的镍铜导电膜层，与纯铜导电浆料相比，附着力有所提高，与纯镍导电浆料相比，具备可焊性；

2、使用贱金属镍、铜的混合物取代贵金属银或银-钯合金作为电子元件的电极，在经济方面上有明显的优势。

具体实施方式

以下通过具体的实施方式对本发明申请所述的镍铜导体浆料及其制作工艺进行描述，目的是为了公众更好的理解本发明申请所述的技术内容，而不是对所述技术内容的限制，事实上，在本发明精神实质内，对所述工艺配方进行的改进，包括对相应组分的增减和替换都是本领域一般技术人员无需创造性的劳动即可得到的，因此都在本发明申请所要求保护的技术方案之内。

这里举例说明用于电子元件电极的镍铜导体浆料的生产，实际使用的材料如下：

混合镍铜粉的配制按表1比例，准确称取镍粉末和铜粉，于混料机中混合4小时，形成镍铜混合粉，备用。

表1

镍铜混合粉编号	H 1#	H 2#	H 3#	H4#
					镍粉	1	1	1	1
铜粉	8	12	16	20

无机填料的配制按表2比例，准确称取氧化镍粉和氧化亚铜粉，于混料机中混合2小时，形成无机填料粉，备用。

表2

无机填料编号	T 1#	T 2#
			氧化镍	1	1
氧化亚铜	1	3

所采用玻璃粉的转变温度为450℃-650℃，粒度为D₅₀≤5μm。

有机载体需要自己制备，按比例准确称取所需材料，置于不锈钢容器中，用油浴加热设备进行热溶，热溶期间施加缓慢搅拌，加热温度以70-90℃为宜，直到溶解完毕，冷却至室温，备用。

镍铜导体浆料的制作实例，其配比见表3。

表3

镍铜浆的制作过程：分别精确称取上述各种材料，经过预先混合、充分研磨和三辊轧机分散，生成均匀色泽的膏状液体，制作即告完成。

将制作完毕的镍铜导体浆料用200目-325目不锈钢丝网印刷在尺寸为Φ19.0mm×1.0mm氧化锌压敏陶瓷基片上，印刷图形是Φ15.9mm的圆形，印刷后在室温中平放10min-15min，再在130℃-160℃的温度中干燥10min-15min，然后在氮气保护传送带式隧道炉中进行烧结，烧结的峰值温度700℃±5℃、保温时间8min-12min，烧结周期45min-65min；烧结炉的保护气体配置如下：在进口、出口气帘区和高温区使用纯氮气，在燃烧区使用氮氧混合气，氧含量5ppm-10ppm；配气要注意，排风口的气流量应该小于进气流量的总和，通常排风口气流量等于进气总流量的93％-95％为宜，这样可以保证环境大气不干扰炉膛内的烧结气氛，另外注意，隧道炉出口的温度不得高于80℃，以防止烧结膜层出炉时的微量氧化。烧结完成即可得到呈现铜光泽的烧成膜层，烧结完成后在室中恢复1hr后进行焊接，焊接采用无铅焊料，其合金比例为Sn/Cu/Ag＝96.5/3.0/0.5(％wt)，焊接温度240℃，使用中性助焊剂，焊接采用浸焊，浸渍时间5s，引线为Φ0.4-0.6mm的镀镍铜线，焊接完毕后即可进行拉力测试。

拉力测试用国产YF-8350立式电动拉力试验机，拉拔速率设定在1.0-1.5mm/s，所测量得到的数据分级为：大于20N的用符号“◎”表示、15N-20N(含20N)用符号

表示、10N-15N(含15N)用符号“○”表示、小于10N(含10N)用符号“×”表示，测量结果表示在表3中。

实用举例

于市场采购粒度达到要求的镍粉、铜粉和玻璃粉。本发明申请试验所用铜粉是台湾嘉宏公司产品，镍粉采用国产分析纯(AR)化学试剂，玻璃粉是台湾欣宏公司产品，用于配制无机填料的氧化亚铜和氧化镍采用国产分析纯(AR)化学试剂，用于配置有机载体的乙基纤维素采用美国唐氏化工公司的产品、丙烯酸树脂、松油醇和二乙二醇丁醚醋酸酯采用国产化学纯(CP)化学试剂。

镍铜混合粉的制备：取铜粉240g和镍粉20g，置于800cc陶瓷球磨罐进行混料，配φ3mm锆球350g，球磨媒质采用乙醇，混合4小时后将浆状物料从球磨罐中倾倒至80目筛网之上，分离出锆球，对物料进行干燥，为了防止铜粉的早期氧化，用真空箱在45℃-50℃进行干燥，即可得到约260g镍铜混合粉H2#。

取铜粉200g和镍粉10g，置于800cc陶瓷球磨罐进行混料，配φ3mm锆球350g，球磨媒质采用乙醇，混合4小时后将浆状物料从球磨罐中倾倒至80目筛网之上，分离出锆球，然后对物料进行干燥，为了防止铜粉的早期氧化，用真空箱在45℃-50℃进行干燥，即可得到约210g镍铜混合粉H4#。

无机填料的制备：取氧化镍粉100g和氧化亚铜粉100g，置于800cc陶瓷球磨罐进行混料，配φ3mm锆球350g，球磨媒质采用去离子水，混合2小时后将浆状物料从球磨罐中倾倒于80目筛网之上，使物料与锆球分离，将物料放在120℃-150℃的恒温电热烘箱中干燥，即可得到约200g无机填料T1#。

取氧化镍粉50g和氧化亚铜粉150g，置于800cc陶瓷球磨罐进行混料，配φ3mm锆球350g，球磨媒质采用去离子水，混合2小时后将浆状物料从球磨罐中倾倒于80目筛网之上，使材料与锆球分离，然后在120-150℃的恒温电热烘箱中干燥，即可得到约200g无机填料T2#。

有机载体的制备：称取乙基纤维素12g、丙烯酸树脂4g、松油醇72g和二乙二醇丁醚醋酸酯112g，将它们置于不锈钢容器中，用油浴加热设备进行热溶，加热温度控制在70℃-90℃为宜，热溶期间施加缓慢搅拌，直到溶解完毕，冷却至室温即得到约200g有机载体。

这些材料准备完毕后，就可制备镍铜浆料，例如：称取H2#粉末65.0g、玻璃粉3.5g、T1#粉末6.0g和有机载体25.5g，将这些材料到入不锈钢容器中进行初步混合，然后将混合物放在三辊轧机上进行辊轧，辊轧压力由松至紧逐渐加压，经过10遍辊轧，用刮板细度计检验其细度，若细度大于15μm，则追加辊轧2遍，若细度小于15μm，即认为辊轧完毕，所制成约100g的膏状物料就是例5浆料。

再例如：称取H4#粉末65.0g、玻璃粉3.5g、T2#粉末6.0g和有机载体25.5g，将这些材料到入不锈钢容器中进行初步混合，然后将混合物放在三辊轧机上进行辊轧，辊轧压力由松至紧逐渐加压，经过10遍辊轧，用刮板细度计检验其细度，若细度大于15μm，则追加辊轧2遍，若细度小于15μm，即认为辊轧完毕，所制成约100g的膏状物料就是例23浆料。

其它不同配比浆料的制作工艺与上述工艺近似，区别之处在于组分的不同，这里不再赘述。

Claims

1.一种用于电子元件电极的镍铜导体浆料，其特征在于：所述的导体浆料包括镍铜混合粉、玻璃粉、无机填料粉和有机载体，各组分的重量百分含量为：镍铜混合粉50-80%、玻璃粉2-5%、无机填料粉3-10%和有机载体15-35%，所述镍铜混合粉中铜粉粒度为D₅₀=0.6μm-1.1μm，所述镍铜混合粉中，镍粉粒度为D₅₀=0.8μm-3μm，所述镍铜混合粉中，镍粉与铜粉的重量比为：镍粉:铜粉 = 1:8-1:20，所述的无机填料粉是氧化亚铜和氧化镍的混合物，混合比例是氧化亚铜:氧化镍=1:1-1:3，所述有机载体各组分的重量百分含量分别为：乙基纤维素6%、丙烯酸树脂2%、松油醇36%和二乙二醇丁醚醋酸酯56%。

2.根据权利要求1所述的用于电子元件电极的镍铜导体浆料，其特征在于：所述的玻璃粉为无铅无镉玻璃粉。

3.根据权利要求2所述的用于电子元件电极的镍铜导体浆料，其特征在于：所述的无铅无镉玻璃粉的转折点为500℃-650℃，粒度为D₅₀≤5μm。

4.权利要求1所述的用于电子元件电极的镍铜导体浆料的制作工艺，其特征在于：所述的制作工艺包括如下的步骤：

1）按比例准确称取镍粉和铜粉，经过机械混合形成镍铜混合粉；

2）按比例准确称取氧化镍粉和氧化亚铜粉，经过机械混合形成无机填料粉；

3）按比例准确称取乙基纤维素、丙烯酸树脂、松油醇和二乙二醇丁醚醋酸酯，用油浴加热设备进行热溶，得到琥珀色的均匀透明粘稠液体即为有机载体；

4）按比例准确称取镍铜混合粉、玻璃粉、无机填料粉和有机载体，将这些材料经过预先混合、充分研磨和三辊轧机分散，得到均一色泽的浆料，即成为成品。