CN113393955B - 一种ltcc共烧匹配型电阻浆料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LTCC共烧匹配型电阻浆料，其包括如下质量百分比的成分：导电粉末30%～50%、粘结性材料15%～35%、无机添加剂0.5%～3%、有机载体25%～35%。其中导电粉末是将纳米钌粉和纳米氧化铝粉按质量比为1:3～3:1均匀混合后，在950～1000℃的氧气气氛中煅烧1～2h，破碎、球磨获得的粒度小于1μm的粉体；粘结性材料是微米级镁铝榴石粉和微晶玻璃粉的混合材料，通过调整微米级镁铝榴石粉和微晶玻璃粉比例控制电阻浆料的共烧特性。本发明电阻浆料具有无铅环保、共烧后阻值精度高、稳定性好，重烧阻值变化小，温度系数范围窄的特点。

Description

一种LTCC共烧匹配型电阻浆料
技术领域
本发明属于电阻浆料技术领域，具体涉及一种LTCC共烧匹配型电阻浆料。
背景技术
低温共烧陶瓷（LTCC）技术是一种先进的无源集成及混合电路封装技术，是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个被动组件（如低容值电容、电阻、滤波器、阻抗转换器、耦合器等）埋入多层陶瓷基板中，然后叠压在一起，内外电极可分别使用银、铜、金等金属，在900℃下烧结，制成三维空间互不干扰的高密度电路，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块，可进一步将电路小型化与高密度化，特别适合用于高频通讯用组件。在高集成LTCC器件中经常应用到电阻浆料，由于LTCC工艺的特殊性，电阻浆料需要满足长时间共烧要求，并且在后期的再烧结过程中，电阻阻值不能有较大的变化，需要电阻浆料满足共烧工艺要求且重烧阻值变化小。但传统工艺制备的电阻浆料，烧结时间短不能满足共烧要求，重烧阻值变化大，不能应用于LTCC器件中。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够满足LTCC共烧工艺要求且重烧阻值变化小的LTCC共烧匹配型电阻浆料。
针对上述目的，本发明所述电阻浆料由下述质量百分比的成分制成：
导电粉末30%～50%、粘结性材料15%～35%、无机添加剂0.5%～3%、有机载体25%～35%。
上述导电粉末是将纳米钌粉和纳米氧化铝粉按质量比为1:3～3:1均匀混合后，在950～1000℃的氧气气氛中煅烧1～2h，破碎、球磨获得的粒度小于1μm的粉体。
上述粘结性材料为微米级镁铝榴石粉和微晶玻璃粉的混合材料，优选微米级镁铝榴石粉和微晶玻璃粉质量比为1:2～2:1的混合材料，两种粉体的粒度范围为1～2μm。
上述电阻浆料中，优选纳米钌粉占电阻浆料的质量百分比为10%～30%。
上述纳米钌粉的粒度为30～50nm，纳米氧化铝粉的粒度为30～80nm，所述纳米氧化铝粉为χ、β、η和γ型中任意一种或多种。
上述微晶玻璃粉优选Ca-B-Si-Zn系玻璃粉，其质量百分比组成为：CaCO3 45%～65%、B2O3 5%～20%、SiO2 20%～40%、ZnO 5%～15%。
上述无机添加剂为CuO、MnO2、Nb2O5、Sb2O3中任意两种以上的混合物。
上述有机载体的质量百分百比组成为：树脂8%～15%，有机添加剂1%～5%，有机溶剂80%～90%，所述树脂选自松香树脂、乙基纤维素、羟基纤维素、甲基纤维素中任意一种；所述有机溶剂选自松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯中任意一种或多种；所述有机添加剂选自卵磷脂、油酸中任意一种或两种。
本发明的有益效果如下：
1、本发明采用纳米钌粉和纳米氧化铝粉进行复合反应，生成的复合材料作为导电粉末，通过在高温纯氧气氛进行烧结，提高了氧化钌的结晶性促进氧化铝氧化钌复合反应，提高了导电粉末的耐烧结特性。
2、本发明通过在浆料配方中引入微米级镁铝榴石粉和微晶玻璃粉，使电阻浆料烧成后形成微晶玻璃体，提高了电阻浆料的重烧阻值稳定性。
3、本发明电阻浆料的制备工艺简单，无铅环保，工艺适应性强；所得电阻浆料满足共烧工艺要求且重烧阻值变化小，可应用于LTCC器件。
附图说明
图1是电阻浆料性能测试制作的印刷网版图形。
图2是电阻浆料烧结曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明，其并不对本发明的保护范围起到限定作用。本发明的保护范围仅由权利要求限定，本领域技术人员在本发明公开的实施例的基础上所做的任何省略、替换或修改都将落入本发明的保护范围。
实施例
导电粉末的制备：选择粒度为30～50nm的纳米钌粉和粒度为30～80nm的β型纳米氧化铝粉，按照表1所示，按不同质量配比进行混合后，在不同温度的氧气气氛中煅烧不同时间后，破碎、球磨成粒度小于1μm的粉体，得到导电粉末。同时以氮气气氛和空气气氛中焙烧得到的导电粉末做对比实验。
表1 导电粉末质量配比及制备工艺
Figure 620509DEST_PATH_IMAGE001
粘结性材料的制备：按照质量百分比为：CaCO3 50%、B2O3 12%、SiO2 27%、ZnO 11%，将各种原料混合均匀，所得混合物置于1400℃的熔炼炉中进行熔炼，保温时间1.5h，得到的玻璃溶液进行水淬后得到玻璃，将玻璃破碎成玻璃渣，并用球磨机磨成粒度1～2μm，得到微晶玻璃粉。将微晶玻璃粉与粒度1～2μm的微米级镁铝榴石粉按照质量比1:1进行混合后，得粘结性材料。
有机载体的制备：将 65g松油醇和3g大豆卵磷脂在烧杯中搅拌加热到70℃后，再加入8g乙基纤维素继续搅拌完全溶解后，再加入24g丁基卡必醇醋酸酯，保温搅拌30min，得到有机载体。
电阻浆料的制备：按照表2中的质量配比，将导电粉末、粘结性材料、无机添加剂（CuO和MnO2质量比为1:1的混合物）、有机载体均匀混合后，用三辊轧机充分研磨至细度小于5μm，制备100g电阻浆料。同时以未经处理的粒度为30～50nm的二氧化钌粉和粒度为30～80nm的β型纳米氧化铝粉的混合物制备的电阻浆料做对比实验。
表2 电阻浆料配方
Figure 616147DEST_PATH_IMAGE003
将上述电阻浆料按照图1的网版图形，通过丝网印刷工艺，印刷在膜厚为125μm±10μm的LTCC生瓷带上，经过70℃或室温干燥后，上下叠3层LTCC生瓷带后，在3000psi的压力，70℃热压保持10min后，再按照图2的烧结曲线进行烧结，制成测试样品，并进行下述性能测试：
方阻：将样品按照SJ/T11512-2015集成电路用电子浆料性能试验方法，105方法进行测试。LTCC生瓷带用电阻浆料的方阻范围一般为10Ω/□～10KΩ/□。
温度系数：将样品按照SJ/T11512-2015集成电路用电子浆料性能试验方法， 301方法进行测试，电阻体25℃、125℃、-55℃下的电阻值。25～125℃下，每变化1℃的阻值变化率为正温度系数（HTCR），25℃～-55℃下，每变化1℃的阻值变化率为负温度系数（CTCR）。常规LTCC生瓷带用电阻浆料温度系数范围为-300～+500ppm/℃。
三次重烧变化率：将按照图2烧结曲线烧结后的样片，测试方阻记作R1，再在850±5℃的带式烧结炉中对样片进行三次烧结后，烧结周期60min，峰值保温10min，测试方阻记作R2，重烧变化率ΔR=（R2-R1）/R1。
上述各种测试结果见表3，并将测试结果与商用FX87-101电阻浆料（美国福禄公司产品）进行比较。
表3 不同电阻浆料性能对比
Figure 832495DEST_PATH_IMAGE004
由表3可见，本发明实施例1～10制备的电阻浆料相对于商用FX87-101电阻浆料产品，经过对比阻值、温度系数、三次重烧变化率特性，说明本发明的产品性能，已到达了商用产品水平；将实施例4与商用FX87-101电阻浆料进行对比，电阻浆料温度系数、三次重烧变化率指标已优于商用产品。将实施例4与对比例1、2进行对比，说明采用氧气气氛制备的导电粉末，比惰性气体、空气气氛制备的导电粉末，应用于电阻浆料中，电阻浆料具有更好的温度系数和重烧阻值稳定性；将实施例4与对比例3进行对比，说明经过复合处理后的导电粉末制备的电阻浆料比使用常规二氧化钌的电阻浆料，具备更优的重烧阻值稳定性。

Claims (8)

1.一种LTCC共烧匹配型电阻浆料，其特征在于所述电阻浆料由下述质量百分比的成分制成：
导电粉末30%～50%、粘结性材料15%～35%、无机添加剂0.5%～3%、有机载体25%～35%；
所述导电粉末是将纳米钌粉和纳米氧化铝粉按质量比为1:3～3:1均匀混合后，在950～1000℃的氧气气氛中煅烧1～2h，破碎、球磨获得的粒度小于1μm的粉体；
所述粘结性材料为微米级镁铝榴石粉和微晶玻璃粉的混合材料，两种粉体的粒度范围为1～2μm。
2.根据权利要求1所述的LTCC共烧匹配型电阻浆料，其特征在于：所述纳米钌粉占电阻浆料的质量百分比为10%～30%。
3.根据权利要求1或2所述的LTCC共烧匹配型电阻浆料，其特征在于：所述纳米钌粉的粒度为30～50nm，纳米氧化铝粉的粒度为30～80nm，所述纳米氧化铝粉为χ、β、η和γ型中任意一种或多种。
4.根据权利要求1所述的LTCC共烧匹配型电阻浆料，其特征在于：所述粘结性材料为微米级镁铝榴石粉和微晶玻璃粉质量比为1:2～2:1的混合材料。
5.根据权利要求1或4所述的LTCC共烧匹配型电阻浆料，其特征在于：所述微晶玻璃粉为Ca-B-Si-Zn系玻璃粉，其质量百分比组成为：CaCO3 45%～65%、B2O3 5%～20%、SiO2 20%～40%、ZnO 5%～15%。
6.根据权利要求1所述的LTCC共烧匹配型电阻浆料，其特征在于：所述无机添加剂为CuO、MnO2、Nb2O5、Sb2O3中任意两种以上的混合物。
7.根据权利要求1所述的LTCC共烧匹配型电阻浆料，其特征在于所述有机载体的质量百分百比组成为：树脂8%～15%，有机添加剂1%～5%，有机溶剂80%～90%。
8.根据权利要求7所述的LTCC共烧匹配型电阻浆料，其特征在于：所述树脂选自松香树脂、乙基纤维素、羟基纤维素、甲基纤维素中任意一种；所述有机溶剂选自松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯中任意一种或多种；所述有机添加剂选自卵磷脂、油酸中任意一种或两种。
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