一种低温共烧导电银浆用玻璃粉及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电子浆料用玻璃粉，具体涉及一种低温共烧导电银浆用玻璃粉及其制备方法和应用，属于电子信息功能新材料中的玻璃材料、电子浆料及电子封装技术领域。
技术背景
[0002]在电子元器件微型化、薄型化、高密度化的发展趋势下，低温共烧陶瓷(LowTemperature Co-fired Ceramic, LTCC)技术是制备片层式无源/有源集成电路组件模块的重要技术。满足低温共烧要求的电子浆料具有越来越广泛的市场需求，其中低温共烧导电银浆是用量最大的浆料品种之一。而玻璃粉作为导电浆料中无机粘结剂，在浆料后续热处理过程中软化，浸润导电相和基板表面，故玻璃粉的成分、粒径、软化温度等对浆料的烧结、与基板的匹配性等都会产生重要影响。因此，适于低温共烧浆料用的玻璃粉是开发制备低温共烧导电银浆产品的核心基础材料。
[0003]目前，国内外低温共烧导电浆料市场主要被Ferro、Dupont等国际知名企业所垄断，国内在此领域始终未能取得关键性突破，这不仅导致我国研发生产的LTCC器件成本很高，更重要的是核心关键技术和产品受制于人，严重阻碍了我国电子浆料技术和产业的升级发展。其主要原因之一就在于国内企业尚未能掌握低温共烧导电浆料所需的银粉、玻璃粉、有机载体等基础材料的核心配方和关键制备工艺技术。因此，开发拥有自主知识产权、适于低温共烧浆料用的玻璃粉，成为了促进我国电子浆料产业发展所必须解决的问题之
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[0004]在低温共烧材料领域，公开的专利主要集中于制备LTCC基板用的粉料方面。如USA5258335、USA5024975奠定了 Ferro公司Ca0_B203_Si02(CBS)系微晶玻璃基板材料的配方基础，EP2325150(A1)提供了一种Si02-Ba0_Al203(SBA)基的低温共烧陶瓷材料配方，申请号CN201410337899的专利公开了一种Ca0-La203_Ti02(CLT)系微波介质材料及其制备方法。相比之下，明确提出应用于低温共烧电子浆料的玻璃粉发明专利较少，杨德安等人采用溶胶-凝胶法制备了 CBS系微晶玻璃的前驱体粉料，可用作共烧型金属化浆料粘结剂(CN200710060112)。而在实际应用中，为改善低温共烧电子浆料的共烧特性，必须根据所采用的导电相粉体物性来设计玻璃配方以满足使用要求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种软化及析晶温度合适、对银粉浸润良好、化学稳定性好且成本低廉、可用于低温共烧导电银浆的环保无铅玻璃粉。
[0006]本发明的另一个目的在于提供一种制备上述玻璃粉的方法。
[0007]本发明的另一个目的在于指出上述玻璃粉的应用。
[0008]—种低温共烧导电银楽用玻璃粉由质量百分含量为30?45%的CaO，15?35%的 B203，35 ?50 % 的 Si02，0 ?2 % 的 Zr02，0 ?10 % 的 ZnO，0 ?2 % 的 Bi203，0 ?10 % 的A1203配制加工而成；该玻璃粉成分均匀，粉体中值粒径范围3μπι?5μπι，最大粒径不超过9 μ m，软化温度为730?760V，析晶温度为840?920°C，在20?300°C范围内热膨胀系数为8?11 X 10 6°C 1，对银粉浸润良好。
[0009]制备上述低温共烧导电银浆用玻璃粉的方法，包括以下步骤:
[0010](1)配制均混料:按比例称量好所述玻璃粉的各组分原料，并将各原料充分混合均匀，制成均混料；
[0011](2)将均混料置于铂金坩祸中，在1300°C?1450°C的电阻炉中加热熔化，保温90?180分钟，得到成分均一的玻璃液；
[0012](3)将熔制好的玻璃液在倒入去离子水中，使其快速淬冷形成玻璃颗粒；
[0013](4)将玻璃颗粒装入球磨罐中球磨12小时，然后过500目筛，烘干后即得到本发明的低温共烧导电银浆用玻璃粉。
[0014]所述玻璃粉除了适合用于低温共烧导电银浆中的无机粘结剂外，还可用于制备低温共烧微晶玻璃，以及用于热膨胀系数与该玻璃粉膨胀系数相同或相近的两种材料之间的粘合。
[0015]所述配制混合料使用的原料Bi203、H3B03、ZnO、Zr02、Si02、A1203和CaCO 3均为常见市售粉末，纯度为99wt %以上。
[0016]本发明的原理为:Si02、B203和A1 203在玻璃中全部或部分起到玻璃网络形成体作用，对玻璃粉软化熔融后液体流动性、玻璃热膨胀系数具有显著影响；CaO和ZnO主要起玻璃外体作用，同时与Zr02B核剂一起共同调节玻璃的物理和化学性能，如玻璃的软化及析晶特性、热和化学稳定性等；适量的Bi203则有助于改善玻璃软化后对银粉的浸润性。
[0017]本发明的优点和效果:
[0018](1)本发明所得玻璃粉具有合适且可调的玻璃软化温度，粒径细小，化学稳定性好，且烧结过程中对银粉与常用LTCC基板浸润良好，适于低温共烧导电银浆产品的开发；其析晶特性可调，可用于制备低温共烧型微晶玻璃材料；其热膨胀系数与很多常用材料相同或相近，可用作它们之间的封装粘结剂。
[0019](2)本发明的玻璃粉所采用的原料易得环保、制备工艺简单，具有成本低廉、易于批量放大的优点，能够满足工业化生产应用的需求。
【附图说明】
[0020]图1是本发明玻璃粉的典型DSC曲线类型一(析晶型)。
[0021]图2是本发明玻璃粉的典型DSC曲线类型二(抑制析晶型)。
【具体实施方式】
[0022]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的【具体实施方式】及细节作进一步描述。但本发明的保护范围不限于以下所述实施例。
[0023]实施例1
[0024]本发明是一种低温共烧导电银浆用玻璃粉，具体成分质量百分比为:CaO 38%,B203 15%, Si02 43%, Zr02 2%, ZnO 1%, Bi203 1 %。该玻璃粉成分均匀，粉体中值粒径范围3μπι?5μπι，最大粒径不超过9 μ m，软化温度为730?760 °C，析晶温度为840?920 °C，在20?300°C范围内热膨胀系数为8?11 X 10 6°C \对银粉浸润良好。
[0025]本发明的低温共烧导电银浆用玻璃粉的制备方法如下:
[0026](1)配制均混料:按比例称量好所述玻璃粉的各组分原料，并将各原料充分混合均匀，制成均混料；
[0027](2)将均混料置于铂金坩祸中，在1400°C的电阻炉中加热熔化，保温90分钟，得到成分均一的玻璃液；
[0028](3)将熔制好的玻璃液在倒入去离子水中，使其快速淬冷形成玻璃颗粒；
[0029](4)将玻璃颗粒装入球磨罐中球磨12小时，然后过500目筛，烘干后即得到本发明的低温共烧导电银浆用玻璃粉。
[0030]本发明的玻璃粉可用于低温共烧导电银浆中的无机粘结剂，可用于制备低温共烧微晶玻璃，以及用于热膨胀系数与该玻璃粉膨胀系数相同或相近的两种材料之间的粘合。
[0031]实施例2
[0032]本发明是一种低温共烧导电银浆用玻璃粉，具体成分质量百分比为:CaO 33%,B203 22%,Si0z 36%, ZnO 5%,A1203 3%,Bi203 1 %D该玻璃粉成分均匀，粉体中值粒径范围3μπι?5μπι，最大粒径不超过9 μ m，软化温度为730?760 °C，析晶温度为840?920 °C，在20?300°C范围内热膨胀系数为8?11 X 10 6°C \对银粉浸润良好。
[0033]本发明的低温共烧导电银浆用玻璃粉的制备方法如下:
[0034](1)配制均混料:按比例称量好所述玻璃粉的各组分原料，并将各原料充分混合均匀，制成均混料；
[0035](2)将均混料置于铂金坩祸中，