专利名称：一种浆料用无机粘结物及其制备方法
一种浆料用无机粘结物及其制备方法
技术领域：
本发明属化工技术领域，特别涉及一种浆料用无机粘结物及其制备方法。背景技术：
导电浆料是一种新型电子功能材料，在电子工业中有着广泛的应用。以炭素为导电填料的导电浆料，主要用于制作印制电路板的配线板上的印刷电阻，厚膜混合的印刷电阻以及键盘开关等。我国导电浆料与国外的差距很大，主要表现为品种少、产量低，未形成相兼容的系列化产品。我国目前研制水平较高及能商品化的导电浆料，由于性能及工艺性能如烧结温度和固化时间的差异，限制了它们在电子工业，特别是电子元器件工业中的广泛应用。导电浆料是发展电子元器件的基础，是封装、电极和互联的关键材料，是集冶金、 化工、电子技术于一体的一种高技术电子功能材料，主要用于制造厚膜集成电路、敏感元件、电容器、电位器、厚膜混合集成电路、表面组装技术等电子行业的各个领域。导电浆料包括烧渗型导电浆料和固化型导电胶(导电油墨)两大类。烧渗型导电浆料主要用于电子陶瓷元件(如陶瓷电容、热敏电阻、压敏电阻等)的电极以及电子器件的封装等，烧渗温度一般在500-1000°C左右。固化型导电胶主要用于柔性电路的导线、电子封装等，固化温度在室温-200°C左右。烧渗型导电浆料是电子行业中用途较广、用量较大的一种浆料。它的种类较多，按烧渗温度不同可以分为高温浆料(烧渗温度> 800°C )、中温浆料(烧渗温度为600-800°C )和低温浆料(烧渗温度< 600°C )；按使用导电填料的种类可以分为贱金属浆料和贵金属浆料。浆料的组成由不同的使用目的，不同的特性要求和使用工艺等方法决定，其组成主要由无机粘接剂、导电填料、有机载体这三大块按一定的比例组成。无机粘接剂也即玻璃粉料，一般由S^2和一些金属氧化物按一定比例熔融混合后，淬火后粉碎而制成，是导电浆料的关键成分。玻璃粉料的加入有助于降低烧结温度，增强浆料与基板间的附着力，同时玻璃粉料的性能直接影响到导电浆料的性能。自80年代以来，贵金属浆料在电子工业中的应用得到了迅速发展，它是制备微电子元件的重要材料。各种质优价廉的电子浆料的开发和上市将大大促进印刷布线板、混合集成电路乃至电子元件产业的发展。电子浆料的组成和配比以及粉末的制备都属于专利范围，目前，浆料的研究和生产主要集中在美、日、德等少数几个国家，如杜邦公司，年产各种浆料800-900种，产量约1000吨，销售额占世界市场的50%左右，该公司每年在科技方面投入的经费近数千万美元，现可常年生产100多种金属粉末，200多种玻璃粉末；日本是目前唯一能与美国抗衡的浆料大国，其著名的浆料公司有住友金属矿山、昭荣化学、田中贵金属所、村田制作所、太阳诱电、日立化学、东芝化学、福田金属粉、三菱金属、NEC、TDK等。我国自60年代出开始试制与应用贵金属厚膜浆料。以昆明贵金属研究所为代表的一些单位先后开发了电阻浆料、导电浆料、粘结浆料等系列产品，并建立了微电子用贵金属厚膜浆料生产线，形成了一定规模的Ag浆、Ag-Pd浆料和钌系电阻浆料的生产能力。但总体看来，国内的情况是电子浆料产业现状已严重滞后于电子信息产业的发展需求。主要表现在电子浆料产品，虽然基本能够满足目前国内用户的需要，部分产品也已具有一定的实力和水平，但与国际水平相比，还存在很大的差距，且产品的规模小，种类较少，品种单一，质量、性能也不能完全满足用户的需要，远未达到产业的规模效益；工艺技术和装备水平低，生产设备落后，基本处于手工操作状态；拥有自主知识产权和专利的单位较少，大多是仿制和重复性生产，尚未达到规模化生产；在产品质量的稳定，在浆料制备工艺及设备、产品检验、质量管理等方面尚待进一步努力目前，导电银浆的进口厂商主要有美国Acheson、日本Asahi、Doctite、韩国昌星。 国产有宝银、纳为、汇博、普强等。现有的电子浆料用低熔玻璃中含有大量的重金属铅，铅是人类最早使用的6种金属之一，它对人类健康危害较大，能够在体内积聚而引起铅中毒，铅中毒的作用相当缓慢而且毒性隐蔽，在毒性呈现之前不容易被觉察。为了更好的维护人类赖以生存的生活环境，实现社会经济的可持续发展，发达国家纷纷制定适合自己的环保政策，对其生产和进口的电子产品进行环保限制，因此，开发出无铅的环保型导电浆料用无机粘结剂具有重要的经济效益和社会效益。
发明内容本发明的主要目的在于克服现有铜导电浆料用无机粘结剂的不足，提供了一种浆料用无机粘结物及其制备方法，具有气体可完全排除、气密性好和粘接力强的特点。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种浆料用无机粘结物，原料按重量百分比组成为=SiO2为20 40%，Al2O3为 5 20%，CaO 为 5 30%，B2O3 为 1 20%，BaO 为 1 20%，ZnO 为 1 10%，V2O5 为 1 10%，CuO 为 0. 1 5%，Li2O 为 0. 1 5%，Sb2O3 为 0. 1 2%，Co3O4 为 0. 1 ；所述的SiO2优选为25 30%，最佳为；所述的Al2O3优选为10 15%，最佳为12% ；所述的CaO优选为15 25%，最佳为21% ；所述的化03优选为10 15%，最佳为12% ；所述的BaO优选为8 15%，最佳为13% ；所述的ZnO优选为2 5%，最佳为3% ；所述的V2O5优选为2 6%，最佳为4% ；所述的CuO优选为1 3%，最佳为2% ；所述的Li2O优选为2 5%，最佳为3. 5% ；所述的SId2O3优选为0. 5 1. 5%，最佳为1 % ；所述的Co3O4优选为0. 3 0. 7%，最佳为0. 5% ；所述的Si02、Al2O3和CaO的总的重量百分比大于50% ；所述的V205、Li2O的总的重量百分比为3 8%。本发明的另一目的在于提供一种用于生产上述一种浆料用无机粘结物的制备方法。一种浆料用无机粘结物及其制备方法，具体步骤为(1)按照各组分的重量百分比称取各原料；
(2)将所称取的原料充分混合；(3)将混合后的混合料放入坩埚中，然后放入炉温为1350°C 1550°C的电炉中， 保温2 他，在保温阶段每隔Ih搅拌一次，每次搅拌5min ；(4)将熔化后的玻璃液倒入压片机压成薄片或者倒入冷水中淬冷；(5)将片状或者颗粒状玻璃放入球磨机球磨；(6)将球磨后的玻璃粉过筛、检测、包装。本发明一种浆料用无机粘结物及其制备方法的积极效果是(1)本发明不含铅，满足TOEE、RoHS指令的环保要求，可以在保持较低的玻璃软化温度下用于导电浆料中的粘结相；(2)适用范围广，具有较宽的性能调整范围，同时还可以和在此温度和膨胀系数相符的玻璃、陶瓷、金属封接，封接性能良好；(3)测试结果表明，不仅具有适宜且易于调整的热膨胀系数，合适的软化温度，还具有优异的化学稳定性，特别在无铅化和性能优异方面具有很强的竞争力，具有性价比高的优点，具有广泛的市场发展前景；
具体实施方式以下通过具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。本发明为克服短路和气泡的缺点提出的无机粘结剂的组成中，首先不含Bi2O3等能与CuO形成低共熔物的成分，其次是提高玻璃熔点，抛弃传统的低熔点铅玻璃，最后是结晶化，使软化点提高，有机物排除有足够的空隙。本发明提供了一种浆料用无机粘结物及其制备方法，具有气体可完全排除、气密性好和粘接力强的特点，以满足市场对铜导电浆料用无机粘结剂的需求。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种浆料用无机粘结物，原料按重量百分比组成为=SiO2为20 40%，Al2O3为 5 20%，CaO 为 5 30%，B2O3 为 1 20%，BaO 为 1 20%，ZnO 为 1 10%，V2O5 为 1 10%，CuO 为 0. 1 5%，Li2O 为 0. 1 5%，Sb2O3 为 0. 1 2%，Co3O4 为 0. 1 ；所述的SiA优选为25 30%，最佳为；所述的Al2O3优选为10 15%，最佳为12% ；所述的CaO优选为15 25%，最佳为21 % ；所述的化03优选为10 15%，最佳为12% ；所述的BaO优选为8 15%，最佳为13% ；所述的SiO优选为2 5%，最佳为3% ；所述的V2O5优选为2 6%，最佳为4% ；所述的CuO优选为1 3%，最佳为2% ；所述的Li2O优选为2 5%，最佳为3. 5% ；所述的SId2O3优选为0. 5 1. 5%，最佳为1 % ；所述的Co3O4优选为0. 3 0. 7%，最佳为0. 5% ；所述的Si02、Al2O3和CaO的总的重量百分比大于50% ；所述的V205、Li2O的总的重量百分比为3 8%。
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所述的一种浆料用无机粘结物的烧结温度的峰值温度为880°C，时间为lOmin，用传统方法丝网印刷，在氮气的保护下进行。实施例1一、原料组成按重量百分比为SiO2 为 28%, Al2O3 为 12%, CaO 为 21%, B2O3 为 12%, BaO 为 13%, ZnO 为 3%, V2O5 为4%, CuO 为 2%, Li2O % 3. 5%, Sb2O3 为 1 %, Co3O4 为 0. 5%。二、制备方法(1)按照各组分的重量百分比称取各原料；(2)将所称取的原料充分混合；(3)将混合后的混合料放入坩埚中，然后放入炉温为1400°C的电炉中，保温4h，在保温阶段每隔Ih搅拌一次，每次搅拌5min ；(4)将熔化后的玻璃液倒入压片机压成薄片或者倒入冷水中淬冷；(5)将片状或者颗粒状玻璃放入球磨机球磨；(6)将球磨后的玻璃粉过筛、检测、包装。三、测试结果膨胀系数88.5X 10_7,C (300°C )烧结温度880°C (峰值温度，IOmin)粒径=D50< 2 μ m, D90 < 5 μ m实施例2一、原料组成按重量百分比为SiO2 为 21%, Al2O3 为 17%, CaO 为 26%, B2O3 为 18%, BaO 为 9%, ZnO 为 2%, V2O5 为 3%, CuO 为 1%, Li2O 为 2%, Sb2O3 为 0. 7%, Co3O4 为 0. 3%。二、制备方法(1)按照各组分的重量百分比称取各原料；(2)将所称取的原料充分混合；(3)将混合后的混合料放入坩埚中，然后放入炉温为1350°C的电炉中，保温3h，在保温阶段每隔Ih搅拌一次，每次搅拌5min ；(4)将熔化后的玻璃液倒入压片机压成薄片或者倒入冷水中淬冷；(5)将片状或者颗粒状玻璃放入球磨机球磨；(6)将球磨后的玻璃粉过筛、检测、包装。三、测试结果膨胀系数90.4X 10_7,C (300°C )烧结温度880°C (峰值温度，IOmin)粒径=D50< 2 μ m, D90 < 5 μ m实施例3一、原料组成按重量百分比为SiO2 为 31%, Al2O3 为 16%, CaO 为 22%, B2O3 为 9%, BaO 为 13%, ZnO 为 2%, V2O5 为 2%, CuO 为 3%, Li2O 为 2%, Sb2O3 为 0. 6%, Co3O4 为 0. 4%。二、制备方法
(1)按照各组分的重量百分比称取各原料；(2)将所称取的原料充分混合；(3)将混合后的混合料放入坩埚中，然后放入炉温为1400°C的电炉中，保温3h，在保温阶段每隔Ih搅拌一次，每次搅拌5min ；(4)将熔化后的玻璃液倒入压片机压成薄片或者倒入冷水中淬冷；(5)将片状或者颗粒状玻璃放入球磨机球磨；(6)将球磨后的玻璃粉过筛、检测、包装。三、测试结果膨胀系数87.OXlO^V0C (300°C )烧结温度880°C (峰值温度，IOmin)粒径=D50< 2 μ m, D90 < 5 μ m最后所应说明的是以上实施例仅用于说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种浆料用无机粘结物，其特征在于，原料按重量百分比组成的组分为，SiO2S 20 40% ,Al2O3 为 5 20%，CaO 为 5 30%，B2O3 为 1 20%，BaO 为 1 20%，ZnO 为 1 10%, V2O5 为 1 10%,CuO 为 0. 1 5%,Li2O 为 0. 1 5%, Sb2O3 为 0. 1 2%,Co3O4 为0. 1 1%。
2.如权利要求1所述的一种浆料用无机粘结物，其特征在于，所述的SW2为25 30%； 所述的Al2O3为10 15% ；所述的CaO为15 25% ；所述的化03为10 15%。
3.如权利要求2所述的一种浆料用无机粘结物，其特征在于，所述的SiO2*；所述的Al2O3为12% ；所述的CaO为21% ；所述的化03为12%。
4.如权利要求1所述的一种浆料用无机粘结物，其特征在于，所述的BaO为8 15%; 所述的SiO为2 5% ；所述的V2O5为2 6% ；所述的CuO为1 3%。
5.如权利要求4所述的一种浆料用无机粘结物，其特征在于，所述的BaO为13%;所述的ZnO为3% ；所述的V2O5为4% ；所述的CuO为2%。
6.如权利要求1所述的一种浆料用无机粘结物，其特征在于，所述的Li2O为2 5%； 所述的SId2O3为0. 5 1. 5% ；所述的Co3O4为0. 3 0. 7%。
7.如权利要求6所述的一种浆料用无机粘结物，其特征在于，所述的Li2O为3.5% ；所述的Sb2O3为1 % ；所述的Co3O4为0. 5 %。
8.如权利要求1所述的一种浆料用无机粘结物，其特征在于，所述的Si02、Al203和CaO 的总的重量百分比大于50%。
9.如权利要求1所述的一种浆料用无机粘结物，其特征在于，所所述的V205、Li20的总的重量百分比为3 8%。
10.如权利要求1所述的一种浆料用无机粘结物及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤(1)按照各组分的重量百分比称取各原料；(2)将所称取的原料充分混合；(3)将混合后的混合料放入坩埚中，然后放入炉温为1350°C 1550°C的电炉中，保温 2 他，在保温阶段每隔Ih搅拌一次，每次搅拌5min ；(4)将熔化后的玻璃液倒入压片机压成薄片或者倒入冷水中淬冷；(5)将片状或者颗粒状玻璃放入球磨机球磨；(6)将球磨后的玻璃粉过筛、检测、包装。
全文摘要
本发明的一种浆料用无机粘结物及其制备方法，原料按重量百分比组成为SiO2为20～40％，Al2O3为5～20％，CaO为5～30％，B2O3为1～20％，BaO为1～20％，ZnO为1～10％，V2O5为1～10％，CuO为0.1～5％，Li2O为0.1～5％，Sb2O3为0.1～2％，Co3O4为0.1～1％；制备过程包括称量、混料、熔制、压片、球磨、过筛；本发明的优点具有气体可完全排除、气密性好和粘接力强的特点。
文档编号C03C12/00GK102190443SQ201010125339
公开日2011年9月21日 申请日期2010年3月16日 优先权日2010年3月16日
发明者刘立起, 李胜春, 武荣丽 申请人:李胜春