CN105957642B - 一种用于ltcc基板的二氧化硅包覆铜电子浆料的制备方法 - Google Patents

一种用于ltcc基板的二氧化硅包覆铜电子浆料的制备方法 Download PDF

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    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables

Abstract

本发明公开了一种用于LTCC基板的二氧化硅包覆铜电子浆料的制备方法，先用稀盐酸预处理铜粉；再将TEOS预水解；再采用溶胶凝胶法将二氧化硅包覆于铜粉表面；另制备有机载体。最后，将二氧化硅包覆铜粉与有机载体混合，丝网印刷于LTCC基板上，于氮气气氛炉中850‑910℃烧结，得到二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板。本发明制得的铜/LTCC复合基板致密度较好、导电优良、方阻低；本发明实现了二氧化硅粘结剂在浆料中均匀分散，工艺简便，降低成本，无毒环保。

Description

一种用于LTCC基板的二氧化硅包覆铜电子浆料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种电子浆料，尤其涉及一种用于LTCC基板的二氧化硅包覆铜电子浆料的制备方法。
背景技术
随着信息技术的发展，电子行业对电子浆料的要求也越来越高，贵金属浆料应用较早，其中银浆应用广泛，但企业为了寻求更低的成本，开始广泛寻求贱金属浆料作为银浆替代品。在贱金属浆料中，铜和银的性能接近，是较理想的银浆的替代品。
国外对电子浆料的研究较早，技术也相对成熟，国内起步晚。但基本已经将银浆研究的相当成熟，为了进一步降低成本，国内有研究者采用银包铜制备浆料，但是存在银包覆不均匀，成本依然较高的问题。近几年国内对铜浆的研究日渐增多，大部分研究者仍然采用传统的将铜粉、玻璃粉、有机载体混合制成浆料，导致玻璃分布不均匀。加之传统浆料的制备中工艺较复杂，制备玻璃粉程序较繁杂，为了达到性能要求有的还含有铅、镉等重金属或者铋等价格较高的原料。二氧化硅是备受青睐的包覆材料，其稳定性高，作为铜浆中的玻璃相，一方面能收缩拉紧铜粉，另一方面还能和LTCC基板烧结匹配。因此寻求一种简单的工艺，将二氧化硅均匀包覆于铜粉表面，印刷到LTCC表面900℃左右共烧后，铜膜致密、导电优良，同时又不含对人体有害的物质，应用前景广阔。
发明内容
本发明的目的，在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种成本低、工艺简单、稳定性高、铜膜致密、导电优良、对人体无害的二氧化硅包覆铜电子浆料用于LTCC基板的制备方法。
本发明通过如下技术方案予以实现。
一种用于LTCC基板的二氧化硅包覆铜电子浆料的制备方法，具有以下步骤：
(1)预处理铜粉
将8g原始铜粉放入稀释的盐酸溶液中，30℃水浴磁力搅拌10-20min，静置倒掉上清液；再加入30ml丙酮，于60℃搅拌10-30min，静置倒掉上清液，于70℃干燥1h；
所述铜粉为市售铜粉，平均粒径1-2μm，类球形；
所述稀释的盐酸溶液的容量比为HCl:H2O＝1-5mL:50mL。
(2)TEOS即正硅酸乙酯预水解
称量70ml无水乙醇，加入0.05-0.36ml蒸馏水，加入0.12-1.12mlTEOS，滴入25wt％氨水0.03-1ml，于25-45℃搅拌30-60min，制得TEOS预处理液；
(3)二氧化硅包覆铜粉
取3g步骤(1)处理好的铜粉超声分散在30ml无水乙醇中，再将步骤(2)TEOS预处理液全部滴入其中，于25-65℃电磁搅拌3-6h，将反应产物于2500r/min离心3min，再于65℃烘干1h；
(4)制备有机载体
称取松油醇83-87wt％、乙基纤维素1-6wt％、聚乙二醇4-5wt％、邻苯二甲酸二丁酯4-6wt％和蓖麻油1-3wt％，将其在90-100℃水浴搅拌1-3h直至溶液变澄清，静置24h备用；
(5)制备二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板
将步骤(3)的二氧化硅包覆铜粉与步骤(4)的有机载体按质量比为70-80：30-20充分混合，丝网印刷于LTCC即低温共烧陶瓷基板上，室温流平，90-100℃干燥，在氮气气氛炉中于850-910℃烧结，保温30-60min，自然冷却至室温，得到二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板。
所述步骤(1)的铜粉为市售铜粉，平均粒径1-2μm，类球形；
所述步骤(1)稀释的盐酸溶液的容量比为HCl:H2O＝1-5mL:50mL；
所述步骤(2)滴入的25wt％氨水为0.03-0.5ml。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明采用溶胶凝胶法将二氧化硅均匀包覆于处理后的铜粉表面，有效地将玻璃粉和铜粉均匀混合。
(2)本发明制成的铜电子浆料与LTCC基板经过高温烧结后，烧结致密，导电性良好，方阻较低。
(3)本发明中所用二氧化硅粘结剂无毒环保，使用原料价格低廉，降低了生产成本，而且工艺简单，简单的设备即可进行生产。
具体实施方式
本发明采用溶胶凝胶法将二氧化硅均匀包覆于处理后的铜粉表面，然后和有机载体混合，印刷到LTCC基板上，排胶烧结后得到致密度好、导电优良的铜膜。
下面结合具体实例对本发明进行详细说明。
实施例1
(1)预处理铜粉
将8g原始铜粉放入稀释的盐酸溶液(HCl:H2O＝1mL:50mL)中，30℃水浴磁力搅拌10min，静置倒掉上清液；再加入30ml丙酮，60℃搅拌30min，静置倒掉上清液，于70℃干燥1h；
(2)TEOS预水解
称量70ml无水乙醇，加入0.36ml蒸馏水，加入1.12mlTEOS，滴入25wt％氨水0.5ml，于25℃搅拌30min，制得TEOS预处理液；
(3)制备二氧化硅包覆铜粉
将3g步骤(1)处理好的铜粉超声分散在30ml无水乙醇中，再将步骤(2)TEOS预处理液全部滴入其中，25℃反应3h，反应产物2500r/min离心3min，于65℃烘干1h；
(4)制备有机载体
称取松油醇85wt％、乙基纤维素5wt％、聚乙二醇4wt％、邻苯二甲酸二丁酯5wt％和蓖麻油1wt％，将其在90℃水浴搅拌3h直至溶液变澄清，静置24h备用；
(5)制备二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板
将步骤(3)的二氧化硅包覆铜粉与步骤(4)的有机载体按质量比为70：30充分混合，丝网印刷于LTCC基板上，室温流平，90℃干燥，在氮气气氛炉中于850℃烧结30min，自然冷却至室温，得到二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板。
实施例2
(1)预处理铜粉
将8g原始铜粉放入稀释的盐酸溶液(HCl:H2O＝3mL:50mL)中，30℃水浴磁力搅拌20min，静置倒掉上清液；再加入30ml丙酮，60℃搅拌30min，静置倒掉上清液，于70℃干燥1h；
(2)TEOS预水解
称量70ml无水乙醇，加入0.18ml蒸馏水，加入0.56mlTEOS，滴入25wt％氨水0.25ml，于45℃搅拌60min，制得TEOS预处理液；
(3)制备二氧化硅包覆铜粉
将3g步骤(1)处理好的铜粉超声分散在30ml无水乙醇中，再将步骤(2)TEOS预处理液全部滴入其中，25℃反应4h，反应产物2500r/min离心3min，于65℃烘干1h；
(4)制备有机载体
称取松油醇87wt％、乙基纤维素1wt％、聚乙二醇4wt％、邻苯二甲酸二丁酯5wt％和蓖麻油3wt％，将其在95℃水浴搅拌2h直至溶液变澄清，静置24h备用；
(5)制备二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板
将步骤(3)的二氧化硅包覆铜粉与步骤(4)的有机载体按质量比为75：25充分混合，丝网印刷于LTCC基板上，室温流平，90℃干燥，在氮气气氛炉中于880℃烧结30min，自然冷却至室温，得到二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板。
实施例3
(1)预处理铜粉
将8g原始铜粉放入稀释的盐酸溶液(HCl:H2O＝5mL:50mL)中，30℃水浴磁力搅拌15min，静置倒掉上清液；再加入30ml丙酮，60℃搅拌25min，静置倒掉上清液，于70℃干燥1h。
(2)TEOS预水解
称量70ml无水乙醇，加入0.12ml蒸馏水，加入0.34mlTEOS，滴入25wt％氨水0.2ml，于35℃搅拌40min，制得TEOS预处理液；
(3)制备二氧化硅包覆铜粉
将3g步骤(1)处理好的铜粉超声分散在30ml无水乙醇中，再将步骤(2)TEOS预处理液全部滴入其中，45℃反应6h，反应产物2500r/min离心2min，于65℃烘干1h；
(4)制备有机载体
称取松油醇86wt％、乙基纤维素2wt％、聚乙二醇5wt％、邻苯二甲酸二丁酯4wt％和蓖麻油3wt％，将其在100℃水浴搅拌1h直至溶液变澄清，静置24h备用；
(5)制备二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板
将步骤(3)的二氧化硅包覆铜粉与步骤(4)的有机载体按质量比为80：20充分混合，丝网印刷于LTCC基板上，室温流平，100℃干燥，在氮气气氛炉中于880℃烧结60min，自然冷却至室温，得到二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板。
实施例4
(1)预处理铜粉
将8g原始铜粉放入稀释的盐酸溶液(HCl:H2O＝1mL:50mL)中，30℃水浴磁力搅拌10min，静置倒掉上清液；再加入30ml丙酮，60℃搅拌10min，静置倒掉上清液，于70℃干燥1h；
(2)TEOS预水解
称量70ml无水乙醇，加入0.05ml蒸馏水，加入0.12mlTEOS，滴入25wt％氨水0.05ml，于25℃搅拌30min，制得TEOS预处理液；
(3)制备二氧化硅包覆铜粉
将3g步骤(1)处理好的铜粉超声分散在30ml无水乙醇中，再将步骤(2)TEOS预处理液全部滴入其中，65℃反应3h，反应产物2500r/min离心3min，于65℃烘干1h；
(4)制备有机载体
称取松油醇80wt％、乙基纤维素6wt％、聚乙二醇5wt％、邻苯二甲酸二丁酯6wt％和蓖麻油3wt％，将其在90℃水浴搅拌2h直至溶液变澄清，静置24h备用；
(5)制备二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板
将步骤(3)的二氧化硅包覆铜粉与步骤(4)的有机载体按质量比为78：22充分混合，丝网印刷于LTCC基板上，室温流平，90℃干燥，在氮气气氛炉中于910℃烧结40min，自然冷却至室温，得到二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板。
实施例5
(1)预处理铜粉
将8g原始铜粉放入稀释的盐酸溶液(HCl:H2O＝1mL:50mL)中，30℃水浴磁力搅拌20min，静置倒掉上清液；再加入30ml丙酮，60℃搅拌30min，静置倒掉上清液，于70℃干燥1h；
(2)TEOS预水解
称量70ml无水乙醇，加入0.05ml蒸馏水，加入0.12mlTEOS，滴入25wt％氨水0.05ml，于35℃搅拌60min，制得TEOS预处理液；
(3)制备二氧化硅包覆铜粉
将3g步骤(1)处理好的铜粉超声分散在30ml无水乙醇中，再将步骤(2)TEOS预处理液全部滴入其中，25℃反应6h，反应产物2500r/min离心3min，于65℃烘干1h；
(4)制备有机载体
称取松油醇85wt％、乙基纤维素5wt％、聚乙二醇4wt％、邻苯二甲酸二丁酯5wt％和蓖麻油1wt％，将其在90℃水浴搅拌3h直至溶液变澄清，静置24h备用；
(5)制备二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板
将步骤(3)的二氧化硅包覆铜粉与步骤(4)的有机载体按质量比为75：25充分混合，丝网印刷于LTCC基板上，室温流平，95℃干燥，在氮气气氛炉中于910℃烧结60min，自然冷却至室温，得到二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板。
将上述实施例二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板进行方阻测试，结果见表1。
表1
№ 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
方阻mΩ/□ 6.0 5.0 4.4 4.1 4.2

Claims (4)

1.一种用于LTCC基板的二氧化硅包覆铜电子浆料的制备方法，具有以下步骤：
(1)预处理铜粉
将8g原始铜粉放入稀释的盐酸溶液中，30℃水浴磁力搅拌10-20min，静置倒掉上清液；再加入30ml丙酮，于60℃搅拌10-30min，静置倒掉上清液，于70℃干燥1h；
(2)TEOS即正硅酸乙酯预水解
称量70ml无水乙醇，加入0.05-0.36ml蒸馏水，加入0.12-1.12mlTEOS，滴入25wt％氨水0.03-1ml，于25-45℃搅拌30-60min，制得TEOS预处理液；
(3)二氧化硅包覆铜粉
取3g步骤(1)处理好的铜粉超声分散在30ml无水乙醇中，再将步骤(2)TEOS预处理液全部滴入其中，于25-65℃电磁搅拌3-6h，将反应产物于2500r/min离心3min，再于65℃烘干1h；
(4)制备有机载体
称取松油醇83-87wt％、乙基纤维素1-6wt％、聚乙二醇4-5wt％、邻苯二甲酸二丁酯4-6wt％和蓖麻油1-3wt％，将其在90-100℃水浴搅拌1-3h直至溶液变澄清，静置24h备用；
(5)制备二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板
将步骤(3)的二氧化硅包覆铜粉与步骤(4)的有机载体按质量比为70-80：30-20充分混合，丝网印刷于LTCC即低温共烧陶瓷基板上，室温流平，90-100℃干燥，在氮气气氛炉中于910℃烧结，保温30-60min，自然冷却至室温，得到二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板。
2.根据权利要求1所述的一种用于LTCC基板的二氧化硅包覆铜电子浆料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的铜粉为市售铜粉，平均粒径1-2μm，类球形。
3.根据权利要求1所述的一种用于LTCC基板的二氧化硅包覆铜电子浆料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)稀释的盐酸溶液的容量比为HCl:H2O＝1-5mL:50mL。
4.根据权利要求1所述的一种用于LTCC基板的二氧化硅包覆铜电子浆料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)滴入的25wt％氨水为0.03-0.5ml。
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