CN105185429B - 贱金属电子浆料用包封介质浆料及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了贱金属电子浆料用包封介质浆料及其应用。所述包封介质浆料为包括功能相，着色相，氧化物和有机载体的混合物；其中，所述功能相为玻璃粉和化合物的混合物经热处理后得到的，所述化合物为钡的化合物或者铋的化合物。本发明的包封介质浆料作为采用贱金属电子浆料的厚膜电路中的包封介质浆料的应用。本发明的包封介质浆料能够用于采用贱金属电子浆料的厚膜电路上，为贱金属电子浆料，尤其是为铜导体浆料起到很好的保护作用。适应在保护性气氛中烧结，在烧结过程中无任何不良反应，能形成一层稳定、光滑、平整的绝缘保护膜。该绝缘保护膜具有抗腐蚀、耐氧化、抗机械损伤，同时又不影响元器件本身电学性能的优点。

Description

贱金属电子浆料用包封介质浆料及其应用

技术领域

本发明涉及包封介质浆料技术领域，尤其涉及一种贱金属电子浆料用包封介质浆料及其应用。

背景技术

包封介质浆料主要是附着在导体和电阻上，以防止外部环境的有害影响。起到使导体和电阻有稳定的电学性能，免受外界腐蚀物质侵蚀，防止机械损伤以及与其他导体之间形成绝缘层的作用。

电子浆料已广泛应用于电容器、电位器、厚膜混合集成电路、敏感元件、表面组装技术等电子行业的各个领域，在厚膜电路中，导体浆料多以金、银等贵金属为主，其中银导体浆料的应用最为广泛。贵金属浆料性能稳定，但价格较高，同时贵金属的价格随着世界政治经济形势的波动而暴涨，故用贱金属代替贵金属来制作导体浆料已成为人们努力的目标。

在贱金属中，铜是主要研究对象，它不仅在电性能上匹敌于银，而且价格比贵金属低，是一种理想的材料。近几年，铜导体浆料的研究已取得较大的进展，已在内电极、陶瓷电容器电极及氧化锌压敏电极上得到部分应用。但在厚膜电路方面，由于目前没有与之配套的包封介质浆料，因此铜导体浆料的推广应用受到限制，所以制备一种对铜导体浆料具有良好的包封性能，使其在抗腐蚀、耐氧化、抗机械损伤的同时，又不影响元器件本身电学性能，且价格便宜，易获得，对环境无污染等特点的包封介质浆料就显得格外重要。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷和问题，本发明的目的是提供一种贱金属电子浆料用包封介质浆料及其应用。解决由于没有合适的包封介质导致现有厚膜电路中无法应用贱金属电子浆料的技术问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

贱金属电子浆料用包封介质浆料，为按重量百分比包括65％～85％的功能相，5％～15％的着色相，3％～15％的氧化物和5％～25％的有机载体的混合物；其中，所述功能相为玻璃粉和化合物的混合物经热处理后得到的，所述化合物为钡的化合物或者铋的化合物。

进一步地，所述包封介质浆料为按重量百分比包括65％～75％的功能相，5％～10％的着色相，5％～10％的氧化物和10％～25％的有机载体的混合物。

进一步地，所述包封介质浆料为按重量百分比包括65％的功能相，5％的着色相，5％的氧化物和25％的有机载体的混合物。

进一步地，所述包封介质浆料为按重量百分比包括65％的功能相，10％的着色相，5％的氧化物和20％的有机载体的混合物。

进一步地，所述功能相中，玻璃粉和化合物的重量比为2～10﹕1。

进一步地，所述功能相为玻璃粉和化合物的混合物经500℃～1100℃热处理后，冷却得到的。优选地，所述功能相为玻璃粉和化合物的混合物经700℃～1000℃热处理后，冷却得到的。最佳地，经900℃热处理。

进一步地，所述冷却方式采用水淬。

进一步地，所述功能相中的粉体粒径为0.1～3.0μm。

进一步地，所述玻璃粉选自钒-硼-硅酸盐玻璃、锆-硼-硅酸盐玻璃、铈-硼-硅酸盐玻璃、铝-硼-硅酸盐玻璃、镧-硼-硅酸盐玻璃中的一种或其中至少两种的混合物。当为混合物时，以任意比混合。

进一步地，所述化合物为钡的氧化物、钡的氯化物、铋的氧化物和铋的氯化物中的一种或其中至少两种的混合物。当为混合物时，以任意比混合。

进一步地，所述着色相为铁的化合物、钴的化合物、铜的化合物、锰的化合物、镍的化合物和铬的化合物中的一种或其中至少两种的混合物。

进一步地，所述氧化物为氧化锶、氧化磷、氧化铝、氧化铋、氧化镁、氧化钠和氧化锂中的一种或其中至少两种的混合物。

进一步地，所述有机载体为包括阿拉伯胶、聚氧化乙烯醇和丙三醇水溶液的混合物；其中，阿拉伯胶、聚氧化乙烯醇和丙三醇水溶液的质量比为1﹕1.5～2.5﹕3～4；丙三醇水溶液的质量浓度为O.6％～1％。

优选地，所述有机载体为包括阿拉伯胶、聚氧化乙烯醇和丙三醇水溶液的混合物；其中，阿拉伯胶、聚氧化乙烯醇和丙三醇水溶液的质量比为1﹕2﹕3。

优选地，所述丙三醇水溶液的质量浓度为O.8％。

本发明的包封介质浆料作为采用贱金属电子浆料的厚膜电路中的包封介质浆料的应用。

本发明的包封介质浆料的应用中，将包封介质浆料印刷在采用贱金属电子浆料的厚膜电路上，在保护性气氛中烧结。

进一步地，烧结工艺参数为：保护性气氛为含氧量小于20ppm的惰性气体气氛，烧结峰值温度为400℃～850℃。所述烧结峰值温度优选为500℃。

进一步地，烧结峰值保温10～20分钟，烧结周期时间为40～60分钟。

进一步地，所述贱金属电子浆料为贱金属导体浆体或者贱金属电阻浆体。具体地，所述贱金属导体浆体可以为铜浆、镍浆、锌浆或者合金浆料等。

本发明的贱金属电子浆料用包封介质浆料中，功能相是低熔点玻璃相，由一种或多种化合物(钡的化合物或者铋的化合物)在高温下熔融后经冷却获得的无定形网络体，在介质浆料中作用是永久粘结剂和绝缘剂，产品形态为粉体。

不同的氧化物因为各自具有不同的特性，加入到玻璃粉中可以调节包封层的性能以使其达到要求，例如，实现降低玻璃的热膨胀系数；或者降低玻璃的软化点；或者降低熔炼温度的要求。

着色相赋于介质浆料不同颜色。

有机载体主要是使介质浆料中固相粒子分散成均相体系,赋于介质浆料印刷性能；且在烧结后无残留。

本发明的贱金属电子浆料用包封介质浆料，经过丝网印刷、烘干、烧结后制备成包封玻璃层，进行了耐水性、耐酸性、铜膜导电性、包封层机械度试验，结果表明：包封玻璃层水煮失重率在0.01％～0.04％之间，重量变化较小，说明包封玻璃层耐水性良好。样品腐蚀前后重量变化较小，说明包封玻璃层在酸性溶液中没有发生任何反应，在酸溶液中稳定。铜导电膜包封后，阻值都变大，但变化较小，同时检测包封玻璃膜层是不导电，说明绝缘性好。通过冷热交换实验后样品，在200倍显微镜下观察下包封层无裂纹出现，说明包封层机械强度良好。以上指标说明本发明的包封介质浆料满足作为贱金属电子浆料的包封介质。

本发明的包封介质浆料能够用于采用贱金属电子浆料的厚膜电路上，为贱金属电子浆料，尤其是为铜导体浆料起到很好的保护作用。适应在保护性气氛中烧结，在烧结过程中无任何不良反应，能形成一层稳定、光滑、平整的绝缘保护膜。该绝缘保护膜具有抗腐蚀、耐氧化、抗机械损伤，同时又不影响元器件本身电学性能的优点。

本发明的包封介质浆料对贱金属电子浆料，尤其是贱金属导体浆料在厚膜电路中的推广应用有较大的实用价值及重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是铜导体膜包封前的外观图片；

图2是采用实施例1的包封介质浆料包封后的铜导体膜的外观图片；

图3是实施例1的包封介质浆料包封得到的包封玻璃层经冷热交换试验后的200倍显微镜照片。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

将50克钒-硼-硅酸盐玻璃与5克氧化铋混合均匀后,放入硅碳棒炉中随炉升温到900℃,保温20分钟,水淬,球磨为0.1～3.0μm功能相粉体。

取65克功能相粉体，10克氧化铁，5克氧化锂混合均匀，加入20克有机载体于三辊轧机轧制,得到包封介质浆料。得到按重量百分比包括65％的功能相，10％的着色相，5％的氧化物和20％的有机载体的包封介质浆料混合物。

所述有机载体为包括阿拉伯胶、聚氧化乙烯醇和丙三醇水溶液的混合物；其中，阿拉伯胶、聚氧化乙烯醇和丙三醇水溶液的质量比为1﹕2﹕3；丙三醇水溶液的质量浓度为O.8％。

检测本实施例1的贱金属电子浆料用包封介质浆料性能细度小于5μm，粘度53.6Pa·s。烧成后包封膜颜色为黑色，表面光滑、平整，绝缘性良好。

实施例2

将500克锆-硼-硅酸盐玻璃与200克氧化铋,50克氧化钡混合均匀后,放入硅碳棒炉中随炉升温到1000℃,保温30分钟,水淬,球磨为0.1～3.0μm功能相粉体。

取650克功能相粉体,50克硫酸钴,50克氧化磷混合均匀,加入250克有机载体于三辊轧机轧制,得到包封介质浆料。得到按重量百分比包括65％的功能相，5％的着色相，5％的氧化物和25％的有机载体的混合物的包封介质浆料。

所述有机载体为包括阿拉伯胶、聚氧化乙烯醇和丙三醇水溶液的混合物；其中，阿拉伯胶、聚氧化乙烯醇和丙三醇水溶液的质量比为1﹕2﹕3；丙三醇水溶液的质量浓度为O.8％。

检测本实施例2的贱金属电子浆料用包封介质浆料性能细度小于5μm，粘度55.8Pa·s。烧成后包封膜颜色为绿色，表面光滑、平整，绝缘性良好。

实施例3

将500克铝-硼-硅酸盐玻璃与200克氧化铋,50克氯化钡混合均匀后,放入硅碳棒炉中随炉升温到1000℃,保温30分钟,水淬,球磨为0.1～3.0μm功能相粉体。

取650克功能相粉体,50克氧化钒,50克氧化磷混合均匀,加入250克有机载体于三辊轧机轧制,得到包封介质浆料。得到按重量百分比包括65％的功能相，5％的着色相，5％的氧化物和25％的有机载体的混合物的包封介质浆料。

所述有机载体为包括阿拉伯胶、聚氧化乙烯醇和丙三醇水溶液的混合物；其中，阿拉伯胶、聚氧化乙烯醇和丙三醇水溶液的质量比为1﹕2﹕3；丙三醇水溶液的质量浓度为O.8％。

检测本实施例3的贱金属电子浆料用包封介质浆料性能细度小于5μm,粘度60.6Pa·s，烧成后包封膜颜色为兰色，表面光滑、平整，绝缘性良好。

实施例4应用实例

采用本实施例1至实施例3的包封介质浆料在铜导体膜上印刷、烧结后，检测包封介质膜层的性能。其中，采用实施例1对铜导体膜包封前后的外观图片分别如图1和图2所示。

为了试验数据处理准确性，采用实施例1的包封介质印刷制备A1～A3的3个样品为一组，共三组。采用实施例2的包封介质印刷制备A4～A6的3个样品为一组，共三组。采用实施例3的包封介质印刷制备A7～A9的3个样品为一组，共三组。包封工艺为：以含氧量小于20ppm的氮气为保护气氛，在移动管式炉中烧结，烧结峰值温度为500℃，峰值保温10分钟，烧结周期时间50分钟，烧结后随炉冷却至室温即可取出，得到包封玻璃层。对包封玻璃层分别进行了如下3方面性能的检测。

1.化学稳定性

(1)耐水性

取第一组样品，准确称量其重量并记录下数据，之后放入85℃的去离子水中水煮4小时，取出后将其表面水分烘干，再一次称量并记录其重量，数据如表1所示。

表1包封玻璃层水煮失重率

从表1可知，包封玻璃层水煮失重率在0.01％～0.04％之间，重量变化较小，说明包封玻璃层耐水性良好。

(2)耐酸性

取第二组样品，准确称量其重量并记录数据，然后用5％的硫酸溶液浸泡腐蚀120分钟，取出用去离子水冲洗后烘干，称量其重量变化，具体重量变化如表2所示。

表2包封玻璃层耐酸失重率

从表2可知，样品腐蚀前后重量变化较小，说明包封玻璃层在酸性溶液中没有发生任何反应，在酸溶液中稳定。

2.铜膜导电性检测

取第三组样品，测定铜导电膜包封玻璃前后电阻值的变化率见表3。

从表3可知，铜导电膜包封后，阻值都变大，但变化较小，同时检测包封玻璃膜层是不导电，说明绝缘性好。

表3包封玻璃层耐酸失重率

3.包封层机械强度

将检测完导电性第三组样品，继续检测包封玻璃层的机械强度。测定包封层强度是指经烧结过后形成的玻璃膜层在受到摩擦、刮蹭等机械作用或者热冲击时自身发生开裂、剥落等现象的程度。实验通过将样品加热到500℃后水淬，再加热，再水淬，如此循环5次，看包封玻璃层是否有开裂、剥落现象，以此表征包封层的强度。

通过冷热交换实验后样品，在200倍显微镜下观察包封层是否有裂纹出现，若有裂纹，则表明包封层强度不够，反之，则说明包封层强度良好。实验表明无裂纹出现，说明包封层强度良好。见图3中所示的，实施例1的包封介质浆料包封得到的包封玻璃层的200倍显微镜的图片，无裂纹出现，包封层强度良好。

上述实验证明，包封介质浆料具有抗腐蚀、耐氧化、抗机械损伤，同时又不影响元器件本身电学性能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.贱金属电子浆料用包封介质浆料，其特征在于：所述包封介质浆料为按重量百分比包括65％～85％的功能相，5％～15％的着色相，3％～15％的氧化物和5％～25％的有机载体的混合物；其中，

所述功能相为玻璃粉和化合物的混合物经热处理后得到的；

所述玻璃粉选自钒-硼-硅酸盐玻璃、锆-硼-硅酸盐玻璃、铈-硼-硅酸盐玻璃、铝-硼-硅酸盐玻璃、镧-硼-硅酸盐玻璃中的一种或其中至少两种的混合物；

所述化合物为钡的氧化物、钡的氯化物、铋的氧化物和铋的氯化物中的一种或其中至少两种的混合物；

所述有机载体为包括阿拉伯胶、聚氧化乙烯醇和丙三醇水溶液的混合物；其中，阿拉伯胶、聚氧化乙烯醇和丙三醇水溶液的质量比为1﹕1.5～2.5﹕3～4；丙三醇水溶液的质量浓度为0.6％～1％；

所述功能相为玻璃粉和化合物的混合物经500℃～1100℃热处理后，冷却得到的。

2.根据权利要求1所述的贱金属电子浆料用包封介质浆料，其特征在于：所述功能相为玻璃粉和化合物的混合物经900℃热处理后，冷却得到的。

3.根据权利要求1所述的贱金属电子浆料用包封介质浆料，其特征在于：所述功能相中，玻璃粉和化合物的重量比为2～10﹕1。

4.根据权利要求1至3之一所述的贱金属电子浆料用包封介质浆料，其特征在于：所述着色相为铁的化合物、钴的化合物、铜的化合物、锰的化合物、镍的化合物和铬的化合物中的一种或其中至少两种的混合物。

5.根据权利要求1至3之一所述的贱金属电子浆料用包封介质浆料，其特征在于：所述氧化物为氧化锶、氧化磷、氧化铝、氧化铋、氧化镁、氧化钠和氧化锂中的一种或其中至少两种的混合物。

6.如权利要求1所述的包封介质浆料作为采用贱金属电子浆料的厚膜电路中的包封介质浆料的应用。

7.根据权利要求6所述的包封介质浆料作为采用贱金属电子浆料的厚膜电路中的包封介质浆料的应用，其特征在于：将包封介质浆料印刷在采用贱金属电子浆料的厚膜电路上，在保护性气氛中烧结；所述烧结工艺参数为：保护性气氛为含氧量小于20ppm的惰性气体气氛，烧结峰值温度为400℃～850℃。