CN110213883A - 一种玻璃基电路板导电线路制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种玻璃基电路板导电线路制备工艺，包括以下步骤：将专用导电材料、有机粘合剂和无机添加剂按质量配比制成专用导电银浆；通过钛合金印板上的镂空部分将专用导电银浆刮浆到玻璃基板上；进行150～200℃保温5～15分钟的低温烘干；升温至500～750℃温度后保温2～8分钟，降温至室温。本发明提供的玻璃基电路板导电线路制备工艺，在涂敷步骤中使用钛合金印板代替传统丝网印板实现电路板的印制刮浆工艺，可使玻璃基电路板的线路厚度达到18‑35μm，且浆料平整，边缘整齐，无风孔，电路性能比传统工艺提升1倍左右。
Description
技术领域
本发明涉及一种玻璃基电路板导电线路制备工艺，属于电子技术领域。
背景技术
目前玻璃基电路板用导电浆料一般由导电金属粉、粘结剂、溶剂及其他辅助剂组成，并采用丝网印刷的方法将导电浆料印刷至玻璃基板上。丝网印刷法是指利用丝网镂孔板和印料，经刮刀刮印得到图形的方法，其原理为利用丝网印板图文部分网孔透漏印料，非图文部分网孔不透漏印料的基本原理进行印刷。金属导电材料在导电浆料中的含量将直接影响到电路的导电性能，研究表明，导电浆料中含导电材料的含量在80％～90％重量比时，导电能力最好。目前传统工艺制作的玻璃基电路板导电浆料中导电材料所占比例均在75％以下，因粘结剂等辅助材料的含量需达到25％以上才能使浆料中呈球状颗粒的导电材料间具备足够的粘合力，不致造成导电颗粒的脱落，所以现有浆料中导电材料的含量很难提高。但这样的质量配比并没有达到浆料中导电材料的最佳配比，导电性能还有提升的空间，且添加剂的大量使用使导电线路的脆性大大增加，在玻璃基板发生变形时容易断裂，造成玻璃基电路板的损坏。
在玻璃基电路板导电线路的制备工艺中，由于含银含量高的导电银浆黏度非常大，导致其流动性较差，如采用传统的丝网印刷方法，印刷出来的导电线路由于丝网网线的隔离，会使导电线路的涂层高低不平，并产生风孔，导致电路导通能力差，导电率低；如对刮刀增大压力，可以使风孔略微变少，平度也可有所加强，但由于压力的增大会使刮涂的导电线路层厚度变小，多在10μm以下，由于线路过薄，且传统工艺所制得的导电银浆脆性大，在玻璃基板发生变形时，导电线路极易断裂，而造成电路的损坏。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，并提供一种玻璃基电路板导电线路制备工艺，使用该工艺制备的玻璃基电路板导电线路具有较厚的导电线路层，且表面平滑，线路的柔韧性好，结合力强，耐焊性好，导通能力强，导电率高，电路板的使用寿命长。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种玻璃基电路板导电线路制备工艺，包括以下步骤：
制浆步骤：将专用导电材料、有机粘合剂和无机添加剂按质量配比制成专用导电银浆；以100质量份的所述玻璃基电路板专用导电银浆为基准，其中专用导电材料78～87份，有机粘合剂9～10份，无机添加剂3～13份；所述无机添加剂为玻璃粉；
所述专用导电材料由A、银粉，B、粒径180～300nm的亚纳米球状银粉，C、粒径180～300nm的亚纳米球状银铟合金粉和D、粒径250～500nm的纯铟粉，按照质量比例A:B:C:D＝86.5～93.9:5～10:1～3:0.1～0.5，混合而成；
涂敷步骤：在钛合金印板上倒入制浆步骤制得的专用导电银浆，通过钛合金印板上的镂空部分将专用导电银浆刮浆到玻璃基板上，钛合金印板的厚度为0.02～0.05mm；
烘干步骤：150～200℃低温烘烤5～15分钟；
熔结步骤：升温至500～750℃温度后保温2～8分钟，降温至室温。
对上述技术方案的进一步改进是，制浆步骤中所述A、银粉通过以下方法制得：
S1、将固态的纯银或银合金熔化成液态银，其中所述纯银中银含量≥99.9％；所述银合金中银含量≥90％，其余组分为导电金属；
S2、将液态银导入氮气浓度≥99.99％的氮气氛雾化室，雾化喷嘴对导入的液态银喷射高压雾化气体使液态银雾化，雾化后的雾化物颗粒为1-5μm，在雾化物凝固前，设置于雾化室的低温氮气喷嘴对尚未凝固的雾化物进行频率3～10HZ的爆冲喷射，爆冲喷射的气体压力为0.2～1MPa，雾化物在爆冲喷射出的低温氮气的冲击作用下变成不规则的形状，且低温氮气的低温使雾化物在变形的同时迅速凝固，形成玻璃基电路板专用导电银粉，所用低温氮气的温度为-85℃～-65℃，浓度为≥99.99％。
制浆步骤中所述有机粘合剂由以下材料按质量份数比例配制而成，乙基纤维素0.8～1.2份，松香树脂3.5～6份，丙烯酸树脂4～8份，氢化蓖麻油3.5～6份，聚二甲基硅氧烷2～4份，醇脂十二34.8～58.2份，二乙二醇丁醚8～10份，二乙二醇丁醚醋酸脂20～30份。
制浆步骤中所述玻璃粉粒径为120～350nm。
制浆步骤中所述C、银铟合金粉中的银元素和铟元素的质量比例为银:铟＝90～95:5～10。
所述步骤S2中，雾化喷嘴的工作电压为30-60KV，雾化速率为2～15Kg/h，雾化频率为1～30MHZ,雾化喷嘴雾化压力为0.8～2.4MPa。
所述步骤S2中，雾化室内设有一个以上低温氮气喷嘴，低温氮气喷嘴的喷气方向与凝固前的雾化物的移动方向成90°～135°夹角。
所述步骤S1中，银合金中的其它导电金属为金、铜、铟、镓、铝、锡和铅中的一种或多种。
涂敷步骤中在钛合金印板的四周粘接有丝网，丝网的外围设有网框，然后使四周粘接有丝网的钛合金印板在40～60N拉力条件下粘接于网框上。
所述钛合金印板为β型钛合金箔板，如Ti-15-3、β21S、BT-22等。
由本发明的技术方案可知，本发明提供的玻璃基电路板导电线路制备工艺在涂敷步骤中使用了厚度为0.02～0.05mm的钛合金印板代替传统的丝网印板，仅在钛合金印板的四周粘接丝网，并使用40～60N的拉力将其与网框粘接在一起，在钛合金印板的镂空位置下方未设置丝网，此种涂敷方式可使玻璃基电路板的线路厚度达到18～35μm，涂敷浆料时没有了丝网网线的隔离阻碍，可使浆料平整，边缘整齐，无风孔，电路性能比传统工艺提升1倍左右。
本发明在制浆步骤中使用的玻璃基电路板专用导电银浆是由专用导电材料、有机粘合剂和无机添加剂按一定质量比例配制而成，其中的专用导电材料是由专用银粉、粒径180～300nm的亚纳米球状银粉、粒径180～300nm的亚纳米球状银铟合金粉和粒径250～500nm的纯铟粉，按比例混合而成，粒径及成分的不同使每种金属粉末的熔点各不相同，其中作为主体导电材料的专用银粉的粒径最大，按照质量配比关系，其它三种粉末可以填充在专用银粉颗粒间的空隙处，有效减小颗粒间的空隙。在150-200℃低温烘干阶段，由于铟的熔点为145℃，在烘干阶段所述纯铟粉会变为液态，由于液态铟的应力很大，会使其它所述A专用银粉、B亚纳米球状银粉和C银铟合金粉颗粒之间收缩得更加紧密，粉末颗粒之间空隙变小，结合力增强。在进入500～750℃高温熔结阶段，熔点最低的纯铟粉最先熔化,液态铟沿专用银粉、亚纳米球状银粉和亚纳米球状银铟合金粉之间的空隙下沉，随着温度增高银铟合金粉熔化，继续沿着专用银粉和亚纳米球状银粉之间的空隙下沉，并与之前熔化的纯铟粉形成铟元素比例更大的银铟合金液，固化后会在与玻璃基表面相结合的部位形成一层高铟银合金层，产生十分良好的附着性及柔韧性，在玻璃基板发生变形时不容易断裂，同时使基层粉末之间的连结性更加致密，增强结合力的同时增强了导电能力。当温度继续升高至600℃以上时，还没有达到专用银粉的熔点温度，此时亚纳米球状银粉呈半熔化状态，继续填充并与专用银粉熔结在一起，使整个导电层变得更加致密，增强了金属粉末之间的结合力，专用银粉的不规则形状使专用导电材料颗粒结合得更为牢固，从而使材料的导电力增强，提高了电路的耐焊性能。本发明的导电线路在熔结阶段时，升温至500～750℃温度后保温2～8分钟，经实验检测这个熔结温度及保温时间可使导电线路的方阻值最小，附着力最大，导电性能最好，且导电线路与玻璃基板充分熔合，导电线路的各项性能指标达到最佳。
由于本发明所使用的专用导电材料自身结合力强，柔韧性好，因此在导电银浆中可以提高专用导电材料的质量比例，减少粘结剂等辅助材料所占的比例，导电材料的增加使整个导电线路的导电性能得到提高。导电银浆中所使用的有机粘合剂具有良好的化学稳定性和粘结性能，不易挥发，流变性好，沸点较高，且毒性非常低，固化速度快，有机粘合剂和无机添加剂与主体专用导电材料的配比合理，使浆料的黏度适中，流动性好，附着力强，且使专用导电材料颗粒间的接触更加紧密，印刷电路板时易于形成连续致密的银膜，电阻率小，能够有效形成导电线路，且电路的导电率高，结合力强，耐焊性好，并具有良好的柔韧性，在玻璃基板发生变形时不容易断裂，延长玻璃基电路板的使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例一：本发明提供的玻璃基电路板导电线路制备工艺包括以下步骤：
制浆步骤：将专用导电材料、有机粘合剂和无机添加剂按质量配比制成专用导电银浆；以100质量份的所述玻璃基电路板专用导电银浆为基准，其中专用导电材料80份，有机粘合剂10份，无机添加剂10份；所述有机粘合剂由以下材料按质量份数比例配制而成，乙基纤维素1.2份，松香树脂3.5份，丙烯酸树脂8份，氢化蓖麻油3.5份，聚二甲基硅氧烷4份，醇脂十二34.8份，二乙二醇丁醚10份，二乙二醇丁醚醋酸脂20份；所述无机添加剂为粒径150nm的玻璃粉；
所述专用导电材料由A、银粉，B、粒径180nm的亚纳米球状银粉，C、银元素和铟元素的质量比例为92:8且粒径200nm的亚纳米球状银铟合金粉和D、粒径320nm的纯铟粉，按照质量比例A:B:C:D＝88:8.8:3:0.2，混合而成；其中所用银粉通过以下方法制得：
S1、将固态的纯银熔化成液态银，其中所述纯银中银含量为99.9％；
S2、将液态银导入氮气浓度为99.99％的氮气氛雾化室，雾化喷嘴对导入的液态银喷射高压雾化气体使液态银雾化，雾化后的雾化物颗粒为1.5μm，在雾化物凝固前，设置于雾化室的一个低温氮气喷嘴对尚未凝固的雾化物进行频率8HZ的爆冲喷射，低温氮气喷嘴的喷气方向与凝固前的雾化物的移动方向成90°夹角，爆冲喷射的气体压力为0.8MPa，雾化物在爆冲喷射出的低温氮气的冲击作用下变成不规则的形状，且低温氮气的低温使雾化物在变形的同时迅速凝固，形成玻璃基电路板专用导电银粉，所用低温氮气的温度为-80℃，浓度为99.99％。雾化喷嘴的工作电压为52KV，雾化速率为3Kg/h，雾化频率为23MHZ,雾化喷嘴雾化压力为2.2MPa。
涂敷步骤，用激光雕刻的方法把电路板线路图制作在钛合金印板上，使电路板线路图在钛合金印板上形成镂空图案，其中所述钛合金印板为厚度0.03mm的BT-22钛合金板，仅在钛合金印板的四周粘接大拉力丝网，在钛合金印板的镂空位置下方未设置丝网，并通过40N拉力将丝网拉伸平直并与网框粘接在一起，涂敷时在钛合金印板上倒入制浆步骤制得的专用导电银浆，通过钛合金印板上的镂空部分将专用导电银浆刮浆到玻璃基板上；
烘干步骤：160℃低温烘烤5分钟；
熔结步骤：升温至710℃温度后保温3分钟，降温至室温。
本实施例制备的玻璃基电路板导电线路的厚度经测量为28μm，且线路表面平滑，无风孔。
实施例二：
制浆步骤：将专用导电材料、有机粘合剂和无机添加剂按质量配比制成专用导电银浆；以100质量份的所述玻璃基电路板专用导电银浆为基准，其中专用导电材料85份，有机粘合剂9份，无机添加剂6份；所述有机粘合剂由以下材料按质量份数比例配制而成，乙基纤维素0.8份，松香树脂6份，丙烯酸树脂4份，氢化蓖麻油6份，聚二甲基硅氧烷2份，醇脂十二58.2份，二乙二醇丁醚8份，二乙二醇丁醚醋酸脂30份；所述无机添加剂为粒径250nm的玻璃粉；
所述专用导电材料由A、银粉，B、粒径260nm的亚纳米球状银粉，C、银元素和铟元素的质量比例为95:5且粒径250nm的亚纳米球状银铟合金粉和D、粒径500nm的纯铟粉，按照质量比例A:B:C:D＝92.5:5.5:1.5:0.5，混合而成；其中所用银粉通过以下方法制得：
S1、将固态的银合金熔化成液态银，其中所述纯银合金中银含量为91％，其余导电金属为铜或者金、铟、镓、铝、锡和铅中的一种或多种，含量为9％；
S2、将液态银导入氮气浓度为99.99％的氮气氛雾化室，雾化喷嘴对导入的液态银喷射高压雾化气体使液态银雾化，雾化后的雾化物颗粒为4μm，在雾化物凝固前，设置于雾化室的两个低温氮气喷嘴对尚未凝固的雾化物进行频率3.5HZ的爆冲喷射，两个低温氮气喷嘴在同一水平线上，且两个低温氮气喷嘴的喷气方向均与凝固前的雾化物的移动方向成120°夹角，爆冲喷射的气体压力为0.4MPa，雾化物在爆冲喷射出的低温氮气的冲击作用下变成不规则的形状，且低温氮气的低温使雾化物在变形的同时迅速凝固，形成玻璃基电路板专用导电银粉，所用低温氮气的温度为-68℃，浓度为99.99％。雾化喷嘴的工作电压为36KV，雾化速率为12Kg/h，雾化频率为5MHZ,雾化喷嘴雾化压力为1.0MPa。
涂敷步骤：使用激光雕刻的方法把电路板线路图制作在钛合金印板上，使电路板线路图在钛合金印板上形成镂空图案，其中所述钛合金印板为厚度0.04mm的β21S钛合金板，钛合金印板四周粘接丝网，在钛合金印板的镂空位置下方未设置丝网，并通过60N拉力将丝网拉伸平直并与网框粘接在一起，涂敷时在钛合金印板上倒入制浆步骤制得的专用导电银浆，通过钛合金印板上的镂空部分将专用导电银浆刮浆到玻璃基板上；
烘干步骤：200℃低温烘烤10分钟；
熔结步骤：升温至650℃温度后保温5分钟，降温至室温。
本实施例最终测量导电线路厚度为32μm，表面平滑，无风孔。
本发明两个实施例所制得的玻璃基电路板导电线路厚度均达到了25μm以上，比传统丝网印刷工艺增加了1倍左右，且浆料平整，边缘整齐，无风孔，导电性能大大增强。普通丝网印板一般为普通钢板或铜板，普通0.02～0.05mm钢板或铜板如通过激光雕刻出镂空电路图案后，抗拉能力会变得非常弱，通常低于15N，如再加大拉力则会使普通钢板或铜板发生变形，导致印板失效无法使用，而0.02～0.05mm厚的钛合金印板在通过激光雕刻出电路图案后，仍能保证受到60N以内的拉力而不产生变形，且钛合金印板耐磨性好，使用钛合金板作为印板，印刷次数可达到20000次以上，大大提高了印板的使用寿命，减少了维修更换的频率，节约了维修时间及维修成本。经测试，以上两个实施例中的导电线路方阻值均达到了2.5mΩ/□以下，比使用普通材料的玻璃基电路提高了约40％；附着力都达到了4.5N，比使用普通材料的玻璃基电路提高了约30％。这些性能的提升，可使玻璃基电路导电能力比之前产品导电能力提升1倍左右。
Claims (10)
1.一种玻璃基电路板导电线路制备工艺，其特征在于包括以下步骤：
制浆步骤：将专用导电材料、有机粘合剂和无机添加剂按质量配比制成专用导电银浆；以100质量份的所述玻璃基电路板专用导电银浆为基准，其中专用导电材料78～87份，有机粘合剂9～10份，无机添加剂3～13份；所述无机添加剂为玻璃粉；
所述专用导电材料由A、银粉，B、粒径180～300nm的亚纳米球状银粉，C、粒径180～300nm的亚纳米球状银铟合金粉和D、粒径250～500nm的纯铟粉，按照质量比例A:B:C:D＝86.5～93.9:5～10:1～3:0.1～0.5，混合而成；
涂敷步骤：在钛合金印板上倒入制浆步骤制得的专用导电银浆，通过钛合金印板上的镂空部分将专用导电银浆刮浆到玻璃基板上，钛合金印板的厚度为0.02～0.05mm；
烘干步骤：150～200℃低温烘烤5～15分钟；
熔结步骤：升温至500～750℃温度后保温2～8分钟，降温至室温。
2.根据权利要求1所述的玻璃基电路板导电线路制备工艺，其特征在于：制浆步骤中所述A、银粉通过以下方法制得：
S1、将固态的纯银或银合金熔化成液态银，其中所述纯银中银含量≥99.9％；所述银合金中银含量≥90％，其余组分为导电金属；
S2、将液态银导入氮气浓度≥99.99％的氮气氛雾化室，雾化喷嘴对导入的液态银喷射高压雾化气体使液态银雾化，雾化后的雾化物颗粒为1-5μm，在雾化物凝固前，设置于雾化室的低温氮气喷嘴对尚未凝固的雾化物进行频率3～10HZ的爆冲喷射，爆冲喷射的气体压力为0.2～1MPa，雾化物在爆冲喷射出的低温氮气的冲击作用下变成不规则的形状，且低温氮气的低温使雾化物在变形的同时迅速凝固，形成玻璃基电路板专用导电银粉，所用低温氮气的温度为-85℃～-65℃，浓度为≥99.99％。
3.根据权利要求1所述的玻璃基电路板导电线路制备工艺，其特征在于：制浆步骤中所述有机粘合剂由以下材料按质量份数比例配制而成，乙基纤维素0.8～1.2份，松香树脂3.5～6份，丙烯酸树脂4～8份，氢化蓖麻油3.5～6份，聚二甲基硅氧烷2～4份，醇脂十二34.8～58.2份，二乙二醇丁醚8～10份，二乙二醇丁醚醋酸脂20～30份。
4.根据权利要求1所述的玻璃基电路板导电线路制备工艺，其特征在于：制浆步骤中所述玻璃粉粒径为120～350nm。
5.根据权利要求1所述的玻璃基电路板导电线路制备工艺，其特征在于：制浆步骤中所述C、银铟合金粉中的银元素和铟元素的质量比例为银:铟＝90～95:5～10。
6.根据权利要求2所述的玻璃基电路板导电线路制备工艺，其特征在于：所述步骤S2中，雾化喷嘴的工作电压为30-60KV，雾化速率为2～15Kg/h，雾化频率为1～30MHZ,雾化喷嘴雾化压力为0.8～2.4MPa。
7.根据权利要求2所述的玻璃基电路板导电线路制备工艺，其特征在于：所述步骤S2中，雾化室内设有一个以上低温氮气喷嘴，低温氮气喷嘴的喷气方向与凝固前的雾化物的移动方向成90°～135°夹角。
8.根据权利要求2所述的玻璃基电路板导电线路制备工艺，其特征在于：所述步骤S1中，银合金中的其它导电金属为金、铜、铟、镓、铝、锡和铅中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的玻璃基电路板导电线路制备工艺，其特征在于：涂敷步骤中在钛合金印板的四周粘接有丝网，丝网的外围设有网框，然后使四周粘接有丝网的钛合金印板在40～60N拉力条件下粘接于网框上。
10.根据权利要求1所述的玻璃基电路板导电线路制备工艺，其特征在于：所述钛合金印板为β型钛合金箔板。
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