CN104318979A - 复合材料基厚膜电路稀土介质浆料及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合材料基厚膜电路稀土介质浆料及其制备工艺，其特征在于，它的配方包括微晶玻璃粉、稀土氧化物和无机粘接相有机溶剂载体，各原料重量配比为；微晶玻璃粉和稀土氧化物的重量之和为70-85％，无机粘接相有机溶剂载体为30-15％；微晶玻璃粉的配方包括SiO₂、Na₂O、B₂O₃、K₂O、BaO、CaO、Co₂O₃、TiO₂、P₂O₅、V₂O₅、Sb₂O₃、Cr₂O₃及稀土氧化物，各原料重量配比依次为20-55％，0-20％，0-20％，0-20％，1-10％，0-5％，0-5％，3-27％，0-5％，0-10％，0-5％，0-5％。本发明具有以下优点：介电范围宽、击穿强度高、绝缘性能好、相容性好、适用性广，耐热力强。与LED芯片基板、PTCR-xthm电热芯片厚膜电路电阻浆料、导电浆料湿润性相容性优良，匹配良好、热导率高、绿色环保、安全可靠。

Description

复合材料基厚膜电路稀土介质浆料及其制备工艺

技术领域

本发明涉及电热材料技术领域，更具体的是涉及一种复合材料基厚膜电路稀土介质浆料及其制备工艺。 

背景技术

国际上，介质浆料多为通用型，配套应用于微电子领域，集成电路行业，制作电阻器等元器件。专业用于LED产业、PTCR-xthm芯片领域大功率、高性能厚膜电路用系列稀土介质浆料几乎没有，国外仅有的还存在着品种单一、性能差、成本高、质量不稳定等问题。岂今为止，国内外还没有专业用于LED芯片、PTCR-xthm电热芯片领域的大功率厚膜电路用系列稀土电子浆料及其制备工艺技术的文献、专利和成果的相关报道。研制一种适应性广，多功能、低介电系数、宽介质带、大温度、低膨胀系数的稀土介质浆料，还需强化如下问题：适用于高强度、大规格的低膨胀系数的稀土介质浆料的科学配方，系统的稀土厚膜电路用稀土电子浆料规模化制备工艺方法；湿润性、兼容性和结合强度高介质浆料的规模化制备的工装设备。 

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术之不足而提供的一种击穿强度高、决缘性能好、相容性强、适用性广，高功率密度，耐热力强。与大功率LED芯片基板、PTCR-xthm电热芯片匹配良好、热导率高、绿色环保、安全可靠的复合材料基厚膜电路稀土介质浆料。 

本发明的另一目的是提供一种复合材料基厚膜电路稀土介质浆料的 制备工艺。 

本发明是采用如下技术解决方案来实现上述目的：一种复合材料基厚膜电路稀土介质浆料，其特征在于，它的配方包括微晶玻璃粉、稀土氧化物和无机粘接相有机溶剂载体，各原料重量配比为；微晶玻璃粉和稀土氧化物的重量之和为70-85％，无机粘接相有机溶剂载体为30-15％；微晶玻璃粉的配方包括SiO₂、Na₂O、B₂O₃、K₂O、BaO、CaO、Co₂O₃、TiO₂、P₂O₅、V₂O₅、Sb₂O₃、Cr₂O₃及稀土氧化物，各原料重量配比依次为20-55％，0-20％，0-20％，0-20％，1-10％，0-5％，0-5％，3-27％，0-5％，0-10％，0-5％，0-5％。 

作为上述方案的进一步说明，所述有机溶剂载体包括松油醇、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，各原料重量配比依次为；0-85％，0-85％，0-20％，2-20％，0.1-5％，0-3％，1-6％，0.1-5％，0.1-5％.。 

稀土氧化物为镧、铈、钕、钷、钆、铒、钪和钇中的一种或几种氧化物，其根据不同功率、不同光源厚膜电路LED元件对电性能、光性能、热性能、绝缘性能、机械性能及远红外功能的要求，按照试验数理模式添加不同种类、不同份额的稀土氧化物，来增添或取代所述微晶玻璃粉的一项或多项，每种稀土氧化物配比重量为：0.05-3.5％，属高纯稀土氧化物。 

一种复合材料基厚膜电路稀土介质浆料的制备工艺，其特征在于，它包括如下步骤： 

1)微晶玻璃粉的制备 

将配比好的微晶玻璃粉体在混料机中混合均匀后置于钟罩炉中熔炼；熔炼温度为800-1300摄氏度，峰值保温1-5小时，水淬得到玻璃渣；将玻璃渣置于星型球磨机中研磨2-4小时得到平均粒度不大于5微米的玻璃 微粉； 

2)无机粘接相有机溶剂载体的制备 

无机粘接相有机溶剂载体的制备是将有机溶剂载体中主溶剂、增稠剂、表面活性剂、触变剂、胶凝剂按一定比例在80-100℃的水中溶解数小时，调整增稠剂、稀释剂含量，将有机溶剂载体的粘度调整在150-300mPas的范围内； 

3)浆料的制备 

将制备好的微晶玻璃粉、有机溶剂载体和高纯稀土氧化物，粒度不大于3微米，按配比混合置于研磨机研磨一小时经轧制，得到稀土介质浆料；调整增稠剂、稀释剂含量，将浆料的粘度调整在168～289mPas的范围内。 

调整功能项成分、含量及制备方法，按技术参数与设计数据，可调制多种用途介质浆料数值及性能。本发明稀土介质浆料能和多种基板、多种电阻浆料、导电浆料相融合，具有实用性。 

本发明稀土介质浆料不仅可用于大功率LED厚膜电路制备，技术参数经设计调整，还适用于制备PTCR-xthm电热芯片。该浆料不仅能在高分子复合材料、复合陶瓷(Re-alsic-稀土-铝碳化硅)、LED基板封装、微晶玻璃基板上制备。更可兼容钢基、铜基以及铝铜、铝钢复合材料等多种金属基板。 

本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是： 

1、本发明通过对国内外厚膜电路用电子浆料物理、化学性能及工艺性能研究分析，在介质浆料中参杂稀土镧(La)和钇(Y)等多种稀土元素，效果证明介质浆料功能相、粘接相中由于稀土元素的加入，浆料的绝缘性能、电性能、湿润性、相溶性、分子间键结合强度及工艺性都有很大 提高。 

2、通过对微晶玻璃膨涨系数、玻璃化温度、玻璃软化温度及形核长大的动力学分析，确定稀土氧化物在微晶玻璃中的配方比及制备工艺，使之微晶玻璃膨胀系数和复合陶瓷基板匹配，并结合牢靠。有效提高介质浆料的性能。 

3、采用稀土氧化钇(Y₂0₃)和“超级钙”镧(La)等混合添加剂，可以降低烧结温度，促进烧结，改进工艺，提高效率，节省能源。稀土氧化物掺杂可以极大地改变微晶玻璃材料及功能相的介电性能、烧结性能、微观结构、致密度、相组成及物理和机械性能，从而提高稀土厚膜电路的介电强度、电器性能、工艺性能及介质浆料的湿润性、兼容性和分子健结合强度，改善工艺，显著提高产品优良率。 

4、基于对介质浆料中各有机溶剂机理的深刻认识，将不同沸点及挥发速度的主溶剂按比例合理配制使浆料在光汇制版、烧结等制备过程中均匀挥发并排出，避免溶剂集中挥发形成开裂、针孔等缺陷，有效提高成品合格率。 

5、在有机溶剂配方中选用氢化篦麻油等优良溶剂作触变剂以形成良好的胶体结构，使浆料具有良好的触变性和防沉效果。 

复合材料基厚膜电路稀土介质浆料制备技术，创新性研制开发出的多种稀土介质浆料,该浆料不仅能在高分子复合材料、复合陶瓷、微晶玻璃、Re-alsic-稀土-铝碳化硅基LED封装基板上制备，更可兼容钢基、铜基以及铝铜、铝钢复合基等多种金属基板。具有工业实用价值，适应范围广泛。 

具体实施方式

本发明一种复合材料基厚膜电路稀土介质浆料，它的配方包括微晶玻 璃粉、稀土氧化物和无机粘接相有机溶剂载体，各原料重量配比为；微晶玻璃粉和稀土氧化物的重量之和为70-85％，无机粘接相有机溶剂载体为30-15％；微晶玻璃粉的配方包括SiO₂、Na₂O、B₂O₃、K₂O、BaO、CaO、Co₂O₃、TiO₂、P₂O₅、V₂O₅、Sb₂O₃、Cr₂O₃及稀土氧化物，各原料重量配比依次为20-55％，0-20％，0-20％，0-20％，1-10％，0-5％，0-5％，3-27％，0-5％，0-10％，0-5％，0-5％。有机溶剂载体包括松油醇、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，各原料重量配比依次为；0-85％，0-85％，0-20％，2-20％，0.1-5％，0-3％，1-6％，0.1-5％，0.1-5％。稀土氧化物为镧、铈、钕、钷、钆、铒、钪和钇中的一种或几种氧化物，其根据不同功率、不同光源厚膜电路LED元件对电性能、光性能、热性能、绝缘性能、机械性能及远红外功能的要求，按照试验数理模式添加不同种类、不同份额的稀土氧化物，来增添或取代所述微晶玻璃粉的一项或多项，每种稀土氧化物配比重量为：0.05-3.5％，属高纯稀土氧化物。 

一种复合材料基厚膜电路稀土介质浆料的制备工艺，其特征在于，它包括如下步骤： 

1)微晶玻璃粉的制备 

将配比好的微晶玻璃粉体在混料机中混合均匀后置于钟罩炉中熔炼；熔炼温度为800-1300摄氏度，峰值保温1-5小时，水淬得到玻璃渣；将玻璃渣置于星型球磨机中研磨2-4小时得到平均粒度不大于5微米的玻璃微粉； 

2)无机粘接相有机溶剂载体的制备 

无机粘接相有机溶剂载体的制备是将有机溶剂载体中主溶剂、增稠剂、表面活性剂、触变剂、胶凝剂按一定比例在80-100℃的水中溶解数 小时，调整增稠剂、稀释剂含量，将有机溶剂载体的粘度调整在150-300mPas的范围内； 

3)浆料的制备 

将制备好的微晶玻璃粉、有机溶剂载体和高纯稀土氧化物，粒度不大于3微米，按配比混合置于研磨机研磨一小时经轧制，得到稀土介质浆料；调整增稠剂、稀释剂含量，将浆料的粘度调整在168～289mPas的范围内。 

调整功能项成分、含量及制备方法，按技术参数与设计数据，可调制多种用途介质浆料数值及性能。本发明稀土介质浆料能和多种基板、多种电阻浆料、导电浆料相融合，具有实用性。 

本发明稀土介质浆料不仅可用于大功率LED厚膜电路制备，技术参数经设计调整，还适用于制备PTCR-xthm电热芯片。该浆料不仅能在高分子复合材料、复合陶瓷(Re-alsic-稀土-铝碳化硅)、LED基板封装、微晶玻璃基板上制备。更可兼容钢基、铜基以及铝铜、铝钢复合材料等多种金属基板。 

以下结合具体实施例对本发明的技术方案作详细的描述，所述的配方均按重量百分比计算。 

实施例1 

本发明是以Re-alsic稀土-铝碳化硅(复合陶瓷)基大功率LED稀土厚膜电路制备技术为参考例,用于复合陶瓷基稀土厚膜电路介质浆料: 

1.微晶玻璃配方：SiO₂26％、Ai₂O₃18％、CaO19％、Bi₂O₃18％、B₂O₃8％、La₂O₃1-5％、TiO₂4％、ZrO₂2％； 

2.微晶玻璃制备工艺：1350℃保温150分钟； 

3.稀土介质浆料成份配方：镧、钇粉粒径≮2μm； 

4.有机溶剂配方溶解工艺：松油醇72％、柠檬酸三丁酯9％、乙基纤维素6％、硝基纤维素6％、氢化篦麻油4％、卵磷脂3％，各组分按配比混合后在80-90℃水温中水浴180分钟； 

5.综合调浆工艺：功能相和有机载体组成，重量比为：78∶22。置于三维混料机中搅拌分散后进行三棍轧制。 

本实施例的稀土介质浆料的性能： 

稀土介质浆料膜层厚度为：≥35μm 

①物理性能： 

颜色(选)	固体含量	丝网数目	浆料粘度	烧结温度
					蓝(灰、黑)色	76％	200	135PaS/RPM	570℃

②电器性能： 

泄漏电流	绝缘电阻	击穿强度
			＜5mA(250VDC)	＞50MΩ(500VDC)	＞1200VAC

注：浆料放置过久，使用前需进行匀浆处理。 

实施例1 

本发明复合陶瓷基稀土厚膜电路介质浆料制备技术，适用于Re-alsic稀土-铝碳化硅基大功率LED稀土厚膜电路。 

1、微晶玻璃配方：SiO₂32％、Ai₂O₃18％、CaO 12％、Bi₂O₃16％、B₂O₃9％、La₂O₃5％、TiO₂5％、ZrO₂2％； 

2、微晶玻璃制备工艺：小于1350℃保温135分钟； 

3、稀土镧粉体粒径≮2μm。 

4、有机溶剂配方溶解工艺：松油醇68％、柠檬酸三丁酯12％、乙基纤维素5％、硝基纤维素5％、氢化篦麻油5％、卵磷脂5％，各组分按配比混合后在80-90℃水温中水浴150分钟； 

5、综合调浆工艺：该浆料由功能相和有机溶剂载体组成，重量比例为：75∶25，置于三维真空混料机中搅拌分散后进行三棍轧制。 

稀土介质浆料的性能： 

稀土介质浆料膜层厚度为：≥55μm 

①物理性能： 

颜色(选)	固体含量	丝网数目	浆料粘度	烧结温度
					蓝(灰、黑)色	76％	190	125PaS/RPM	560℃

②电器性能： 

泄漏电流	绝缘电阻	击穿强度
			＜5mA(250VDC)	＞50MΩ(500VDC)	＞1600VAC

以上所述仅是本发明的优选实施例之一、二，调整本发明功能相成分、含量及制备工艺，复合材料用稀土厚模电路介质浆料可和多种金属、非金属基板相容。例如：氧化铝基板(Al₂O₃)、氮化铝(AIN)基板、复合材料基板、微晶玻璃基板，铜合金基板、铝合金基板、钛合金基板、铝铜复合基板、铝钢复合基板等。 

本发明采用上述技术方案效果明显，由于加入了稀土元素，浆料的相容性、湿润性、热性能、电性能、光性能、工艺性、适应性有显著改进提高。复合陶瓷基稀土厚膜电路介质浆料成功的开发、应用有开拓性的创新意义，工业实用价值极高。 

需要强调的是本发明例复合材料用厚膜电路介质浆料技术参数经设计调整，不仅适用于本发明，还适用于制备电热领域大功率稀土厚膜电路电热元件、智能电热芯片。 

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变 形和改进，这些都属于本发明的保护范围。 

Claims (4)

1.一种复合材料基厚膜电路稀土介质浆料，其特征在于，它的配方包括微晶玻璃粉、稀土氧化物和无机粘接相有机溶剂载体，各原料重量配比为；微晶玻璃粉和稀土氧化物的重量之和为70-85％，无机粘接相有机溶剂载体为30-15％；微晶玻璃粉的配方包括SiO₂、Na₂O、B₂O₃、K₂O、BaO、CaO、Co₂O₃、TiO₂、P₂O₅、V₂O₅、Sb₂O₃、Cr₂O₃及稀土氧化物，各原料重量配比依次为20-55％，0-20％，0-20％，0-20％，1-10％，0-5％，0-5％，3-27％，0-5％，0-10％，0-5％，0-5％。

2.根据权利要求1所述的复合材料基厚膜电路稀土介质浆料，其特征在于，所述有机溶剂载体包括松油醇、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，各原料重量配比依次为：0-85％，0-85％，0-20％，2-20％，0.1-5％，0-3％，1-6％，0.1-5％，0.1-5％。

3.根据权利要求1所述的复合材料基厚膜电路稀土介质浆料，其特征在于，稀土氧化物为镧、铈、钕、钷、钆、铒、钪和钇中的一种或几种氧化物，增添或取代所述微晶玻璃粉的一项或多项，每种稀土氧化物配比重量为：0.05-3.5％。

4.一种如权利要求1-3任意一项所述的复合材料基厚膜电路稀土介质浆料的制备工艺，其特征在于，它包括如下步骤：

1)微晶玻璃粉的制备

将配比好的微晶玻璃粉体在混料机中混合均匀后置于钟罩炉中熔炼；熔炼温度为800-1300摄氏度，峰值保温1-5小时，水淬得到玻璃渣；将玻璃渣置于星型球磨机中研磨2-4小时得到平均粒度不大于5微米的玻璃微粉；

2)无机粘接相有机溶剂载体的制备

无机粘接相有机溶剂载体的制备是将有机溶剂载体中主溶剂、增稠剂、表面活性剂、触变剂、胶凝剂按一定比例在80-100℃的水中溶解数小时，调整增稠剂、稀释剂含量，将有机溶剂载体的粘度调整在150-300mPas的范围内；

3)浆料的制备

将制备好的微晶玻璃粉、有机溶剂载体和高纯稀土氧化物，粒度不大于3微米，按配比混合置于研磨机研磨一小时经轧制，得到稀土介质浆料；调整增稠剂、稀释剂含量，将浆料的粘度调整在168～289mPas的范围内。