CN106601333A - 一种高温厚膜电极浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温厚膜电极浆料及其制备方法，该高温厚膜电极浆料包括功能相、无机粘接相、有机载体，功能相由纳米银粉、微米银粉、钯粉组成，无机粘接相为由SiO₂、MgO、B₂O₃、ZnO、Bi₂O₃、Al₂O₃、晶核剂所组成的无铅微晶玻璃粉；有机载体为由树脂、溶剂、分散剂、消泡剂、流平剂、触变剂所组成的混合物；其中，该高温厚膜电极浆料具有以下优点：1、能避免铅、镉对环境以及人体造成伤害；2、与陶瓷及不锈钢基板结合性好，附着力大于10N/mm²；3、印刷性好、分辨率高且方阻小。该制备方法包括：制备无机粘接相、制备功能相、制备有机载体、电极浆料制备，且能够有效地生产制备上述高温厚膜电极浆料。

Description

一种高温厚膜电极浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及电子材料技术领域，尤其涉及一种高温厚膜电极浆料及其制备方法。

背景技术

电极是电子收集与传导载体，在电子元器件中起着电极、封装和互联作用，通常要求具有与基材结合力强、方块电阻小、导电体均匀、印刷性好、分辨率高、性能稳定、环保且寿命长。

根据固化方式划分，电极浆料分为烧结型浆料和固化型导电胶两大类，其中固化型导电胶还可进一步分为热固化导电胶和光固化导电胶。根据导电填料不同，电极浆料可以分为碳浆、金属浆料（贵金属浆料、贱金属浆料）以及改性陶瓷浆料。

需进一步指出，传统烧结型电极浆料含有有害物质，比如铅、镉等，不利于环境保护。因此研究一种导电性能好、附着力强、可焊性好、抗焊性好、印刷特性、烧结特性、环保性能优良、与陶瓷和不锈钢基材相匹配以及对介质层和电阻层润湿性、相容性优良的高温厚膜电极浆料满足市场需求，非常有意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温厚膜电极浆料，该高温厚膜电极浆料具有以下优点，具体为：1、能避免铅、镉对环境以及人体造成伤害；2、与陶瓷及不锈钢基板结合性好，附着力大于10N/mm²；3、印刷性好、分辨率高且方阻小。

本发明的另一目的在于提供一种高温厚膜电极浆料的制备方法，该制备方法能够有效地生产制备上述高温厚膜电极浆料。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现。

一种高温厚膜电极浆料，包括有以下重量份的物料，具体为：

功能相 60%-80%

无机粘接相 2%-10%

有机载体 10%-30%；

功能相为由纳米银粉、微米银粉、钯粉所组成的复合粉，纳米银粉粒径值为10 nm -100nm，微米银粉的粒径值为1 μm -3 μm，钯粉的粒径值为1µm -3 µm，功能相中纳米银粉、微米银粉、钯粉三种物料的重量份依次为10%-40%、30%-80%、5%-20%；

无机粘接相为无铅微晶玻璃粉，无铅微晶玻璃粉为由SiO₂、MgO、B₂O₃、ZnO、Bi₂O₃、Al₂O₃、晶核剂所组成的混合物，无机粘接相中SiO₂、MgO、B₂O₃、ZnO、Bi₂O₃、Al₂O₃、晶核剂七种物料的重量份依次为10%-40%、10%-50%、1%-15%、5%-30%、20%-70%、1%-10%、1%-10%；

有机载体为由树脂、溶剂、分散剂、消泡剂、流平剂、触变剂所组成的混合物，有机载体中树脂、溶剂、分散剂、消泡剂、流平剂、触变剂六种物料的重量份依次为5%-40%、10%-80%、0.5%-5%、0.5%-5%、0.5%-5%、0.5-5%。

其中，所述无铅微晶玻璃粉中的晶核剂为CaF₂、P₂O₅、Li₂O、TiO₂、ZrO₂、BeO、MoO₃、Fe₂O₃、Al₂O₃ 中的一种或者至少两种所组成的混合物。

其中，所述无铅微晶玻璃粉的粒径值为1μm -3μm。

其中，所述溶剂为混合二元酸酯、柠檬酸三丁酯、松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、柠檬酸三丁酯、二乙二醇单乙醚醋酸酯中的一种或者至少两种所组成的混合物。

其中，所述树脂为环氧丙烯酸树脂、酚醛环氧树脂、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、硝基纤维素、有机硅树脂、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或者至少两种所组成的混合物。

其中，所述分散剂为柠檬酸三胺、聚甲基丙烯酸胺、1, 4- 二羟基磺酸胺中的一种或者至少两种所组成的混合物。

其中，所述稳定剂为硅油、聚醚改性有机硅中的一种。

其中，所述流平剂为BYK-300、 BYK-306、 BYK-307、 BYK-310、 BYK-323、 BYK-331、 BYK-333、BYK-346、BYK-348、BYK-354中的一种。

其中，所述触变剂为氢化蓖麻油、聚酰胺蜡中的一种。

一种高温厚膜电极浆料的制备方法，包括有以下工艺步骤，具体为：

a、制备无机粘接相：将SiO₂、MgO、B₂O₃、ZnO、Bi₂O₃、Al₂O₃晶核剂于球磨机中混合均匀，混合物中SiO₂、MgO、B₂O₃、ZnO、Bi₂O₃、Al₂O₃、晶核剂中七种物料的重量份依次为10%-40%、10%-50%、1%-15%、5%-30%、20%-70%、1%-10%、1%-10%，混合均匀后的混合物再于熔炉中进行熔炼处理，熔炼温度为1000℃-1500 ℃，保温时间为2-5小时，即得到玻璃熔液；将玻璃熔液进行水淬处理并得到玻璃渣，而后以蒸镏水为介质对玻璃渣进行球磨处理5-15小时，过筛后即可获得无铅微晶玻璃粉，无铅微晶玻璃粉的粒径值为1μm-3μm；

b、制备功能相：将纳米银粉、微米银粉、钯粉混合均匀以制备复合粉，功能相中纳米银粉、微米银粉、钯粉三种物料的重量份依次为10%-40%、30%-80%、5%-20%，纳米银粉粒径值为10 nm -100nm，微米银粉的粒径值为1 μm -3 μm，钯粉的粒径值为1µm -3 µm；

c、制备有机载体：将树脂、溶剂、分散剂、消泡剂、流平剂、触变剂于60℃水浴中搅拌溶解以得到有机载体，并通过调整树脂的含量以使有机载体的粘度范围为200 mPa·s -300mPa·s；其中，有机载体中树脂、溶剂、分散剂、消泡剂、流平剂、触变剂六种物料的重量份依次为5%-40%、10%-80%、0.5%-5%、0.5%-5%、0.5%-5%、0.5-5%；

d、电极浆料制备：将功能相、无机粘接相、有机载体于容器中搅拌分散，而后再进行三辊轧制，以获得粘度范围为200 Pa·s±20 Pa·s的电极浆料；其中，电极浆料中功能相、无机粘接相、有机载体三种物料的重量份依次为60%-80%、2%-10%、10%-30%。

本发明的有益效果为：本发明所述的一种高温厚膜电极浆料，其包括功能相、无机粘接相、有机载体，功能相为由纳米银粉、微米银粉、钯粉所组成的复合粉，无机粘接相为无铅微晶玻璃粉，无铅微晶玻璃粉为由SiO₂、MgO、B₂O₃、ZnO、Bi₂O₃、Al₂O₃、晶核剂所组成的混合物；有机载体为由树脂、溶剂、分散剂、消泡剂、流平剂、触变剂所组成的混合物。通过上述物料组合，该高温厚膜电极浆料具有以下优点：1、能避免铅、镉对环境以及人体造成伤害；2、与陶瓷及不锈钢基板结合性好，附着力大于10N/mm²；3、印刷性好、分辨率高且方阻小。

本发明的另一有益效果为：本发明所述的一种高温厚膜电极浆料的制备方法，其包括以下工艺步骤：a、制备无机粘接相；b、制备功能相；c、制备有机载体；d、电极浆料制备。通过上述工艺步骤设计，该制备方法能够有效地生产制备上述高温厚膜电极浆料。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式来对本发明进行说明。

实施例一，一种高温厚膜电极浆料，包括有以下重量份的物料，具体为：

功能相 70%

无机粘接相 5%

有机载体 25%。

其中，功能相为由纳米银粉、微米银粉、钯粉所组成的复合粉，纳米银粉粒径值为50nm，微米银粉的粒径值为1 μm，钯粉的粒径值为1µm，功能相中纳米银粉、微米银粉、钯粉三种物料的重量份依次为20%、70%、10%。

无机粘接相为无铅微晶玻璃粉，无铅微晶玻璃粉由SiO₂、MgO、B₂O₃、ZnO、Bi₂O₃、Al₂O₃、晶核剂（TiO₂）所组成的混合物，无机粘接相中SiO₂、MgO、B₂O₃、ZnO、Bi₂O₃、Al₂O₃、TiO₂七种物料的重量份依次为30%、13%、10%、5%、40%、1%、1%。

有机载体为由乙基纤维素、二元酸酯、聚甲基丙烯酸胺、硅油、BYK-331、蓖麻油所组成的混合物，有机载体中各物料的重量份依次为35%、60%、1.5%、1%、1.5%、1%。

需进一步指出，本实施例一的高温厚膜电极浆料可以采用以下制备方法制备而成，具体的，一种高温厚膜电极浆料制备方法，其包括有以下工艺步骤：

a、制备无机粘接相：按照本实施例一的重量配比将SiO₂、MgO、B₂O₃、ZnO、Bi₂O₃、Al₂O₃晶核剂（TiO₂）于球磨机中混合均匀，混合均匀后再于熔炉熔炼，熔炼温度为1200 ℃，保温时间为4小时即得到玻璃熔液，而后将玻璃熔液进行水淬并得到玻璃渣，最后以蒸镏水为介质对玻璃渣球磨8小时，然后过筛，完成玻璃粉制备，玻璃粉粒径值为2μm；

b、制备功能相：按照本实施例一的重量配比将纳米银粉、微米银粉、钯粉混合均匀以制备复合粉；

c、制备有机载体：按照本实施例一的重量配比将乙基纤维素、二元酸酯、聚甲基丙烯酸胺、硅油、BYK-331、蓖麻油于60℃水浴中搅拌溶解以得到有机载体，并通过调整树脂的含量，以使有机载体的粘度范围为200 mPa·s -300 mPa·s；

d、电极浆料制备：按照本实施例一的重量配比将功能相、无机粘接相、有机载体于容器中搅拌分散，而后再进行三辊轧制，以获得粘度范围为200 Pa·s±20 Pa·s的电极浆料。

通过上述配方及工艺步骤设计，制备的高温厚膜电极浆料能够满足陶瓷及不锈钢基材的应用，附着力12N/mm²，方阻3mΩ/□。

实施例二，一种高温厚膜电极浆料，其特征在于，包括有以下重量份的物料，具体为：

功能相 65%

无机粘接相 8%

有机载体 27%。

其中，功能相为由纳米银粉、微米银粉、钯粉所组成的复合粉，纳米银粉粒径值为20nm，微米银粉的粒径值为2 μm，钯粉的粒径值为1.5µm，功能相中纳米银粉、微米银粉、钯粉三种物料的重量份依次为25%、65%、10%。

无机粘接相为无铅微晶玻璃粉，无铅微晶玻璃粉由SiO₂、MgO、B₂O₃、ZnO、Bi₂O₃、Al₂O₃、晶核剂（TiO₂）所组成的混合物，无机粘接相中SiO₂、MgO、B₂O₃、ZnO、Bi₂O₃、Al₂O₃、TiO₂七种物料的重量份依次为28%、14%、10%、6%、40%、1%、1%。

有机载体为由聚乙烯缩丁醛、松油醇、聚甲基丙烯酸胺、硅油、BYK-331、蓖麻油所组成的混合物，有机载体中各物料的重量份依次为35%、60%、1.5%、1%、1.5%、1%。

需进一步指出，本实施例二的高温厚膜电极浆料可以采用以下制备方法制备而成，具体的，一种高温厚膜电极浆料制备方法，其包括有以下工艺步骤：

a、制备无机粘接相：按照本实施例二的重量配比将SiO₂、MgO、B₂O₃、ZnO、Bi₂O₃、Al₂O₃晶核剂（TiO₂）于球磨机中混合均匀，混合均匀后再于熔炉熔炼，熔炼温度为1200 ℃，保温时间为4小时即得到玻璃熔液，而后将玻璃熔液进行水淬并得到玻璃，最后以蒸镏水为介质对玻璃球磨6小时，然后过筛，完成玻璃粉制备，玻璃粉粒径值为2μm；

b、制备功能相：按照本实施例二的重量配比将纳米银粉、微米银粉、钯粉混合均匀以制备复合粉；

c、制备有机载体：按照本实施例二的重量配比将聚乙烯缩丁醛、松油醇、聚甲基丙烯酸胺、硅油、BYK-331、蓖麻油于60℃水浴中搅拌溶解以得到有机载体，并通过调整树脂的含量，以使有机载体的粘度范围为200 mPa·s -300 mPa·s；

d、电极浆料制备：按照本实施例二的重量配比将功能相、无机粘接相、有机载体于容器中搅拌分散，而后再进行三辊轧制，以获得粘度范围为200 Pa·s±20 Pa·s的电极浆料。

通过上述配方及工艺步骤设计，制备的高温厚膜电极浆料能够满足陶瓷及不锈钢基材的应用，附着力大于15N/mm²，方阻5mΩ/□。

实施例三，一种高温厚膜电极浆料，包括有以下重量份的物料，具体为：

功能相 68%

无机粘接相 4%

有机载体 28%。

其中，功能相为由纳米银粉、微米银粉、钯粉所组成的复合粉，纳米银粉粒径值为100nm，微米银粉的粒径值为2 μm，钯粉的粒径值为1.5µm，功能相中纳米银粉、微米银粉、钯粉的重量份依次为15%、70%、15%。

无机粘接相为无铅微晶玻璃粉，无铅微晶玻璃粉由SiO₂、MgO、B₂O₃、ZnO、Bi₂O₃、Al₂O₃、晶核剂（ZrO₂）所组成的混合物，无机粘接相中SiO₂、MgO、B₂O₃、ZnO、Bi₂O₃、Al₂O₃、ZrO₂七种物料的重量份依次为26%、14%、10%、6%、42%、1%、1%。

有机载体为聚乙烯吡咯烷酮、松油醇、聚甲基丙烯酸胺、硅油、BYK-331、蓖麻油所组成的混合物，其重量份依次为15%、80%、1.5%、1%、1.5%、1%。

其中，本实施例三的高温厚膜电极浆料可以采用以下制备方法制备而成，具体的，一种高温厚膜电极浆料制备方法，其包括有以下工艺步骤：

a、制备无机粘接相：按照本实施例三的重量配比将SiO₂、MgO、B₂O₃、ZnO、Bi₂O₃、Al₂O₃晶核剂（ZrO₂）于球磨机中混合均匀，混合均匀后再于熔炉熔炼，熔炼温度为1200 ℃，保温时间为4小时即得到玻璃熔液，而后将玻璃熔液进行水淬并得到玻璃，最后以蒸镏水为介质对玻璃球磨8小时，然后过筛，完成玻璃粉制备，玻璃粉粒径值为2μm；

b、制备功能相：按照本实施例三的重量配比将纳米银粉、微米银粉、钯粉混合均匀以制备复合粉；

c、制备有机载体：按照本实施例三的重量配比将聚乙烯吡咯烷酮、松油醇、聚甲基丙烯酸胺、硅油、BYK-331、蓖麻油于60℃水浴中搅拌溶解以得到有机载体，并通过调整树脂的含量，以使有机载体的粘度范围为200 mPa·s -300 mPa·s；

d、电极浆料制备：按照本实施例三的重量配比将功能相、无机粘接相、有机载体于容器中搅拌分散，而后再进行三辊轧制，以获得粘度范围为200 Pa·s±20 Pa·s的电极浆料。

通过上述配方及工艺步骤设计，制备的高温厚膜电极浆料能够满足陶瓷及不锈钢基材的应用，附着力大于11N/mm²，方阻3mΩ/□。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种高温厚膜电极浆料，其特征在于，包括有以下重量份的物料，具体为：

功能相 60%-80%

无机粘接相 2%-10%

有机载体 10%-30%；

功能相为由纳米银粉、微米银粉、钯粉所组成的复合粉，纳米银粉粒径值为10 nm -100nm，微米银粉的粒径值为1 μm -3 μm，钯粉的粒径值为1µm -3 µm，功能相中纳米银粉、微米银粉、钯粉三种物料的重量份依次为10%-40%、30%-80%、5%-20%；

无机粘接相为无铅微晶玻璃粉，无铅微晶玻璃粉为由SiO₂、MgO、B₂O₃、ZnO、Bi₂O₃、Al₂O₃、晶核剂所组成的混合物，无机粘接相中SiO₂、MgO、B₂O₃、ZnO、Bi₂O₃、Al₂O₃、晶核剂七种物料的重量份依次为10%-40%、10%-50%、1%-15%、5%-30%、20%-70%、1%-10%、1%-10%；

有机载体为由树脂、溶剂、分散剂、消泡剂、流平剂、触变剂所组成的混合物，有机载体中树脂、溶剂、分散剂、消泡剂、流平剂、触变剂六种物料的重量份依次为5%-40%、10%-80%、0.5%-5%、0.5%-5%、0.5%-5%、0.5-5%。

2.根据权利要求1所述的一种高温厚膜电极浆料，其特征在于：所述无铅微晶玻璃粉中的晶核剂为CaF₂、P₂O₅、Li₂O、TiO₂、ZrO₂、BeO、MoO₃、Fe₂O₃、Al₂O₃ 中的一种或者至少两种所组成的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种高温厚膜电极浆料，其特征在于：所述无铅微晶玻璃粉的粒径值为1μm -3μm。

4.根据权利要求1所述的一种高温厚膜电极浆料，其特征在于：所述溶剂为混合二元酸酯、柠檬酸三丁酯、松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、柠檬酸三丁酯、二乙二醇单乙醚醋酸酯中的一种或者至少两种所组成的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种高温厚膜电极浆料，其特征在于：所述树脂为环氧丙烯酸树脂、酚醛环氧树脂、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、硝基纤维素、有机硅树脂、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或者至少两种所组成的混合物。

6.根据权利要求1所述的一种高温厚膜电极浆料，其特征在于：所述分散剂为柠檬酸三胺、聚甲基丙烯酸胺、1, 4- 二羟基磺酸胺中的一种或者至少两种所组成的混合物。

7.根据权利要求1所述的一种高温厚膜电极浆料，其特征在于：所述稳定剂为硅油、聚醚改性有机硅中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种高温厚膜电极浆料，其特征在于：所述流平剂为BYK-300、BYK-306、 BYK-307、 BYK-310、 BYK-323、 BYK-331、 BYK-333、BYK-346、BYK-348、BYK-354中的一种。

9.根据权利要求1所述的一种高温厚膜电极浆料，其特征在于：所述触变剂为氢化蓖麻油、聚酰胺蜡中的一种。

10.一种高温厚膜电极浆料的制备方法，其特征在于，包括有以下工艺步骤，具体为：

a、制备无机粘接相：将SiO₂、MgO、B₂O₃、ZnO、Bi₂O₃、Al₂O₃晶核剂于球磨机中混合均匀，混合物中SiO₂、MgO、B₂O₃、ZnO、Bi₂O₃、Al₂O₃、晶核剂中七种物料的重量份依次为10%-40%、10%-50%、1%-15%、5%-30%、20%-70%、1%-10%、1%-10%，混合均匀后的混合物再于熔炉中进行熔炼处理，熔炼温度为1000℃-1500 ℃，保温时间为2-5小时，即得到玻璃熔液；将玻璃熔液进行水淬处理并得到玻璃渣，而后以蒸镏水为介质对玻璃渣进行球磨处理5-15小时，过筛后即可获得无铅微晶玻璃粉，无铅微晶玻璃粉的粒径值为1μm-3μm；

b、制备功能相：将纳米银粉、微米银粉、钯粉混合均匀以制备复合粉，功能相中纳米银粉、微米银粉、钯粉三种物料的重量份依次为10%-40%、30%-80%、5%-20%，纳米银粉粒径值为10 nm -100nm，微米银粉的粒径值为1 μm -3 μm，钯粉的粒径值为1µm -3 µm；

c、制备有机载体：将树脂、溶剂、分散剂、消泡剂、流平剂、触变剂于60℃水浴中搅拌溶解以得到有机载体，并通过调整树脂的含量以使有机载体的粘度范围为200 mPa·s -300mPa·s；其中，有机载体中树脂、溶剂、分散剂、消泡剂、流平剂、触变剂六种物料的重量份依次为5%-40%、10%-80%、0.5%-5%、0.5%-5%、0.5%-5%、0.5-5%；

d、电极浆料制备：将功能相、无机粘接相、有机载体于容器中搅拌分散，而后再进行三辊轧制，以获得粘度范围为200 Pa·s±20 Pa·s的电极浆料；其中，电极浆料中功能相、无机粘接相、有机载体三种物料的重量份依次为60%-80%、2%-10%、10%-30%。