CN104934103B - 一种适合两种焊接工艺的环保型氧化锌压敏电阻器用电极银浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适合两种焊接工艺的环保型氧化锌压敏电阻器用电极银浆及其制备方法。该银浆由质量百分含量如下的各原料组成：60～80％的银粉，1～5％的金属氧化物，2～5％的无铅玻璃粉，10～37％的有机载体。制备无铅玻璃粉：原料混匀置于铂坩埚熔炼，取出干燥后过筛得到无铅玻璃粉；制备有机载体：将有机溶剂加入不锈钢容器中，加入有机树脂，升温，树脂完全溶解完后，降温加入表面活性剂；制备银浆：将银粉、金属氧化物、无铅玻璃粉和有机载体混合，真空搅拌研磨得到银浆。本发明制备方法简单，适应氧化锌压敏电阻器电极回流焊和浸焊两种焊接工艺，可焊性和耐焊性优异，制成普通型和防雷型压敏电阻器，附着力强、导电性优和电性能可靠等优点，性能完全达到使用要求。

Description

一种适合两种焊接工艺的环保型氧化锌压敏电阻器用电极银 浆及其制备方法

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，是氧化锌压敏电阻用环保型电极银浆料，更具体地，涉及一种适合两种焊接工艺的环保型氧化锌压敏电阻器用电极银浆及其制备方法。

背景技术

氧化锌半导体陶瓷制成的压敏电阻器由于具有制造方便、非线性系数大、响应时间快、电压温度系数小、大电流和高能量承受能力等独特性能和能起到过压保护、抗雷击、抑制瞬间脉冲等作用，而广泛应用于电力、交通、通讯、计算机、工业保护、消费类电子产品和军用电子产品中。

氧化锌压敏电阻器在制造过程中需要在基体表面印刷一层银浆，烧结后制成银电极层，以便用镀锡铜引线进行焊接。随着技术的进步及厂家对银浆管理的要求，焊接工艺由浸焊逐步改为浸焊和回流焊两种焊接工艺，要求一种银浆能同时满足两种焊接工艺。因此要求银电极可焊性及耐焊性优异，电极与基体间的结合力更强，耐电流冲击性能更强。

专利CN 102768872A公开了一种压敏电阻用无铅环保银浆料及其制备方法。该浆料环保无害，印刷性能优良。专利CN 102262919A公开了一种环保型压敏电阻器用电极银浆及其制备方法。该浆料符合欧盟RoHS的环保要求，其性能达到使用含铅银浆的压敏电阻器的要求。专利CN 102403049A公开了一种防雷型ZnO压敏电阻用无铅电极银浆料及其制备方法。该浆料解决银膜30微米以下玻璃溢出电极表面的问题，电极附着力强，可焊性优。

但是，以上各专利都没有指出其浆料能够适应浸焊和回流焊两种焊接工艺。适应浸焊工艺的银浆可焊性好，但耐焊性较差，不能满足回流焊工艺的使用要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种环保型氧化锌压敏电阻器用电极银浆及其制备方法和应用，适用于普通型和防雷型压敏电阻器，满足压敏电阻器对电性能的需求，与基体材料的附着力强，印刷性能优异。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种电极浆料，其特征在于，由质量百分含量如下的各原料组成：60～80％的银粉，1～5％的金属氧化物粉，2～5％的无铅玻璃粉，10～37％的有机载体。

优选地，所述银粉为特选粒径形状的多种银粉混合体，其中特选形状包含粒径为0.2～0.8μm的不定形结晶银粉，其振实密度2～2.5g/cm³；平均粒径为0.5～1.5μm的晶状单分散银粉，振实密度为2.6～3.5g/cm³；以上银粉按照重量比3:2或1:1通过机械混合均匀，可以在浆料烧结过程中相互填充、交联，达到良好可焊性的目标。

优选地，所述金属氧化物为Bi₂O₃，ZnO，NiO，CuO，Cu₂O，ZrO₂的一种或几种混合；

优选地，所述无铅玻璃粉包含以下质量百分比成分：氧化铋50～70wt％，二氧化硅6～15wt％，氧化硼10～15wt％，氧化锌8～15wt％，氧化铝6～10wt％，氧化钠1～9wt％。所述无铅玻璃粉软化点在350～500℃，平均粒径0.2～2μm。

优选地，所述有机载体包括以下重量百分比成分：有机树脂5-15wt％，有机溶剂78-95wt％，表面活性剂0.2-5wt％。

优选地，所述的有机载体选用一般在压敏电阻电极浆料中使用的有机载体，其树脂成分选用丙烯酸脂、硝基纤维素、乙基纤维素等树脂，优选乙基纤维素；有机载体中溶剂可选用松油醇、丁基卡必醇、乙二醇苯醚、乙二醇丁醚、丁基卡必醇醋酸酯，二乙二醇辛醚等溶剂，可以单独使用或者两种三种混合使用；有机载体中表面活性剂可选用卵磷脂、司班、羊毛脂、迪高中的一种或几种。

按照本发明的另一方面，提供了一种环保型氧化锌压敏电阻器用电极银浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)制备无铅玻璃粉：按照成分比例称取原料，混合均匀于铂坩埚，置于高温电阻炉中进行熔炼，于1000～1350℃熔炼1～3小时，取出后水淬、粉碎、球磨、过筛，于60～80℃干燥后过筛得到无铅玻璃粉，平均粒径为0.2～2μm；

(2)制备有机载体：按照成分配比，先将有机溶剂加入不锈钢容器中，再在搅拌下加入有机树脂，升温至70～100℃，树脂完全溶解完后，降温至40～50℃下加入表面活性剂，过滤得到有机载体；

(3)制备银浆：按照成分配比，将银粉、金属氧化物、无铅玻璃粉和有机载体混合，用真空搅拌机搅拌均匀，调成糊状，用三辊研磨机研磨至细度≤10μm，即得到压敏电阻用电极银浆。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、电极与氧化锌基体串联电阻小，保证电流的有效传输。不同规格银粉的复合使用，构成致密有效的银粉导电网络，有效降低导电浆料与氧化锌基体的界面接触电阻，形成载流子高导通的界面，极大地提高了浆料的导电效率，获得良好的电学导通。

2、电极浆料满足浸焊和回流焊两种焊接工艺，银电极可焊性及耐焊性优异，电极与基体间的结合力更强，耐电流冲击性能更强，简化了压敏电阻器厂家对银浆的管理，降低生产成本。

3、电极浆料烧成范围更宽：480-650℃。不含铅、镉、铬，符合欧盟RoHS及美国REACH法规的环保要求。

4、制备方法简单、成本低、无铅污染，对生产设备要求不苛刻，制得的浆料性能好，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

步骤A：制备无铅玻璃粉。称取63wt％氧化铋，8wt％二氧化硅，10wt％氧化硼，10wt％氧化锌，6wt％氧化铝，3wt％氧化钠。用混料机将上述原料混合均匀后，装于铂坩埚，置于高温电阻炉中进行熔炼，于1100℃熔炼1小时，取出后水淬、粉碎、球磨、过筛，于70℃干燥后过筛得到无铅玻璃粉，平均粒径为0.2～2μm；

步骤B：制备有机载体。称取72wt％丁基卡必醇，15wt％丁基卡必醇醋酸酯，8wt％乙基纤维素，5wt％的表面活性剂司班85。先将丁基卡必醇和丁基卡必醇醋酸酯加入不锈钢容器中混合，再在搅拌下加入乙基纤维素，升温至70～100℃，待树脂完全溶解完后，降温至40～50℃下加入表面活性剂司班85，过滤得到透明的具有良好印刷性的有机载体；

步骤C：选用导电银粉。银粉为特选粒径形状的多种银粉混合体，其中特选形状包含平均粒径为0.3μm的不定形结晶银粉，其振实密度2.1g/cm³；平均粒径为1.1μm的晶状单分散银粉，振实密度为3.0g/cm³；以上银粉按照重量比3:2通过机械混合均匀，可以在浆料烧结过程中相互填充、交联，达到良好可焊性的目标。

步骤D：制备电极浆料。按质量百分比80％的银粉，1.5％的金属氧化物粉(金属氧化物为Bi₂O₃，ZnO，NiO，CuO，Cu₂O，ZrO₂的一种或几种混合)，3.5％的无铅玻璃粉，15％的有机载体配料并混合，用真空搅拌机搅拌均匀，调成糊状，用三辊研磨机研磨至细度≤10μm，即得到压敏电阻用电极银浆。

该电极浆料为色泽均匀的深褐色膏状物，性能优良，烧成温度：500-600℃。可焊性优，耐焊性优(浸焊3次，上锡率＞80％)，附着力≥2.0kg。

实施例2

步骤A：制备无铅玻璃粉。称取68wt％氧化铋，5wt％二氧化硅，10wt％氧化硼，9wt％氧化锌，5wt％氧化铝，3wt％氧化钠。用混料机将上述原料混合均匀后，装于铂坩埚，置于高温电阻炉中进行熔炼，于1050℃熔炼1小时，取出后水淬、粉碎、球磨、过筛，于70℃干燥后过筛得到无铅玻璃粉，平均粒径为0.2～2μm；

步骤B：制备有机载体。称取71wt％丁基卡必醇，15wt％丁基卡必醇醋酸酯，10wt％乙基纤维素，4wt％的表面活性剂司班85。先将丁基卡必醇和丁基卡必醇醋酸酯加入不锈钢容器中混合，再在搅拌下加入乙基纤维素，升温至70～100℃，待树脂完全溶解完后，降温至40～50℃下加入表面活性剂司班85，过滤得到透明的具有良好印刷性的有机载体；

步骤C：选用导电银粉。银粉为特选粒径形状的多种银粉混合体，其中特选形状包含平均粒径为0.5μm的不定形结晶银粉，其振实密度1.9g/cm³；平均粒径为1.5μm的晶状单分散银粉，振实密度为2.8g/cm³；以上银粉按照重量比1:1通过机械混合均匀，可以在浆料烧结过程中相互填充、交联，达到良好可焊性的目标。

步骤D：制备电极浆料。按质量百分比70％的银粉，1.8％的金属氧化物粉(金属氧化物为Bi₂O₃，ZnO，NiO，CuO，Cu₂O，ZrO₂的一种或几种混合)，3.2％的无铅玻璃粉，25％的有机载体配料并混合，用真空搅拌机搅拌均匀，调成糊状，用三辊研磨机研磨至细度≤10μm，即得到压敏电阻用电极银浆。

该电极浆料为色泽均匀的深褐色膏状物，性能优良，烧成温度：480-550℃。可焊性优，耐焊性优(浸焊3次，上锡率＞80％)，附着力≥1.5kg。

实施例3

步骤A：制备无铅玻璃粉。称取67wt％氧化铋，9wt％二氧化硅，8wt％氧化硼，7wt％氧化锌，6wt％氧化铝，3wt％氧化钠。用混料机将上述原料混合均匀后，装于铂坩埚，置于高温电阻炉中进行熔炼，于1250℃熔炼1小时，取出后水淬、粉碎、球磨、过筛，于70℃干燥后过筛得到无铅玻璃粉，平均粒径为0.2～2μm；

步骤B：制备有机载体。称取70wt％丁基卡必醇，15wt％丁基卡必醇醋酸酯，12wt％乙基纤维素，3wt％的表面活性剂司班85。先将丁基卡必醇和丁基卡必醇醋酸酯加入不锈钢容器中混合，再在搅拌下加入乙基纤维素，升温至70～100℃，待树脂完全溶解完后，降温至40～50℃下加入表面活性剂司班85，过滤得到透明的具有良好印刷性的有机载体；

步骤C：选用导电银粉。银粉为特选粒径形状的多种银粉混合体，其中特选形状包含平均粒径为0.5μm的不定形结晶银粉，其振实密度1.9g/cm³；平均粒径为1.5μm的晶状单分散银粉，振实密度为2.8g/cm³；以上银粉按照重量比1:1通过机械混合均匀，可以在浆料烧结过程中相互填充、交联，达到良好可焊性的目标。

步骤D：制备电极浆料。按质量百分比60％的银粉，2％的金属氧化物粉(金属氧化物为Bi₂O₃，ZnO，NiO，CuO，Cu₂O，ZrO₂的一种或几种混合)，3％的无铅玻璃粉，35％的有机载体配料并混合，用真空搅拌机搅拌均匀，调成糊状，用三辊研磨机研磨至细度≤10μm，即得到压敏电阻用电极银浆。

该电极浆料为色泽均匀的深褐色膏状物，性能优良，烧成温度：520-650℃。可焊性优，耐焊性优(浸焊3次，上锡率＞80％)，附着力≥1.0kg。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种适合两种焊接工艺的环保型氧化锌压敏电阻器用电极银浆，其特征在于，由质量百分含量如下的各原料组成：60～80％的银粉，1～5％的金属氧化物粉，2～5％的无铅玻璃粉，10～37％的有机载体，

所述银粉为特选粒径形状的多种银粉混合体，其中特选形状包含粒径为0.2～0.8μm的不定形结晶银粉，其振实密度2～2.5g/cm³；平均粒径为0.5～1.5μm的晶状单分散银粉，振实密度为2.6～3.5g/cm³；以上银粉按照重量比3:2或1:1通过机械混合均匀，

所述金属氧化物为Bi₂O₃，ZnO，NiO，CuO，Cu₂O，ZrO₂的一种或几种混合，

所述无铅玻璃粉包含以下质量百分比成分：氧化铋50～70wt％，二氧化硅6～15wt％，氧化硼10～15wt％，氧化锌8～15wt％，氧化铝6～10wt％，氧化钠1～9wt％，所述无铅玻璃粉软化点在350～550℃，平均粒径0.2～2μm，

所述有机载体包括以下重量百分比成分：有机树脂5-15wt％，有机溶剂78-95wt％，表面活性剂0.2-5wt％，

所述的有机载体选用一般在压敏电阻电极浆料中使用的有机载体，其树脂成分选用丙烯酸脂、硝基纤维素或乙基纤维素树脂；有机载体中溶剂选用松油醇、丁基卡必醇、乙二醇苯醚、乙二醇丁醚、丁基卡必醇醋酸酯，二乙二醇辛醚溶剂，可以单独使用或者两种三种混合使用；有机载体中表面活性剂选用卵磷脂、司班、羊毛脂、迪高中的一种或几种。

2.如权利要求1所述的一种适合两种焊接工艺的环保型氧化锌压敏电阻器用电极银浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备无铅玻璃粉：按照成分比例称取原料，混合均匀于铂坩埚，置于高温电阻炉中进行熔炼，于1000～1350℃熔炼1～3小时，取出后水淬、粉碎、球磨、过筛，于60～80℃干燥后过筛得到无铅玻璃粉，平均粒径为0.2～2μm；

(2)制备有机载体：按照成分配比，先将有机溶剂加入不锈钢容器中，再在搅拌下加入有机树脂，升温至70～100℃，树脂完全溶解完后，降温至40～50℃下加入表面活性剂，过滤得到有机载体；

(3)制备银浆：按照成分配比，将银粉、金属氧化物、无铅玻璃粉和有机载体混合，用真空搅拌机搅拌均匀，调成糊状，用三辊研磨机研磨至细度≤10μm，即得到压敏电阻用电极银浆。