CN114334216B

CN114334216B - 一种厚膜导体浆料

Info

Publication number: CN114334216B
Application number: CN202210214512.2A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Xian Hongxing Electronic Paste Technology Co Ltd
Current assignee: Xian Hongxing Electronic Paste Technology Co Ltd
Priority date: 2022-03-07
Filing date: 2022-03-07
Publication date: 2022-07-08
Anticipated expiration: 2042-03-07
Also published as: CN114334216A

Abstract

本发明公开了一种厚膜导体浆料，其是由贵金属粉、玻璃粉、钒酸铋、无机氧化物与有机载体进行混合，制备成的具有一定流动性的膏状物。本发明通过在导体浆料中加入钒酸铋作为添加剂，提高了厚膜导体浆料的耐焊性以及焊接后的老化拉力，保证了厚膜导体浆料在厚膜电路中的使用要求，可满足厚膜电路产品应用于各类环境条件下。

Description

一种厚膜导体浆料

技术领域

本发明属于导体浆料技术领域，具体涉及一种具有良好耐焊性和老化拉力的厚膜导体浆料，可广泛应用于氧化铝、氧化铍等陶瓷基体，以及采用厚膜印刷工艺的厚膜电路产品中，产品可应用于各类环境条件，如长时间高温老化的环境。

背景技术

电子浆料是制造厚膜元件的基础材料，是一种由固体粉末和有机溶剂经过三辊轧制混合均匀的膏状物，广泛应用于现代微电子工业厚膜产品中。在现代微电子工业厚膜电路产品中，人们对电子元器件要求越来越高，厚膜电路产品应用广泛，特别是在各类严酷环境要求的领域，对厚膜导体浆料产品的高温老化拉力提出更高的要求。

一般来讲，电子浆料的主要成分包括功能相、无机粘结剂、有机粘结剂、其它的溶剂和添加剂。通常，电子浆料中的功能相起导电作用，要具有很好的导电性能，一般由金属粉末或贵金属粉末来充当，常用的贵金属粉有金粉、银粉、铂粉、钯粉以及合金粉等。无机粘结剂起固定电子浆料到基材的作用，一般由氧化物粉末和玻璃粉末来充当，但是这一成分在电子浆料的比重比较低，有的甚至没有。

在现有的电子浆料领域里，导体浆料具有导电率高，性能稳定，与基板结合强度大等特点，广泛应用于集成电路、多芯片组件、薄膜开关等电子元器件的生产。现有的导体浆料中的无机物主要以常规的氧化物和玻璃粉为主，主要对无机物与基板的结合强度和匹配性进行研究，短期和常规的环境条件下导体的拉力能够有效保证。但在长时间高温老化环境下，由于高温环境影响，造成大量厚膜电路产品拉力失效，极大限制了导体浆料的应用范围。因此，急需一种具备长时间高温老化后，拉力特性良好的导体浆料，满足极端高温环境条件下的使用要求。

发明内容

本发明的目的是解决现有厚膜电路产品使用的导体浆料，在长时间高温老化环境条件下，导体浆料内部以及与基板的结合部位，由于热膨胀系数的影响，出现微裂纹，最终拉力下降明显或与基板脱落，使产品失效的问题，提供一种满足厚膜印刷工艺，应用于厚膜电路产品中具有良好老化拉力特性的导体浆料。

针对上述目的，本发明采用的导体浆料的重量百分比组成为：65%～85%贵金属粉、0.5%～4%玻璃粉、1%～3%钒酸铋、1%～3%无机氧化物、10%～25%有机载体。

上述贵金属粉为银粉、钯粉、铂粉中任意一种或多种的混合物或多种的合金粉，其中银粉的粒度范围为0.25～5μm，钯粉的比表面积3～25m²/g，铂粉的比表面积3～25m²/g，合金粉的粒度范围为0.1～5μm。

上述玻璃粉为电子浆料烧结后的永久粘结相材料，可以为铅硼硅、铋硼硅、锌硼硅、高钒、高碲等体系的玻璃粉。作为优选，本发明采用的铋硼硅系玻璃粉的重量百分比组成为：Bi₂O₃ 50%～75%、B₂O₃ 3%～10%、SiO₂ 5%～20%、Al₂O₃ 1%～10%、ZnO 1%～10%。其制备方法为：将各种氧化物按照重量百分比混合均匀后，将混合物置于陶瓷坩埚中，放入熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度1000～1300℃，保温时间0.5～2h，将得到的玻璃液倒入去离子水中，进行水淬后得到玻璃，将其破碎成玻璃渣，并将玻璃渣球磨成粒度0.8～1.2μm。

上述钒酸铋的粒度范围为0.8～1.2μm，纯度大于99%。本发明采用钒酸铋作为添加剂，在烧结过程中钒酸铋通过分解、熔融等反应，与基板以及其中的玻璃形成强力结合层，促进了导体浆料老化拉力的提升。

上述无机氧化物可以为各类金属氧化物、过氧化物，如PbO、Bi₂O₃、CuO、ZnO、CaO、Al₂O₃、MgO、TiO₂、ZrO₂等。作为优选，本发明采用的无机氧化物为Bi₂O₃、CuO、ZnO中任意两种以上的混合物，所述无机氧化物的粒度范围为0.8～1.2μm。

上述有机载体的重量百分比组成为：树脂8%～15%、有机添加剂1%～5%、有机溶剂80%～90%；所述树脂为松香树脂、马来酸树脂、乙基纤维素、甲基纤维素等中任意一种或多种；所述有机添加剂为油酸、大豆卵磷脂等中任意一种或两种的混合物；所述有机溶剂为二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇二甲醚、松油醇、醇酯-12、丁基卡必醇醋酸酯等中任意一种或多种。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明导体浆料采用了钒酸铋作为添加剂，提高了厚膜导体浆料的耐焊性以及焊接后长时间高温后的老化拉力。

2、本发明导体浆料的制备工艺简单，污染小，工艺适应性强；所得导体浆料在不造成其他性能下降的前提下，具有可靠性高的特点。

附图说明

图1是导体浆料性能测试制作的印刷网版图形，其中位置1、2是方阻测试搭接端头，位置3是方阻测试线条，位置4是拉力测试图形。

具体实施方式

下面结合具体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。

1、贵金属粉的选择：选择粒度范围为0.25～5μm的银粉，比表面积3～25m²/g的钯粉，比表面积3～25m²/g的铂粉。

2、玻璃粉的制备

玻璃粉1：按照重量百分比：Bi₂O₃ 60%、B₂O₃ 8%、SiO₂ 16%、Al₂O₃ 8%、ZnO 8%，将各种氧化物混合均匀后，所得混合物置于陶瓷坩埚中，放入1250℃的熔炼炉中进行熔炼，保温时间1.5h，得到的玻璃液倒入去离子水中进行水淬后得到玻璃，将玻璃破碎成玻璃渣，并将玻璃渣用球磨机磨成粒度0.8～1.2μm，干燥后得到玻璃粉1。

玻璃粉2：按照重量百分比：Bi₂O₃ 25.71%、B₂O₃ 3.43%、SiO₂ 6.86%、Al₂O₃ 3.43%、ZnO 3.43%、钒酸铋57.14%，将各种氧化物和钒酸铋混合均匀后，所得混合物置于陶瓷坩埚中，放入1250℃的熔炼炉中进行熔炼，保温时间1.5h，得到的玻璃液倒入去离子水中进行水淬后得到玻璃，将玻璃破碎成玻璃渣，并将玻璃渣用球磨机磨成粒度0.8～1.2μm，干燥后得到玻璃粉2。

玻璃粉3：按照重量百分比：Bi₂O₃ 66.80%、B₂O₃ 3.43%、SiO₂ 6.86%、Al₂O₃ 3.43%、ZnO 3.43%、V₂O₅ 16.05%，将各种氧化物混合均匀后，所得混合物置于陶瓷坩埚中，放入1250℃的熔炼炉中进行熔炼，保温时间1.5h，得到的玻璃液倒入去离子水中进行水淬后得到玻璃，将玻璃破碎成玻璃渣，并将玻璃渣用球磨机磨成粒度0.8～1.2μm，干燥后得到玻璃粉3。

3、无机氧化物的制备：将粒度范围为0.8～1.2μm的Bi₂O₃、CuO、ZnO按重量比为1:1:1混合均匀。

4、有机载体的制备：按照重量百分比：乙基纤维素8%、大豆卵磷脂3%、松油醇65%、丁基卡必醇醋酸酯24%，将松油醇和大豆卵磷脂在烧杯中搅拌加热到 70℃后，再加入乙基纤维素继续搅拌完全溶解后，再加入丁基卡必醇醋酸酯，保温搅拌30min，得到有机载体。

5、导体浆料的制备：按照表1中的重量百分比，将各成分均匀混合后，用三辊轧机充分研磨至细度小于10μm，制备成实施例1～5导体浆料及对比例1～7导体浆料。

表1 导体浆料配方（重量百分比，%）

将上述导体浆料按照图1的网版图形，通过丝网印刷工艺印刷在氧化铝陶瓷基板上（25.4mm长×25.4mm宽×1mm厚），经过150℃干燥10min，在850±5℃的带式烧结炉中进行烧结，烧结周期60min，峰值保温10min，制成测试样品，并进行下述性能测试：

烧结表面形貌：通过显微镜放大20倍，观察所得样品烧结膜表面状态。

方阻：通过数字万用表两端搭接在图1中位置1、2上，对样品阻值进行测试后，计算方阻值。

可焊性：将样品按照 SJ/ T11512-2015 集成电路用电子浆料性能试验方法， 202方法进行测试。

耐焊性：将样品按照 SJ/ T11512-2015 集成电路用电子浆料性能试验方法， 203方法进行测试。

初始拉力：将样品按照 SJ/ T11512-2015 集成电路用电子浆料性能试验方法，201方法进行测试。

老化拉力：将样品放置于150℃烘箱中1000h后取出，常温下导线进行90°弯曲后，用拉力机进行拉力测试。

上述各种测试结果见表2，并将测试结果与商用C-1215E厚膜导体浆料（由西安宏星电子浆料科技股份有限公司提供）、商用C-964-G厚膜导体浆料（由美国ESL公司提供）进行比较。

表2 不同导体浆料性能对比

由表2可见，本发明实施例1～5制备的厚膜导体浆料相对于商用厚膜导体浆料产品，具有更低的方阻值、可焊性和耐焊更好，经过长时间高温老化后，老化拉力更大，产品可靠性高；将实施例3与对比例1进行对比，厚膜导体浆料中加入钒酸铋，可显著提高厚膜导体浆料耐焊性和老化拉力；将实施例3与对比例2～4进行对比，厚膜导体浆料中加入钒酸铋太少，对耐焊性和老化拉力的作用不明显；加入量太多，会引起烧结膜起泡，方阻升高，老化拉力减小的问题；而钒酸铋的加入量在1%～3%时，可显著提高厚膜导体浆料耐焊性和老化拉力；将实施例3与对比例5～7进行对比，在厚膜导体浆料中引入钒酸铋作为添加剂，才能对耐焊性、老化拉力起到促进作用，而在玻璃粉的制备过程中引入钒酸铋或在导体浆料中引入Bi₂O₃和V₂O₅作为添加剂，对耐焊性和老化拉力的作用不明显。

Claims

1.一种厚膜导体浆料，其特征在于，所述导体浆料的重量百分比组成为：65%～85%贵金属粉、0.5%～4%玻璃粉、1%～3%钒酸铋、1%～3%无机氧化物、10%～25%有机载体；

所述玻璃粉的重量百分比组成为：Bi₂O₃ 50%～75%、B₂O₃ 3%～10%、SiO₂ 5%～20%、Al₂O₃1%～10%、ZnO 1%～10%。

2.根据权利要求1所述的厚膜导体浆料，其特征在于，所述贵金属粉为银粉、钯粉、铂粉中任意一种或多种的混合物或多种的合金粉，其中银粉的粒度范围为0.25～5μm，钯粉的比表面积3～25m²/g，铂粉的比表面积3～25m²/g，合金粉的粒度范围为0.1～5μm。

3.根据权利要求1所述的厚膜导体浆料，其特征在于，所述玻璃粉是将各种氧化物按照重量百分比混合均匀后，将混合物置于陶瓷坩埚中，放入熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度1000～1300℃，保温时间0.5～2h，将得到的玻璃液倒入去离子水中，进行水淬后得到玻璃，将其破碎成玻璃渣，并将玻璃渣球磨成粒度0.8～1.2μm。

4.根据权利要求1所述的厚膜导体浆料，其特征在于，所述钒酸铋的粒度范围为0.8～1.2μm，纯度大于99%。

5.根据权利要求1所述的厚膜导体浆料，其特征在于，所述无机氧化物为Bi₂O₃、CuO、ZnO中任意两种以上的混合物，所述无机氧化物的粒度范围为0.8～1.2μm。

6.根据权利要求1所述的厚膜导体浆料，其特征在于，所述有机载体的重量百分比组成为：树脂8%～15%、有机添加剂1%～5%、有机溶剂80%～90%；所述树脂为松香树脂、马来酸树脂、乙基纤维素、甲基纤维素中任意一种或多种；所述有机添加剂为油酸、大豆卵磷脂中任意一种或两种的混合物；所述有机溶剂为二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇二甲醚、松油醇、醇酯-12、丁基卡必醇醋酸酯中任意一种或多种。