银电极浆料及其制备方法与流程

文档序号:11213975阅读:1803来源:国知局

本发明涉及一种银电极浆料及其制备方法。



背景技术:

ltcc(lowtemperatureco-firedceramic)技术即低温共烧陶瓷技术,是一种先进的无源集成及混合电路封装技术,它可将三大无源元器件(包括电阻器、电容器和电感器)及其各种无源组件(如滤波器、变压器等)封装于多层布线基板中,并与有源器件(如:功率mos、晶体管、ic电路模块等)共同集成为一完整的电路系统。低温共烧陶瓷技术是近年发展起来的令人瞩目的整合组件技术,已经成为无源集成的主流技术,成为无源元件领域的发展方向和新的元件产业的经济增长点。

传统的银电极浆料在银层亮度、可耐焊、与瓷体收缩匹配上等都难以同时满足ltcc的使用要求。



技术实现要素:

基于此,有必要针对传统的银电极浆料在银层亮度、可耐焊、与瓷体收缩匹配上难以同时满足低温共烧陶瓷的使用要求的问题,提供一种银电极浆料及其制备方法。

一种银电极浆料,适用于低温共烧陶瓷,按照质量百分比计包括:

其中,所述高分子树脂包括乙基纤维素;所述玻璃粉以质量百分比计包括:30%~40%的氧化铋、15%~25%的氧化硅、15%~20%的氧化钙、15%~20%的氧化铝和10%~20%的氧化铜。

上述银电极浆料,通过调整各组分的原料及配比,使得银电极浆料与陶瓷烧结后匹配性较好;玻璃粉包括氧化铋、氧化硅、氧化钙、氧化铝和氧化铜,玻璃粉配比合理,增加了银电极浆料的可耐焊性;经实验测定,上述银电极浆料制备得到的银层亮度较好。

在其中一个实施例中,所述球状银粉的比表面积为0.1m2/g~2m2/g。

在其中一个实施例中,所述球状银粉的粒度d50<4μm,粒度d90<7μm。

在其中一个实施例中,所述有机溶剂的主溶剂为二乙二醇乙醚醋酸酯。

在其中一个实施例中,所述有机溶剂还包括助溶剂异丁醇。

在其中一个实施例中,所述高分子树脂还包括松香树脂,所述乙基纤维素与所述松香树脂的质量比为0.5~1.5:0.1~0.5。

在其中一个实施例中,所述玻璃粉以质量百分比计包括32%~38%的氧化铋、17%~23%的氧化硅、16%~19%的氧化钙、16%~19%的氧化铝和12%~18%的氧化铜。

在其中一个实施例中,所述银电极浆料的粘度为100pa.s~300pa.s。

在其中一个实施例中,按照重量百分比计包括:85%~92%的球状银粉、5%~10%的二乙二醇乙醚醋酸酯、1%~2%的异丁醇、0.5%~1.5%的乙基纤维素、0.1%~0.5%的松香树脂及0.1%~1%的玻璃粉。

一种银电极浆料的制备方法,包括以下步骤:

提供原料,所述原料按照质量百分比计包括:球状银粉85%~92%、有机溶剂6%~12%、高分子树脂1%~2%及玻璃粉0.1%~1%,其中,所述高分子树脂包括乙基纤维素,所述玻璃粉以质量百分比计包括:30%~40%的氧化铋、15%~25%的氧化硅、15%~20%的氧化钙、15%~20%的氧化铝和10%~20%的氧化铜;

将所述高分子树脂与至少部分所述有机溶剂混合后充分溶解制备有机载体;

将所述有机载体与其余的所述原料混合均匀得到预混物;及

将所述预混物充分研磨得到银电极浆料。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

一实施方式的银电极浆料,适用于低温共烧陶瓷,按照质量百分比计包括:

其中,高分子树脂包括乙基纤维素;玻璃粉以质量百分比计包括:30%~40%的氧化铋、15%~25%的氧化硅、15%~20%的氧化钙、15%~20%的氧化铝和10%~20%的氧化铜。

球状银粉是银电极浆料的主要成分,烧结后银层光亮度对ltcc电子元件的封装反光起至关重要的作用,而银层致密性又可带来优良的上锡效果。球状银粉在银电极浆料中的含量直接与银电极浆料的导电性能有关,并且细小微粒的接触几率高,导电性能得到改善,所以选取分散性良好,抗氧化性能力强的球状银粉。在其中一个实施例中,球状银粉的比表面积为0.1m2/g~2m2/g。在其中一个实施例中,球状银粉的粒度d50<4μm,粒度d90<7μm。

高分子树脂经过固化,可以使内电极浆料的无机添加剂的微粒之间、无机添加剂与介质层之间形成稳固的结合。在其中一个实施例中,高分子树脂还包括松香树脂,乙基纤维素与松香树脂的质量比为0.5~1.5:0.1~0.5。在其中一个实施例中,乙基纤维素的数均分子量为10000~200000,松香树脂的数均分子量为12500~235000。

有机溶剂选择可以充分溶解高分子树脂的溶剂,使球状银粉在高分子树脂中充分的分散。在其中一个实施例中,有机溶剂的主溶剂为二乙二醇乙醚醋酸酯。当然,在其他实施例中,有机溶剂进一步包括助溶剂异丁醇,从而可以调整银电极浆料的干燥速度,使银电极浆料干燥速度适中,改善基板(在一些实施方式中,可以为陶瓷体的介质层)的表面状态,使银电极浆料与基板有较好的浸润性能。

优选的,有机溶剂中二乙二醇乙醚醋酸酯与异丁醇的质量比为5~10:1~2。上述有机溶剂,在印刷过程中不至于快干,快干很容易使浆料凝结而堵塞网孔,影响批量生产化的进程,在60℃的炉温下,有机溶剂又很容易完成挥发掉,对元件后期的烧结都会带来很大的帮助;有机溶解性好,溶解乙基纤维素形成的有机载体均匀、透明,没有团块。

玻璃粉在银电极浆料中作为粘附剂使用,使烧结后的银电极浆料牢靠地附着在基板上,让银层和基材结合得更加紧密;在烧结时,玻璃粉熔融具有良好的润湿性,烧结后的银电极表面需无玻璃相溢出,并与基材要有足够的附着力。优选的,玻璃粉不含铅、镉等有毒有害物质。在其中一个实施例中,玻璃粉的粒径为0.1~6μm。

在其中一个实施例中,玻璃粉以质量百分比计包括30%~40%的氧化铋、15%~25%的氧化硅、15%~20%的氧化钙、15%~20%的氧化铝和10%~20%的氧化铜。由上述组分形成的玻璃粉具有良好的润湿性,能够提高银电极浆料的附着性能。并且,烧结后的银电极表面无玻璃相溢出,且不含铅、镉等有毒有害物质,安全环保。

优选的,银电极浆料的粘度为100pa.s~300pa.s。该粘度采用brookfield粘度计测试,测试条件为1.0rpm、25℃。

在其中一个实施例中,银电极浆料,按照重量百分比计包括:85%~92%的球状银粉、5%~10%的二乙二醇乙醚醋酸酯、1%~2%的异丁醇、0.5%~1.5%的乙基纤维素、0.1%~0.5%的松香树脂及0.1%~1%的玻璃粉。

上述银电极浆料,通过调整各组分的原料及配比,使得银电极浆料与陶瓷烧结后匹配性较好;玻璃粉包括氧化铋、氧化硅、氧化钙、氧化铝和氧化铜,玻璃粉配比合理,增加了银电极浆料的可耐焊性;经实验测定,上述银电极浆料制备得到的银层亮度较好。

上述银电极浆料的制备方法,包括以下步骤:

步骤s110、提供原料。

原料按照质量百分比计包括:

其中,高分子树脂包括乙基纤维素;玻璃粉以质量百分比计包括:30%~40%的氧化铋、15%~25%的氧化硅、15%~20%的氧化钙、15%~20%的氧化铝和10%~20%的氧化铜。

在其中一个实施例中,高分子树脂还包括松香树脂。

在其中一个实施例中,有机溶剂的主溶剂为二乙二醇乙醚醋酸酯。当然,在其他实施例中,有机溶剂进一步包括助溶剂异丁醇。

步骤s120、制备有机载体。

按配方将一定比例的高分子树脂和有机溶剂在一定温度下(比如80℃)溶解一个半小时后形成均匀透明、具有一定粘度的流体,则为有机载体。有机载体的作用很多,但在银电极浆料中,有机载体只是作为一种中间体:确保将辊轧后的球状银粉完整、均匀的印刷出所需图形时,作用即结束,然后需要将有机载体尽可能的去除,例如:干燥、烧结都是去除有机溶剂和高分子树脂的过程。

具体的,有机载体的制备包括以下步骤:

步骤s121、对高分子树脂进行干燥处理。

在其中一个实施例中,将高分子树脂在60℃烘箱内干燥6小时以上,控制其水的质量百分含量≤0.35%即可使用。

当然,当高分子树脂本身干燥时,该步骤可以省略。

步骤s122、将高分子树脂与至少部分有机溶剂混合后充分溶解得到混合物。

优选的,将高分子树脂加入温度为70℃~90℃的有机溶剂中溶解1小时~2小时得到混合物。进一步的,将盛有有机溶剂的容器放入恒温水浴箱,用分散搅拌机匀速搅拌溶剂,同时加入称好的高分子树脂,加完高分子树脂后,溶解1-2个小时。

优选的,混合物中高分子树脂与有机溶剂的质量比为1~2:5~12。需要说明的是,该步骤中加入的有机溶剂可以为全部的有机溶剂,也可以为部分有机溶剂,只要足够溶解高分子树脂即可。

步骤s123、向混合物中补加溶解过程中挥发的有机溶剂得到有机载体。

在溶解的过程中,有机溶剂会不可避免的挥发,因此检测挥发的有机溶剂的量,进行补加。

步骤s124、对有机载体进行过滤。

优选的,将有机载体通过200目尼龙滤网去除杂质。

步骤s125、对有机载体进行静置冷却。

优选的,静置冷却的时间为8小时以上恢复到常温。

步骤s126、对有机载体进行性能检测。

优选的,性能检测包括粘度及有机固含量检测。有机载体的粘度为35pa.s~55pa.s。该粘度采用brookfield粘度计测试,测试条件为1.0rpm、25℃。

有机载体的有机固含量为7%~13%,有机固含量是指有机载体中高分子树脂部分占总量的质量百分数。

步骤s127、对有机载体进行密封包装。

密封包装可以防止有机溶剂挥发和杂质引入。

当然,需要说明的是,步骤s127可以省略。

步骤s130、将有机载体与其余原料混合均匀得到预混物。

需要说明的是,如果在制备有机载体时,加入了所有的有机溶剂,则该步骤中将有机载体与银粉及玻璃粉混合得到预混物;如果在制备有机载体时,加入部分有机溶剂,则该步骤中将有机载体、剩余部分的有机溶剂与银粉及玻璃粉混合得到预混物。

优选的,采用高速分散机进行混合得到预混物。

步骤s140、将预混物充分研磨得到银电极浆料。

在其中一个实施例中,采用三辊研磨机进行研磨。优选的,研磨遍数至少为5遍。

在其中一个实施例中,将预混物充分研磨至银电极浆料采用刮板细度计测试的细度为:第二刻度≤7.0μm,90%处≤5.0μm。

步骤s150、对银电极浆料进行过滤。

优选的,将银电极浆料通过400目不锈钢滤网去除杂质和银片。

步骤s160、对银电极浆料的粘度及无机固含量进行检测并根据检测的结果补充研磨过程中挥发的有机溶剂。

在其中一个实施例中,银电极浆料的无机固含量为85%~92%,其中,无机固含量是指内电极浆料在酒精喷灯条件下烧后剩余部分占总量的质量百分数。

在其中一个实施例中,银电极浆料的粘度为100pa.s~300pa.s。该粘度采用brookfield粘度计测试,测试条件为1.0rpm、25℃。

上述银电极浆料的制备方法,操作简单且制备得到银电极浆料配比合理且精确。

以下通过具体实施例进一步阐述。

以下实施例中,如未特殊说明,份数均为重量份数,百分比为质量百分比。如未特殊说明,则不包括未提及的除不可避免的杂质以外的其他组分。

以下实施例中使用的原料参数为:

球状银粉比表面积为1.0m2/g,粒度d50=3.5μm,粒度d90=6.5μm。

乙基纤维素的数均分子量为10000~200000。

松香树脂的数均分子量为12500~235000。

实施例1

1、将64%的二乙二醇乙醚醋酸酯、25%的异丁醇、1%的松香树脂及10%的乙基纤维素混合后在80℃下溶解1.5小时,得到混合物,补充挥发的有机溶剂后通过200目尼龙滤网去除杂质,之后静置冷却16小时得到有机载体,有机载体的粘度为50pa.s,有机固含量为11.2%。

2、将12份有机载体、2份有机溶剂(质量比为6:1的二乙二醇乙醚醋酸酯和异丁醇)、1份玻璃粉及85份球状银粉采用高速分散机进行混合0.5小时得到预混物,其中玻璃粉包括30%的氧化铋、15%的氧化硅、15%的氧化钙、20%的氧化铝和20%的氧化铜。

3、采用三辊研磨机对预混物进行研磨,研磨6遍,直至得到的银电极浆料刮板细度计测试的细度为:第二刻度=7.0μm,90%处=5.0μm。

4、将银电极浆料通过400目不锈钢滤网去除杂质和银片。

5、对银电极浆料的粘度及无机固含量进行检测并根据检测的结果补充研磨过程中挥发的有机溶剂。补充有机溶剂后的银电极浆料的无机固含量为85.6%,粘度为177pa.s,有机固含量为2.7%。

其中,无机固含量采用酒精喷灯烧固含量法测定;粘度采用brookfield粘度计测试(cp52转子、1.0rpm、25℃);有机固含量采用烘箱干燥和酒精喷灯烧固含量法测定。

实施例2

1、将70%的二乙二醇乙醚醋酸酯、10%的异丁醇、5%的松香树脂及15%的乙基纤维素混合后在90℃下溶解2小时,得到混合物,补充挥发的有机溶剂后通过200目尼龙滤网去除杂质,之后静置冷却16小时得到有机载体,有机载体的粘度为55pa.s,有机固含量为13%。

2、将10份有机载体、1.9份有机溶剂(质量比为2:1的二乙二醇乙醚醋酸酯和异丁醇)、0.1份玻璃粉及88份球状银粉采用高速分散机进行混合0.5小时得到预混物,其中玻璃粉包括40%的氧化铋、15%的氧化硅、15%的氧化钙、20%的氧化铝和10%的氧化铜。

3、采用三辊研磨机对预混物进行研磨,研磨6遍,直至得到的银电极浆料刮板细度计测试的细度为:第二刻度=7μm,90%处=5μm。

4、将银电极浆料通过400目不锈钢滤网去除杂质和银片。

5、对银电极浆料的粘度及无机固含量进行检测并根据检测的结果补充研磨过程中挥发的有机溶剂。补充有机溶剂后的银电极浆料的无机固含量为88.2%,粘度为254pa.s,有机固含量为3.1%。

其中,无机固含量采用酒精喷灯烧固含量法测定;粘度采用brookfield粘度计测试(cp52转子、1.0rpm、25℃);有机固含量采用烘箱干燥和酒精喷灯烧固含量法测定。

实施例3

1、将65%的二乙二醇乙醚醋酸酯、20%的异丁醇、3%的松香树脂及12%的乙基纤维素混合后在80℃下溶解1.5小时,得到混合物,补充挥发的有机溶剂后通过200目尼龙滤网去除杂质,之后静置冷却16小时得到有机载体,有机载体的粘度为53pa.s,有机固含量为12.4%。

2、将8份有机载体、2.5份有机溶剂(质量比为4:1的二乙二醇乙醚醋酸酯和异丁醇)、0.5份玻璃粉及89份球状银粉采用高速分散机进行混合0.5小时得到预混物,其中玻璃粉包括30%的氧化铋、25%的氧化硅、20%的氧化钙、15%的氧化铝和10%的氧化铜。

3、采用三辊研磨机对预混物进行研磨,研磨6遍,直至得到的银电极浆料刮板细度计测试的细度为:第二刻度=7μm,90%处=5μm。

4、将银电极浆料通过400目不锈钢滤网去除杂质和银片。

5、对银电极浆料的粘度及无机固含量进行检测并根据检测的结果补充研磨过程中挥发的有机溶剂。补充有机溶剂后的银电极浆料的无机固含量为88.9%,粘度为203pa.s,有机固含量为2.9%。

其中,无机固含量采用酒精喷灯烧固含量法测定;粘度采用brookfield粘度计测试(cp52转子、1.0rpm、25℃);有机固含量采用烘箱干燥和酒精喷灯烧固含量法测定。

实施例4

1、将90%的二乙二醇乙醚醋酸酯及10%的乙基纤维素混合后在70℃下溶解1小时,得到混合物,补充挥发的有机溶剂后通过200目尼龙滤网去除杂质,之后静置冷却16小时得到有机载体,有机载体的粘度为44pa.s,有机固含量为10.2%。

2、将8份有机载体、1.2份二乙二醇乙醚醋酸酯、0.8份玻璃粉及90份球状银粉采用高速分散机进行混合0.5小时得到预混物,其中玻璃粉包括33%的氧化铋、16%的氧化硅、18%的氧化钙、18%的氧化铝和15%的氧化铜。

3、采用三辊研磨机对预混物进行研磨,研磨6遍,直至得到的银电极浆料刮板细度计测试的细度为:第二刻度=7μm,90%处=5μm。

4、将银电极浆料通过400目不锈钢滤网去除杂质和银片。

5、对银电极浆料的粘度及无机固含量进行检测并根据检测的结果补充研磨过程中挥发的有机溶剂。补充有机溶剂后的银电极浆料的无机固含量为91.1%,粘度为146pa.s,有机固含量为2.4%。

其中,无机固含量采用酒精喷灯烧固含量法测定;粘度采用brookfield粘度计测试(cp52转子、1.0rpm、25℃);有机固含量采用烘箱干燥和酒精喷灯烧固含量法测定。

实施例5

1、将92%的二乙二醇乙醚醋酸酯及8%的乙基纤维素混合后在70℃下溶解1小时,得到混合物,补充挥发的有机溶剂后通过200目尼龙滤网去除杂质,之后静置冷却16小时得到有机载体,有机载体的粘度为35pa.s,有机固含量为7%。

2、将7.9份有机载体、0.1份玻璃粉及92份球状银粉采用高速分散机进行混合0.5小时得到预混物,其中玻璃粉包括38%的氧化铋、22%的氧化硅、15%的氧化钙、15%的氧化铝、10%的氧化铜。

3、采用三辊研磨机对预混物进行研磨,研磨6遍,直至得到的银电极浆料刮板细度计测试的细度为:第二刻度=7μm,90%处=5μm。

4、将银电极浆料通过400目不锈钢滤网去除杂质和银片。

5、对银电极浆料的粘度及无机固含量进行检测并根据检测的结果补充研磨过程中挥发的有机溶剂。补充有机溶剂后的银电极浆料的无机固含量为92%,粘度为287pa.s,有机固含量为2.1%。

其中,无机固含量采用酒精喷灯烧固含量法测定;粘度采用brookfield粘度计测试(cp52转子、1.0rpm、25℃);有机固含量采用烘箱干燥和酒精喷灯烧固含量法测定。

实施例6

一种银电极浆料,按质量百分含量计,包括如下组分:

球状银粉65%、片状银粉2%、玻璃粉7.8%、有机载体25.2%。

其中,球状银粉的粒经为1.0微米,片状银粉的粒径为10.0微米。

玻璃粉按质量百分比包括如下组分:zno9.22wt%、b2o32.73wt%、sio251.45wt%、bao16.43wt%、k2o6.82wt%、cao5.42wt%、al2o30.87wt%及bi2o37.26wt%。

有机载体包括松油醇和乙酸乙酯的混合溶剂,及溶解于松油醇和乙酸乙酯的混合溶剂中的聚氨酯树脂,松油醇、乙酸乙酯与聚氨酯树脂的质量比为40:40:20。

通过印刷工艺将实施例1~6制备的银电极浆料涂敷于氧化铝基板上,在烧结炉中、于800℃下烧结10min,得到尺寸为100mm×100mm×2mm的样品。对样品进行银层厚度、银层亮度、可耐焊及收缩率进行测试,结果如表1所示。其中,银层厚度采用膜厚测试仪、银层亮度采用反射率测定仪测试。收缩率采用厚薄规测试,收缩率测试通过将样品放置水平光滑平面上,用厚薄规测试产品与平面之间的间隙得到,本产品标准要求此间隙<0.3mm为收缩率合格。可焊性测试采用焊锡炉测试,将样品放置在温度为265±5℃的焊锡炉中2秒取出,测试上锡面积百分比。耐焊性测试采用焊锡炉测试,将样品放置在温度为265±5℃的焊锡炉中9秒取出,测试银层面积破损百分比。

表1

从表1可以看出,按照本发明所提出的物质重量配比配方和制备方法所制备出来的浆料高温烧结后外观、银层厚度、银层亮度、耐焊性和收缩率都达到所需要求。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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