CN114068066B - 一种厚膜电路用高耐候性包封介质浆料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种厚膜电路用高耐候性包封介质浆料，该介质浆料所用改性玻璃粉是将Ca‑Si系玻璃粉进行退氮处理获得；使用卵磷脂、二甲基亚砜、β‑纤维素等制备有机载体；添加氧化锌、三氧化二镉、二氧化钛等作为氧化物添加剂来进一步增强浆料稳定性。本发明制得的介质浆料具备高耐候性，且该介质浆料价格便宜易获得，拓展了使用环境和应用范围，同时对环境无污染，符合可持续发展战略的同时具有明显的经济效益。

Description

一种厚膜电路用高耐候性包封介质浆料

技术领域

本发明属于介质浆料技术应用领域，具体涉及一种厚膜电路用高耐候性包封介质浆料及其制备方法。

背景技术

包封介质浆料的主要作用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，因此必须具备较高的耐候性，综合成本和性能方面达到最优。

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，但在厚膜电路方面，由于目前没有与之完美配套的包封介质浆料，因此而导致导体和电阻浆料的推广应用受到限制，所以寻找一种可完美匹配导体和电阻浆料、又不影响元器件本身电学性能的高耐候性包封介质浆料尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种厚膜电路用高耐候性包封介质浆料。

针对上述目的，本发明采用的高耐候性包封介质浆料由下述质量百分比的原料制成：改性玻璃粉60%～80%、有机载体15%～25%、氧化物添加剂5%～15%。

所述改性玻璃粉是将Ca-Si系玻璃粉在500～600℃退氮4～6小时获得，其中Ca-Si系玻璃粉由氧化钙、二氧化硅、氧化锌、硝酸锶、氧化锆、二氧化钛组成。优选所述Ca-Si系玻璃粉的质量百分比组成为：氧化钙20%～40%、二氧化硅30%～40%、氧化锌10%～20%、硝酸锶15%～25%、氧化锆3%～6%、二氧化钛2%～5%。其制备方法为：将氧化钙、二氧化硅、氧化锌、硝酸锶、氧化锆、二氧化钛按照质量百分比混合均匀后，所得混合物置于熔炼炉中1300～1500℃熔炼1～2小时成为玻璃溶液，玻璃溶液水淬后得到玻璃渣，玻璃渣细化至粒度D50≤1.0μm后，过600目筛网、干燥，即得到Ca-Si系玻璃粉。

上述氧化物添加剂为氧化锌、三氧化二镉、二氧化钛中任意一种或多种。

上述有机载体由卵磷脂、二甲基亚砜和β-纤维素组成，优选质量百分比组成为：卵磷脂15%～20%、二甲基亚砜50%～70%、β-纤维素15%～30%。

本发明厚膜电路用高耐候性包封介质浆料的制备方法为：按上述质量百分比，将改性玻璃粉、有机载体、氧化物添加剂进行配料，配料后进行混料、辊轧至细度达到8μm以下，得到厚膜电路用高耐候性包封介质浆料。

本发明的有益效果如下：

1.本发明介质浆料具有较高的耐候性，可适用于不同环境，缩小了其使用局限性，相应的延长了其使用寿命，具有明显的经济效益。

2.本发明改性玻璃粉表现出的非金属性较强，特别是Ca-Si系玻璃粉中加入氧化锆后增强稳定性的同时进一步提高其惰性，应用于浆料中使得介质浆料达到耐酸碱和耐高低温的效果。

3.本发明介质浆料的粘结相玻璃粉增加一道退氮工序，可有效改善原材料硝酸锶在熔炼过程中产生的应力和过高的脆性，增强玻璃粉的塑韧性、热强性、抗氧化性和热疲劳抗力，应用到浆料中可大幅提高浆料的耐候性。

4.本发明介质浆料中载体使用二甲基亚砜作为溶剂，具有可调性强、稳定性好的优点。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

改性玻璃粉的制备：在刚玉罐内按照质量百分比组成为氧化钙30%、二氧化硅34%、氧化锌12%、硝酸锶18%、氧化锆4%、二氧化钛2%进行精准配料600g，然后密封刚玉罐，置于八辊球磨机上进行混料1小时；混料完成后所得混合物装入石英坩埚内，置于1400℃电阻炉中保温熔炼1小时，所得玻璃溶液水淬后得到玻璃渣，将玻璃渣装入刚玉球磨罐中，并按照1:1的质量比加入异丙醇，置于八辊球磨机上球磨至粒度D50≤1.0μm后倒出，并使用600目筛网进行过筛，将过筛后的液体放入烘箱中120℃干燥24小时，得到Ca-Si系玻璃粉；将Ca-Si系玻璃粉重新装入石英坩埚内，放入井式氮化炉内550℃退氮5小时后取出，使用60目筛网过筛，得到改性玻璃粉。

有机载体的制备：按照质量百分比组成为卵磷脂18%、二甲基亚砜60%、β-纤维素22%，先将二甲基亚砜加入不锈钢桶中，在搅拌速率40 r/min下加热至60℃，然后加入卵磷脂，搅拌2小时，再加入β-纤维素继续搅拌4小时，得到有机载体。

介质浆料的制备：按照质量百分比组成为改性玻璃粉66%、有机载体20%、三氧化二镉14%进行配料，配料后使用辊轧机进行混料、辊轧至细度达到8μm以下，得到介质浆料100g，标记为1#浆料。

实施例2

改性玻璃粉的制备：在刚玉罐内按照质量百分比组成为氧化钙20%、二氧化硅40%、氧化锌20%、硝酸锶15%、氧化锆3%、二氧化钛2%进行精准配料600g，然后密封刚玉罐，置于八辊球磨机上进行混料1小时；混料完成后所得混合物装入石英坩埚内，置于1300℃电阻炉中保温熔炼1小时，所得玻璃溶液水淬后得到玻璃渣，将玻璃渣装入刚玉球磨罐中，并按照1:1的质量比加入异丙醇，置于八辊球磨机上球磨至粒度D50≤1.0μm后倒出，并使用600目筛网进行过筛，将过筛后的液体放入烘箱中120℃干燥24小时，得到Ca-Si系玻璃粉；将Ca-Si系玻璃粉重新装入石英坩埚内，放入井式氮化炉内500℃退氮4小时后取出，使用60目筛网过筛，得到改性玻璃粉。

有机载体的制备：按照质量百分比组成为卵磷脂15%、二甲基亚砜70%、β-纤维素15%，先将二甲基亚砜加入不锈钢桶中，在搅拌速率40 r/min下加热至60℃，然后加入卵磷脂，搅拌2小时，再加入β-纤维素继续搅拌4小时，得到有机载体。

介质浆料的制备：按照质量百分比组成为改性玻璃粉60%、有机载体25%、三氧化二镉15%进行配料，配料后使用辊轧机进行混料、辊轧至细度达到8μm以下，得到介质浆料100g，标记为2#浆料。

实施例3

改性玻璃粉的制备：在刚玉罐内按照质量百分比组成为氧化钙40%、二氧化硅30%、氧化锌10%、硝酸锶15%、氧化锆3%、二氧化钛2%进行精准配料600g，然后密封刚玉罐，置于八辊球磨机上进行混料1小时；混料完成后所得混合物装入石英坩埚内，置于1500℃电阻炉中保温熔炼2小时，所得玻璃溶液水淬后得到玻璃渣，将玻璃渣装入刚玉球磨罐中，并按照1:1的质量比加入异丙醇，置于八辊球磨机上球磨至粒度D50≤1.0μm后倒出，并使用600目筛网进行过筛，将过筛后的液体放入烘箱中120℃干燥24小时，得到Ca-Si系玻璃粉；将Ca-Si系玻璃粉重新装入石英坩埚内，放入井式氮化炉内600℃退氮6小时后取出，使用60目筛网过筛，得到改性玻璃粉。

有机载体的制备：按照质量百分比组成为卵磷脂20%、二甲基亚砜50%、β-纤维素30%，先将二甲基亚砜加入不锈钢桶中，在搅拌速率40 r/min下加热至60℃，然后加入卵磷脂，搅拌2小时，再加入β-纤维素继续搅拌4小时，得到有机载体。

介质浆料的制备：按照质量百分比组成为改性玻璃粉80%、有机载体15%、三氧化二镉5%进行配料，配料后使用辊轧机进行混料、辊轧至细度达到8μm以下，得到介质浆料100g，标记为3#浆料。

实施例4

改性玻璃粉的制备：在刚玉罐内按照质量百分比组成为氧化钙36%、二氧化硅32%、氧化锌10%、硝酸锶15%、氧化锆4%、二氧化钛3%进行精准配料600g，然后密封刚玉罐，置于八辊球磨机上进行混料1小时；混料完成后所得混合物装入石英坩埚内，置于1450℃电阻炉中保温熔炼1小时，所得玻璃溶液水淬后得到玻璃渣，将玻璃渣装入刚玉球磨罐中，并按照1:1的质量比加入异丙醇，置于八辊球磨机上球磨至粒度D50≤1.0μm后倒出，并使用600目筛网进行过筛，将过筛后的液体放入烘箱中120℃干燥24小时，得到Ca-Si系玻璃粉；将Ca-Si系玻璃粉重新装入石英坩埚内，放入井式氮化炉内560℃退氮5小时后取出，使用60目筛网过筛，得到改性玻璃粉。

有机载体的制备：按照质量百分比组成为卵磷脂16%、二甲基亚砜58%、β-纤维素26%，先将二甲基亚砜加入不锈钢桶中，在搅拌速率40 r/min下加热至60℃，然后加入卵磷脂，搅拌2小时，再加入β-纤维素继续搅拌4小时，得到有机载体。

介质浆料的制备：按照质量百分比组成为改性玻璃粉70%、有机载体20%、三氧化二镉10%进行配料，配料后使用辊轧机进行混料、辊轧至细度达到8μm，以下得到介质浆料100g，标记为4#浆料。

对比例1

在实施例1中，Ca-Si系玻璃粉未进行退氮工序，其他步骤与实施例1相同，制备成介质浆料，标记为5#浆料。

对比例2

在实施例1中，有机载体制备使用的二甲基亚砜替换为常规的松油醇，其他步骤与实施例1相同，制备成介质浆料，标记为6#浆料。

对比例3

在实施例1中，Ca-Si系玻璃粉未进行退氮工序，且有机载体制备使用的二甲基亚砜替换为常规的松油醇，其他步骤与实施例1相同，制备成介质浆料，标记为7#浆料。

对比例4

在实施例2中，Ca-Si系玻璃粉未进行退氮工序，其他步骤与实施例2相同，制备成介质浆料，标记为8#浆料。

对比例5

在实施例2中，有机载体制备使用的二甲基亚砜替换为常规的松油醇，其他步骤与实施例2相同，制备成介质浆料，标记为9#浆料。

对比例6

在实施例1中，改性玻璃粉的制备过程中用高温电阻炉代替井式氮化炉进行退火处理，同时有机载体制备使用的溶剂二甲基亚砜替换为常规的松油醇，其他步骤与实施例1相同，制备成介质浆料，标记为10#浆料。

对比例7

在实施例1中，改性玻璃粉的制备过程中用高温电阻炉代替井式氮化炉进行退火处理，其他步骤与实施例1相同，制备成介质浆料，标记为11#浆料。

将以上实施例和对比例所得介质浆料进行耐候性测试，耐候性指浆料印刷一段时间后，依然能保持物理及化学性质上的稳定性，即抗老化的性能。耐候性检测一般在45℃紫外光下，对浆料进行不同时间段的照射后，再取出浆料评估前后颜色差异变化。相同时间下，前后差异越小说明浆料耐候性能越好，即耐候性数值越小，浆料抗老化能力越强。具体方法为：用紫外老化试验箱照射印刷后的浆料，用色差仪测定照射不同时间浆料的L、a、b值，色差ΔE通过下式计算，

ΔE越大，代表样板的耐候性越差。

表1 不同浆料耐候性测试数据

介质浆料	耐候200小时△E	耐候400小时△E	耐候600小时△E	耐候800小时△E
					1#浆料	0.28	5.65	8.24	9.88
2#浆料	0.45	5.96	8.71	10.02
					3#浆料	0.39	5.77	8.46	9.95
4#浆料	0.48	6.02	8.85	10.13
					5#浆料	0.53	6.84	9.12	11.96
6#浆料	0.64	7.04	9.89	12.11
					7#浆料	1.21	9.88	12.34	15.68
8#浆料	0.74	8.05	10.21	12.52
					9#浆料	0.86	7.67	10.02	12.38
10#浆料	1.35	10.26	12.63	15.99
					11#浆料	0.92	9.18	11.75	14.67

由表1可得，5#、8#浆料测试结果同1#～4#浆料进行对比，耐候性稍差。原因在于浆料在进行耐候性测试时所遇紫外线照射高低温，会产生一定的热胀冷缩等物理反应，而1#～4#浆料所用玻璃粉经过退氮以后，可极大的提升玻璃粉自身的强度和韧性，降低其脆性；其他浆料所用玻璃粉未经过退氮处理，脆性较大，故而耐候性稍差。6#、9#浆料测试结果同1#～4#浆料进行对比，耐候性稍差。原因在于浆料在进行耐候性测试时所遇紫外线照射高低温，浆料中的物质会产生一定的有机、无机、聚合等反应，而1#～4#浆料所用载体中包含的二甲基亚砜具有对有机物、无机物、聚合物一次清除的功能，而且无毒、无味，容易回收；其他浆料所用载体中不含有二甲基亚砜，不具备对反应产物清除的作用，故而耐候性稍差。7#浆料相对于5#、6#、8#、9#浆料，既未对Ca-Si系玻璃粉进行退氮处理，有机载体中也不含二甲亚砜，耐候性最差。10#和11#浆料采用常规退火工艺处理Ca-Si系玻璃粉，不管是以松油醇还是二甲亚砜制备有机载体，浆料的耐候性都明显比1#～4#浆料降低。综合表1中结果显示：本发明所用Ca-Si系玻璃粉经过退氮处理，且所用有机载体使用二甲基亚砜作为溶剂代替常规的松油醇，制备的介质浆料具有更优的耐候性。

Claims (5)

1.一种厚膜电路用高耐候性包封介质浆料，其特征在于所述介质浆料由下述质量百分比的原料制成：改性玻璃粉60%～80%、有机载体15%～25%、氧化物添加剂5%～15%；

所述改性玻璃粉是将Ca-Si系玻璃粉在500～600℃进行退氮处理4～6小时获得，其中Ca-Si系玻璃粉由氧化钙、二氧化硅、氧化锌、硝酸锶、氧化锆、二氧化钛组成；

所述有机载体由卵磷脂、二甲基亚砜、β-纤维素组成。

2.根据权利要求1所述的厚膜电路用高耐候性包封介质浆料，其特征在于所述Ca-Si系玻璃粉的质量百分比组成为：氧化钙20%～40%、二氧化硅30%～40%、氧化锌10%～20%、硝酸锶15%～25%、氧化锆3%～6%、二氧化钛2%～5%。

3.根据权利要求2所述的厚膜电路用高耐候性包封介质浆料，其特征在于所述Ca-Si系玻璃粉的制备方法为：将氧化钙、二氧化硅、氧化锌、硝酸锶、氧化锆、二氧化钛按照质量百分比混合均匀后，所得混合物置于熔炼炉中1300～1500℃熔炼1～2小时成为玻璃溶液，玻璃溶液水淬后得到玻璃渣，玻璃渣细化至粒度D50≤1.0μm后，过600目筛网、干燥，即得到Ca-Si系玻璃粉。

4.根据权利要求1所述的厚膜电路用高耐候性包封介质浆料，其特征在于所述有机载体的质量百分比组成为：卵磷脂15%～20%、二甲基亚砜50%～70%、β-纤维素15%～30%。

5.根据权利要求1所述的厚膜电路用高耐候性包封介质浆料，其特征在于：所述氧化物添加剂为氧化锌、三氧化二镉、二氧化钛中任意一种或多种。