CN1216381C

CN1216381C - 基于不锈钢基板的大功率厚膜电路用导电浆料及其制备工艺

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Publication number: CN1216381C
Application number: CN 02139895
Authority: CN
Inventors: 堵永国; 张为军; 李刚; 杨盛良; 杨娟; 张君启; 胡君遂
Original assignee: LIDE INVESTMENT CO Ltd HUNAN PROV; National University of Defense Technology
Current assignee: LIDE INVESTMENT CO Ltd HUNAN PROV; National University of Defense Technology
Priority date: 2002-12-30
Filing date: 2002-12-30
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2022-12-30
Also published as: CN1424728A

Abstract

一种基于不锈钢基板的大功率厚膜电路用导电浆料，由固相成分和有机粘结剂按重量比为70～90∶30～10组成，固相成分中银钯复合粉与微晶玻璃粉的重量比99.5～95∶0.5～5；钯、银粉的重量比：1～10∶99～90；微晶玻璃为SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-CaO-Bi₂O₃系微晶玻璃，各原料的重量比SiO₂20～70%、B₂O₃1～15%、Al₂O₃5～30%、CaO10～50%、Bi₂O₃10～30%、TiO₂1～10%、ZrO₂1～10%；有机粘结剂中各组分的重量比：松油醇60～78%、柠檬酸三丁酯10～30%、1，4-丁内酯0.5～5%、乙基纤维素2～5%、硝基纤维素1～5%、氢化蓖麻油0.1～5%、卵磷脂0.1～5%。本发明制备工艺为：A.制备微晶玻璃；B.调制银钯复合粉；C.配制有机粘结剂；D.浆料调制。本发明具有可焊性好、方阻低、与介质及电阻浆料相容、焊点机电完整性良好等优点。

Description

基于不锈钢基板的大功率厚膜电路用导电浆料及其制备工艺

技术领域：本发明涉及基于不锈钢基板的大功率(数十瓦至数千瓦)厚膜电路用导电浆料。特别涉及基于铁素体不锈钢(1Cr17等系列)基板的大功率厚膜电路用导电浆料及其制备工艺。

背景技术：在厚膜电路技术领域，传统的基板有聚合物基板和陶瓷基板，二者均有其局限性。聚合物基板导热率低，膨胀系数高，高温(大于100℃)稳定性差。陶瓷基板包括Al₂O₃及AlN等，其尺寸较小，一般不大于100×100mm²，且机械性能差，整机组装困难。近年来研发的表面绝缘化的不锈钢基板以其优良的机械强度、良好的热性能、电磁屏蔽特性、大尺寸、复杂形状及潜在的低成本等综合优势引起人们越来越多的关注。绝缘化的不锈钢基板的技术特点是选用1Cr17系列不锈钢为基材，将与不锈钢物性相匹配的介质浆料通过丝网印刷、烧成工艺在不锈钢表面形成致密、结合力强、满足绝缘及击穿特性等要求的绝缘层(＜100μm)。

绝缘化不锈钢基板优良的机械性能、热性能，大尺寸及可制成复杂形状等不可多得的特性，使人们特别关注其在大功率厚膜器件上应用的可能性。目前，大功率电阻(＞100～1000W)、大功率电热元件(＞100～1000W)等应用量大面广的元器件一般均用绕线电阻丝制作，其尺寸大、寿命较短、热设计困难等特点，越来越难以满足各类电器小型化、高可靠性、长寿命等苛刻要求。厚膜电路元件制备及应用技术的日益成熟使人们有可能开发与绝缘化不锈钢基板性能相匹配的厚膜电阻浆料及厚膜导电浆料，设计制备小尺寸、平面化、高可靠性、长寿命、低成本的大功率厚膜元件，以满足日益增长的市场需求。

大功率厚膜电阻元件及电热元件的电阻轨迹和电极轨迹分别由电阻浆料和导电浆料经丝网印刷及烘干烧成获得。大功率特性要求元件电极轨迹尺寸较大且常需焊接，因此对导电浆料的要求除了必须的低方阻外，其焊接性能的要求也比小功率的陶瓷基板厚膜电路元件高。

由于不锈钢基板的膨胀系数远大于陶瓷基板，烧成后的导电膜层应具有更大的膨胀系数以与不锈钢相匹配，同时浆料中的玻璃相亦应与基于不锈钢基板的介质浆料及电阻浆料的固相成分化学相容。

发明内容：本发明所要解决的技术问题是提供一种方阻低、可焊性良好、印刷特性和烧成特性性能优良并能与绝缘化不锈钢基板相匹配的厚膜电路用导电浆料及其制备工艺。

本发明是通过下面的技术方案解决上述技术问题的，本发明的基于不锈钢基板的大功率厚膜电路用导电浆料由固相成分(银钯复合粉+微晶玻璃粉)和有机粘结剂组成，固相成分与有机粘结剂的比例(重量比)为(70～90)∶(30～10)，所述固相成分中银钯复合粉与微晶玻璃粉的比例(重量比)为(99.5～95)∶(0.5～5)；银钯复合粉中钯粉与银粉的粒径小于2μm，钯粉与银粉的比例(重量比)为：(1～10)∶(99～90)；

作为本发明的进一步改进，所述微晶玻璃为SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-CaO-Bi₂O₃系微晶玻璃，各类原料及配比(重量比)为SiO₂(20～70％)、B₂O₃(1～15％)、Al₂O₃(5～30％)、CaO(10～50％)、Bi₂O₃(10～30％)、TiO₂(1～10％)、ZrO₂(1～10％)；所述有机粘结剂中各组分配比(重量比)为：松油醇(60～78％)、柠檬酸三丁酯(10～30％)、1，4-丁内酯(0.5～5％)、乙基纤维素(2～5％)、硝基纤维素(1～5％)、氢化蓖麻油(0.1～5％)、卵磷脂(0.1～5％)。

本发明的基于不锈钢基板的大功率厚膜电路用导电浆料的制备工艺为：

A、制备微晶玻璃：按重量百分比将下列配比的原料：SiO₂(20～70％)、B₂O₃(1～15％)、Al₂O₃(5～30％)、CaO(10～50％)、Bi₂O₃(10～30％)、TiO₂(1～10％)、ZrO₂(1～10％)，在混料机中混合均匀后置入高温电炉熔炼，熔炼温度为1200～1600℃，保温时间为1～6小时，水淬，得到玻璃微渣；将玻璃微渣置入球磨机球磨得到粒径不大于5微米的微粉；

B、调制银钯复合粉，选用粒度小于2μm的钯粉、银粉，按钯∶银＝(1～10)∶(99～90)混合制得所需银钯复合粉备用；

C、配制有机粘结剂：将有机溶剂及增稠剂、表面活性剂、触变剂按一定比例于80～100℃溶解数小时，各类原料及配比为：松油醇(60～78％)、柠檬酸三丁酯(10～30％)、1，4-丁内酯(0.5～5％)、乙基纤维素(2～5％)、硝基纤维素(1～5％)、氢化蓖麻油(0.1～5％)、卵磷脂(0.1～5％)。调整硝基纤维素、乙基纤维素含量，使有机粘结剂粘度控制在200～300mPas范围内；

D、浆料调制：按银钯复合粉∶微晶玻璃粉为：(99.5～95)∶(0.5～5)(重量比)的比例配制固相成分，并按固相成分∶有机粘结剂＝(70～90)∶(30～10)(重量比)的比例将原料置于容器中搅拌分散后进行三辊轧制，测试浆料粘度，在测试转速为10RPM，粘度范围为230±20Pas。

本发明主要优点在于：

1、选用微晶玻璃作为粘结相，尤其是SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-CaO-Bi₂O₃系微晶玻璃、银钯复合粉构成的导电轨迹层的膨胀系数与1Cr17系不锈钢基板匹配并能良好结合。

2、选用多组分醇及酯类主溶剂代替传统单组分醇类主溶剂，将不同沸点及挥发速度的主溶剂按比例合理配制使浆料在印刷、烘干、烧成等过程中均衡挥发，避免溶剂集中挥发出现开裂、针孔等缺陷。

3、选用氢化蓖麻油作为触变剂，在有机粘结剂体系中形成良好的胶体结构，使浆料具有优良的触变性及防沉效果。

4、本发明导电浆料印刷特性和烧成特性优良，由本发明导电浆料制备的导电轨迹层具有可焊性好、方阻低、与基于不锈钢基板的厚膜电路用介质浆料及电阻浆料相容、焊点机电完整性良好等优点。

具体实施方式：

实施例1：

用于1Cr17系列不锈钢基板大功率厚膜元件的导电浆料

1、微晶玻璃配方：SiO₂(28％)、B₂O₃(9％)、Al₂O₃(15％)、CaO(14％)、Bi₂O₃(28％)、TiO₂(5％)、ZrO₂(1％)；

2、玻璃熔炼工艺：1450℃，保温三小时；

3、球磨及粒度控制：用振动球磨机粗磨，后用行星球磨机或搅拌球磨机细磨至最大粒径不超过5微米；

4、选用粉末最大粒径小于2微米的银粉、钯粉，银∶钯为1∶19的比例混合成银钯复合粉；

5、有机粘结剂配方及溶解工艺：松油醇(76％)、柠檬酸三丁酯(19％)、1，4-丁内酯(1％)、乙基纤维素(3％)、硝基纤维素(1％)、氢化蓖麻油(0.5％)、卵磷脂(0.5％)。溶解工艺为将按比例配制的各组分混合后在高温(80～90℃)水浴中保温5小时。

6、调浆工艺：将固相成分(钯银复合粉∶玻璃粉＝99∶1)及有机粘结剂按比例(74∶26)置于容器中搅拌分散后进行三辊轧制。

7、浆料性能：

方阻：＜4mΩ/□

分辨率： 0.2m

粘度： 230±20Pas 测试条件；10RPM

剥离拉力：＞12N/mm²

实施例2：

用于1Cr17系列不锈钢基板大功率厚膜元件的导电浆料

1、晶玻璃配方：SiO₂(30％)、B₂O₃(8％)、Al₂O₃(16％)、CaO(13％)、Bi₂O₃(26％)、TiO₂(4％)、ZrO₂(3％)；

2、玻璃熔炼工艺：1450℃，保温三小时；

4、用粉末最大粒径小于2微米的银粉、钯粉，银∶钯为1∶19的比例混合成银钯复合粉；

5、有机粘结剂配方及溶解工艺：松油醇(78％)、柠檬酸三丁酯(17％)、1，4-丁内酯(1.5％)、乙基纤维素(2％)、硝基纤维素(2％)、氢化蓖麻油(0.5％)、卵磷脂(0.5％)。溶解工艺为将按比例配制的各组分混合后在高温(80～90℃)水浴中保温5小时。

7、浆料性能：

方阻：＜4mΩ/□

分辨率： 0.2mm

粘度： 230±20Pas 测试条件：10RPM

剥离拉力：＞12N/mm²

Claims

1、一种基于不锈钢基板的大功率厚膜电路用导电浆料，其特征在于它是由固相成分和有机粘结剂组成，其中固相成分是由银钯复合粉和微晶玻璃粉组成，固相成分与有机粘结剂的重量比为70～90∶30～10，所述固相成分中银钯复合粉与微晶玻璃粉的重量比为99.5～95∶0.5～5；银钯复合粉中钯粉与银粉的粒径小于2μm，钯粉与银粉的重量比为1～10∶99～90；所述微晶玻璃为SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-CaO-Bi₂O₃系微晶玻璃，各类原料的重量比为SiO₂20～70％、B₂O₃1～15％、Al₂O₃5～30％、CaO10～50％、Bi₂O₃10～30％、TiO₂1～10％、ZrO₂1～10％；所述有机粘结剂中各组分的重量比为：松油醇60～78％、柠檬酸三丁酯10～30％、1，4-丁内酯0.5～5％、乙基纤维素2～5％、硝基纤维素1～5％、氢化蓖麻油0.1～5％、卵磷脂0.1～5％。

2、一种制备基于不锈钢基板的大功率厚膜电路用导电浆料的工艺，其特征在于：

A、制备微晶玻璃粉：按重量百分比将下列配比的原料：SiO₂20～70％、B₂O₃1～15％、Al₂O₃5～30％、CaO10～50％、Bi₂O₃10～30％、TiO₂1～10％、ZrO₂1～10％，在混料机中混合均匀后置入高温电炉熔炼，熔炼温度为1200～1600℃，保温时间为1～6小时，水淬，得到玻璃微渣；将玻璃微渣置入球磨机球磨得到粒径不大于5微米的微粉；

B、调制银钯复合粉，选用粒度小于2μm的钯粉、银粉，按钯∶银＝1～10∶99～9O混合制得所需银钯复合粉备用；

C、配制有机粘结剂：将有机溶剂及增稠剂、表面活性剂、触变剂按一定比例于80～100℃溶解数小时，各类原料及配比为：松油醇60～78％、柠檬酸三丁酯10～30％、1，4-丁内酯0.5～5％、乙基纤维素2～5％、硝基纤维素1～5％、氢化蓖麻油0.1～5％、卵磷脂0.1～5％；调整硝基纤维素、乙基纤维素含量，使有机粘结剂粘度控制在200～300mPas范围内；

D、浆料调制：按银钯复合粉∶微晶玻璃粉为99.5～95∶0.5～5的重量比配制固相成分，并按固相成分∶有机粘结剂＝70～90∶30～10的重量比将原料置于容器中搅拌分散后进行三辊轧制，测试浆料粘度，在测试转速为10RPM，粘度范围为230±20Pas。