CN1280837C - 聚合物厚膜电阻器糊状组合物及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明是提供一种聚合物厚膜电阻器糊状组合物，其包含100重量份数的环氧树脂，0.1至20重量份数的热硬化促进剂，5至30重量份数的导电碳黑，及10至95重量份数的导电石墨。本发明的电阻器糊状组合物不含有机或无机溶剂，且具有介于4至9之间的触变指数，及介于400,000至2,000,000厘泊(cps)之间的粘度范围。

Description

聚合物厚膜电阻器糊状组合物及其用途

技术领域

本发明涉及一种聚合物厚膜电阻器糊状组合物，其具有良好的触变性，且不含有机或无机溶剂。由于该糊状组合物在烘烤硬化的过程中，不会改变其电阻器的尺寸及形状，且表面也不会产生塌陷的现象，因此可降低电阻器阻值的变异性。

背景技术

随着科技发展的日新月异，各项电子产品无不朝向轻薄短小及高功能化的趋势发展。为了这一需求，主动组件已由低阶产品逐渐转换成高阶产品，且被动组件的需求数量也相对地大幅增加。然而在电路基板面积日益缩小的情况下，如何缩小被动组件的尺寸，已成为业界研发的目标。

电阻器为广泛使用的被动组件之一，其主要功能是用来调整电器及电子产品内的电路电流或电压大小，并限制电流的流动。一般而言，电阻器可分为薄膜电阻器及厚膜电阻器两种。薄膜电阻器主要生产方式以人工插件为主，例如碳膜电阻器、金属膜电阻器、绕线电阻器及金属氧化膜电阻器等。而厚膜电阻器则多已朝向芯片化发展，包括芯片电阻器、芯片排阻器及网络电阻器等，其主要利用表面安装技术，以将多个厚膜电阻器分别安装在电路基板上，由于采取自动化生产，因此可有效降低人工成本，然而却具有过程耗费时间较久，且尺寸缩小仍有限等缺点。

因此近年来业界大多使用聚合物厚膜电阻器技术来制作嵌入式被动组件，以达到缩小被动组件的目的，其最大的优点在于可以利用网印方式，一次将大量的电阻器糊状物印在电路基板上，然后通过烘烤硬化后制成。相较于传统以表面安装技术将离散型被动组件安装在电路基板上，利用聚合物厚膜电阻器可以节省更多空间，且方法更为简单。

已知制作聚合物厚膜电阻器糊状物的方法，大多是使用兼具紫外光及热交联性能的环氧树脂为基材，结合导电颗粒及其它添加剂，以制作出电阻值约为10至10000欧姆(Ω)之间的电阻器糊状物。然后经网版印刷或点胶方法将此电阻器糊状物植入在电路基板上的电极之间，使之形成各自独立的电阻器组件，再经过叠压法(或增层法)及导通孔的方法将线路连贯起来，如此可将电路板的表面积缩小，同时增加产品的性能并降低成本。例如中国台湾专利公告案第295597号即揭示一种聚合物厚膜电阻器组合物，其包含有导电金属粒子(银粒子)、碳粒子及溶解于有机溶剂的热塑性树脂(苯氧基树脂)，当该组合物通过网印印于一基板上，再经过加热过程后，能有效地除去溶剂，以将该组合物转变成固体状态。然而利用上述方法所形成的厚膜电阻器，在去除有机溶剂之后，会造成电阻器的尺寸大幅地缩小，从而导致电阻器尺寸无法固定，且其电阻阻值约会有10至30％的误差产生。

在已知作法中，解决厚膜电阻器尺寸稳定性问题的方法不外乎两种，一是改变方法，例如中国台湾专利公告案第503681号中揭示，预先在一印刷电路基板上蚀刻形成预设电阻器图样的电阻器空间及其它线路，再将电阻器糊状物均匀涂布于该基板的电阻器空间以形成一电阻层，该电阻层具有预定厚度及电阻值，然后烘烤硬化该电阻层。另一种方法为改变材料，例如美国专利第6,030,553号中提出一种聚合物厚膜电阻器，该电阻器经网印成形后，需先使用紫外线曝光，将该电阻器的外部硬化定型后，再经过加热固化该电阻器的内部结构，进而得到尺寸稳定的厚膜电阻器。然而无论是改变工艺步骤或是更换电阻器材料，均会增加过程步骤，从而造成制程成本的提高。因此业界仍在寻求一种具有良好的尺寸稳定性与稳定的电阻阻值，且不会增加工艺复杂性的电阻器糊状组合物。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚合物厚膜电阻器糊状组合物，由于其不含有机或无机溶剂，且因有良好的触变性，因此具有良好的尺寸稳定性与稳定的电阻阻值。

本发明的另一目的在于提供一种在电路基板上植入聚合物厚膜电阻器糊状物的方法，可减少过程步骤，降低成本。

附图说明

图1为本发明的实施例、比较例1及比较例2使用钢板印刷所得的电阻器糊状物，利用光学显微镜观察表面的结果。

图2为本发明的实施例使用钢丝板印刷所得的电阻器糊状物，利用光学显微镜观察表面的结果。

具体实施方式

本发明的聚合物厚膜电阻器糊状组合物，其特征为该组合物不含有机或无机溶剂，其触变指数介于4至9之间，较佳为5至7之间，且粘度范围介于400,000至2,000,000厘泊(cps)之间，较佳为600,000至1,000,000厘泊(cps)之间。

本发明的聚合物电阻器糊状组合物包含100重量份数的环氧树脂；0.1至20重量份数的热硬化促进剂；5至30重量份数的导电碳黑；及10至95重量份数的导电石墨。

可用于本发明电阻器糊状组合物中之环氧树脂并无特殊限制，其例如但不限于双酚A型环氧树脂，如EPON 828(壳牌石油化学)、EPON1001(壳牌石油化学)及DER 331(陶氏化学)等；四溴双酚A型环氧树脂，如DIC 153(大日本油墨)及DIC 152(大日本油墨)等；双酚F型环氧树脂，如EPON 862(壳牌石油化学)等；脂环系环氧树脂，如：ERL-4221(美国联合碳化)及VCMX(美国联合碳化)等；二环戊二烯型环氧树脂，如XD-10002L(日本化药)及HP-7200L(大日本油墨)等；多官能环氧树脂，如EPPN 501(日本化药)、EPPN 502H(日本化药)及TFIC(安原化学)等；或含萘环氧树脂，如HP-4032(大日本油墨)及HP-4032D(大日本油墨)等，这些环氧树脂可单独或混合使用。

可用于本发明电阻器糊状组合物中的热硬化促进剂例如但不限于三氟化硼单乙胺复合物(BF3·MEA)、咪唑，例如2P4MZ-CNS(六和化学)、亚磷酸三苯酯、1，8-二氮杂双环-(5，4，0)-十一-7-烯(1，8-diazabicyclo-(5，4，0)-undec-7-ene，DBU)和其盐类，或乙酰乙酸铜(II)等，这些促进剂可单独或混合使用。

应用于本发明电阻器糊状组合物中的导电碳黑，其例如但不限于高吸油量导电碳黑，如BP2000(台湾卡博特)，或低吸油量导电碳黑，如BP3200(台湾卡博特)。

可用于本发明电阻器糊状组合物中的导电石墨，其粒径小于200筛目(mesh)，可商业购得的产品，例如但不限于45095(台湾德固)。

此外，本发明电阻器糊状组合物可根据需要添加70至95重量份数的液态酸酐来作为硬化剂，例如六氢化邻苯二甲酸酐、甲基六氢化邻苯二甲酸酐或甲基四氢化邻苯二甲酸酐，这些液态酸酐可单独使用或混合使用，例如但不限于700G(清泰)【HHPA∶MHHPA＝3∶7】。

此外，本发明电阻器糊状组合物可根据需要包含本领域技术人员已知的可用于电阻器糊状组合物的添加剂，这些添加剂的非限制性实例例如为分散剂、流平剂、触变剂、金属密着剂或消泡剂。本发明还提供一种在电路基板上植入聚合物厚膜电阻器糊状物的方法，其包含在该电路基板上蚀刻形成所需的线路，接着覆盖一模板，再利用一网版印刷方法，将该电阻器糊状组合物附着在该电路基板上，然后利用烘箱或红外线加热使该电阻器糊状组合物固化。在本发明中，电路基板可为任何适合电子组件应用的基板，例如印刷电路板或导线框架等，而模板可为钢板、钢丝板或尼龙板等。

由于本发明的电阻器糊状物具有良好的触变性及粘度，因此当其附着于电路基板上时，电阻的尺寸基本上不会发生改变，表面亦无塌陷的现象，因此可直接完全加热固化，而不需先将外部固化定型。

以下实施例将对本发明作进一步的说明，而不是用以限制本发明的范围，任何本领域技术人员在不违背本发明的精神下所得的修饰及变化，均属本发明的范围。

实施例

此实施例中，主要目的在于比较导电碳黑与导电石墨的添加对于电阻器糊状组合物的粘度与触变指数的影响。在本发明的实施例中，是同时添加导电碳黑与导电石墨；在比较例1中仅添加导电碳黑；而在比较例2中仅添加导电石墨。也就是说，本发明的工艺条件的固定参数为：相同剂量的环氧树脂、液态酸酐、添加剂，及热硬化促进剂，变化参数为：不同种类与剂量的导电碳黑，及不同剂量的导电石墨。

[实验步骤]

先将计量的环氧树脂、液态酸酐，及添加剂加入附有搅拌器的容器中，然后在室温下搅拌使其均匀混合，之后缓缓加入热硬化促进剂、导电碳黑、及导电石墨搅拌均匀，最后经过三辊滚轧机(three roll mill)，以制成电阻器高分子厚膜糊状物(其组成见下表1)。

在本发明的最佳实施例中，电阻器糊状物的粘度测量方式主要是利用布氏DV-I+粘度计(Brookfield DV-I+Viscometer)来测量粘度。粘度计的操作参数如下：测量转针编号为七号(高粘度用)，粘度测量转速使用低转速(2rpm)和高转速(20rpm)两种。此外，触变指数的计算方式为低转速测量时得到的粘度和高转速测量得到的粘度之比值。现将实施例、比较例1，及比较例2测得的结果在表1中进一步说明。

再将电阻器糊状物利用网印的方式(网印的条件如表2所示)，印刷在含有线路的电路基板上，然后利用烘箱加热方式，以温度约为150℃烘烤该电阻器糊状物约九十分钟，使其完全固化。

最后利用光学显微镜，例如Olympus BH-2，以倍数25X来观察已固化的厚膜电阻器的外观，观察的结果如图1及图2所示。

表1  聚合物厚膜电阻器糊状物组成(单位：phr.)及其性质

组合物种类		实施例	比较例1	比较例2
					环氧树脂	ERL4221	100	100	100
液态酸酐	700G	90	90	90
					促进剂	2P4MZ-CNS	0.5	0.5	0.5
导电碳黑	BP2000	0	5	0
					BP3200	30	20	0
	导电石墨	45095	62.5	0					95
粘度(2rpm)单位：Cps.					630000	240000	500000
		触变指数(Ti)		5.1				5.0	4.2

表2  网印条件

项目	单位	钢板印刷	钢丝网板印刷
				钢板/乳剂厚度	Mm	0.04	0.015
张力	NT	55	30
				网目	Mesh	-	325
刮刀材质		不锈钢刮刀	胶刮刀
				刮刀角度		60	60
刮刀速度	cm/sec	4.2	2.1
				刮刀压力	Kg	0.6	0.6
网印机机型		大敏精密DM2000A改良型

参照表1与图1，表1为本发明的聚合物厚膜电阻器糊状物组成及其性质，图1为本发明使用钢板印刷所得的电阻器糊状物的表面观察结果，其中(A)、(B)及(C)分别为本发明的实施例、比较例1及比较例2的观察结果。由表1中可知，本发明实施例中所制得的电阻器糊状物具有较高的粘度与触变指数。此外，如图1(A)所示，由于电阻器糊状物具有较高的粘度与较佳的触变特性，因此电阻器糊状物在完全硬化后的尺寸外观均完整；如图1(B)所示，因电阻器糊状物的粘度太低，因此在边缘处会有晕开的现象发生；而如图1(C)所示，因电阻器糊状物的粘度稍低，因此在边缘处会有齿状现象发生。由上述可知，本发明的同时添加导电碳黑与导电石墨的电阻器糊状组合物，具有良好的粘度和触变指数，因此在使用网版印刷与加热固化之后，电阻器的尺寸不变，具有良好的尺寸稳定性。

接着参照图2，图2为本发明的实施例使用钢丝板印刷所得的电阻器糊状物的表面观察结果。如图2所示，本发明实施例所制得的电阻器糊状组合物，在使用钢丝网版印刷时，不论是圆形、方形或转角等处均具有良好的分辨率，且线宽最细约可以印刷至6密耳(mil)，约为0.15毫米(mm)宽，因此本发明的组合物不论使用钢板网版或钢丝网版来形成电阻器糊状物，均具有良好的分辨率。

以下申请的权利要求范围是用以界定本发明的合理保护范围。本领域技术人员应该了解基于本发明的揭示所可达成的种种显而易见的改良，也应属于本发明合理的保护范围。

Claims (14)

1.一种聚合物厚膜电阻器糊状组合物，其特征在于不含有机或无机溶剂，触变指数介于4至9之间，且粘度介于400,000至2,000,000厘泊之间，其中所述组合物包括：

(a)100重量份数的环氧树脂；

(b)0.1至20重量份数的热硬化促进剂；

(c)5至30重量份数的导电碳黑；以及

(d)10至95重量份数的导电石墨。

2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物的触变指数介于5至7之间。

3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物的粘度介于600,000至1,000,000厘泊之间。

4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、四溴双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、脂环系环氧树脂、二环戊二烯型环氧树脂、多官能环氧树脂、含萘环氧树脂及其混合物。

5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述热硬化促进剂选自三氟化硼单乙胺复合物、咪唑、亚磷酸三苯酯、1，8-二氮杂双环-(5，4，0)-十一-7-烯和其盐类及乙酰乙酸铜(II)及其混合物。

6.根据权利要求1所述的组合物，其中所述导电石墨的粒径小于200筛目。

7.根据权利要求1所述的组合物，其另包含70至95重量份数的液态酸酐。

8.根据权利要求7所述的组合物，其中所述液态酸酐选自六氢化邻苯二甲酸酐、甲基六氢化邻苯二甲酸酐及甲基四氢化邻苯二甲酸酐及其混合物。

9.根据权利要求1所述的组合物，其另包括添加剂。

10.根据权利要求9所述的组合物，其中所述添加剂选自分散剂、流平剂、触变剂、金属密着剂及消泡剂及其混合物。

11.一种电路基板上的厚膜电阻层，其包括根据权利要求1所述的组合物。

12.一种于电路基板上植入聚合物厚膜电阻器糊状物的方法，其包括在该电路基板上蚀刻形成所需的线路，接着覆盖模板，再利用网版印刷方法，将根据权利要求1所述的电阻器糊状组合物附着在该电路基板上，其特征在于电阻器糊状物外部不需先固化定型，可直接用加热方式将该电阻糊状物完全固化。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述电路基板选自印刷电路板或导线框架。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述模板选自钢板、钢丝板或尼龙板。

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