一种无铅电阻浆料及其制造工艺和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种无铅电阻浆料的配方及其制造工艺，该电阻浆料能够用于制造厚 膜电路加热元件，适用于微晶玻璃加热板，是传统电阻丝加热元件的良好替代品；属于电子 材料和复合材料领域。
【背景技术】
[0002] 传统的加热家电产品：如电饭锅、电高压锅、电汤锅、电热水壶、电暖器等大多采用 电阻丝加热，具有价格低廉、制造和组装简单等优点，深得一般消费者的喜爱，长期以来占 据着大量的市场份额。但是，随着市场检验时间的增加，电阻丝加热器的体积大、寿命短、电 热利用效率低等缺点逐步显现，众多新一代产品中正逐步淘汰电阻丝加热的方式，取而代 之的是厚膜电路加热元件。
[0003] 厚膜电路加热元件长期以来因其制作成本高、制造工艺复杂的原因，仅用于较高 端的电子设备的加热元件，如小型的加热片或加热条，较少应用于日用大功率家电加热产 品。随着技术的发展和人们消费水平的提高，厚膜电路的成本有所降低，市场需求也越来越 大，采用厚膜电路制造的加热器件具有体积小巧、外形美观的优点，使用寿命长达20000h， 电热利用效率高达80%以上，相较于普通的电阻丝加热器的50%有了大幅提高。
[0004] 我们知道，厚膜电路加热元件是将电阻浆料印刷于一基板上，通过烘干、烧结等工 艺制得厚膜电阻，再与其他控温、限流等保护设施和外部构件，制造得到加热产品。由此可 见，电阻浆料是厚膜电阻的核心技术，开发一种符合环保要求、适用范围广的电阻浆料是推 进厚膜电阻加热器件规模化发展的关键所在。
【发明内容】
[0005] 为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种无铅电阻浆料及其制造工艺 和应用，该电阻浆料与微晶玻璃板良好匹配，可制成微晶玻璃加热板（盘），是传统电热丝 加热元件的良好替代品。
[0006] 为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
[0007] -种无铅电阻浆料，其特征在于，由以下组分按如下质量比组成：Ag/Pd合金粉 25~60%、无机功能相20~55%、有机载体15~25%及有机添加剂0. 15~1. 0%。
[0008] 其中，前述Ag/Pd合金粉按质量比组成为：金属银粉90~98 %、金属钮粉2~ 10%。通过调节Ag/Pd合金粉中金属Pd的比例可对电阻涂层的温度系数进行微调，确保电 阻涂层的总电阻值不会随着电热器的温度升高而导致阻值大幅度升高，保证加热器稳定工 作时足够的发热功率输出，同时避免加热器启动功率过大，导致电路烧坏。
[0009] 优选地，前述有机载体按质量比组成为：乙基纤维素5~10%、酚醛树脂0. 5~ 4%、DBE45~75%、梓檬酸三丁醋5~15%、丁基卡必醇0~10%、丁基卡必醇醋酸醋5~ 20%，该有机载体的作用在于将粉体材料均匀分散，并赋予其一定的流变特性，便于精确印 刷，使粉体材料在印刷烘干之后更加良好成膜。
[0010] 更优选地，前述有机添加剂是一类带有特殊端基的高分子表面活性剂，包括：丙烯 酸树脂分散剂、高级硫醇、带巯基的长链烷烃或带巯胺基的长链烷烃中的一种或多种。通过 添加0. 15~I. 0 %的有机添加剂，使电阻浆料获得良好的分散性、印刷流平性、触变性，进 而获得良好的印刷外观。
[0011] 具体地，前述无机功能相按质量比组成为：60~90 %复合微晶玻璃粉和10~ 40%助剂，通过改变组分及组分配比即能够调整浆料烧结后的热膨胀系数；其中，所述复合 微晶玻璃粉由：STSBB玻璃粉、BZBSB玻璃粉、BAB玻璃粉、LAS玻璃粉中一种或多种组成；所 述助剂由以下一种或多种物质组成：氧化铝、氧化钨、二氧化锰、氧化钴、氧化铁、氧化镍、氧 化铜、氧化铋、氧化锆、钼酸钡、碳化钨、碳化硅、二氧化硅、钼酸锆、磷钨酸铝、二氧化锡、稀 土氧化物、氧化镧、氧化铈、氧化镨。
[0012] 前述STSBB玻璃粉按质量比组成为：2~10% Sn02、l~5% TiO2UO~40% Si02、 10~50% Bi203、5~30% B2O3及2~5%碱金属氧化物；所述BZBSB玻璃粉按质量比组成 为：20 ~30% B203、10 ~30% Bi203、10 ~20Si02、20 ~55% Zn0、4 ~10% BaO 及 1 ~5% 碱金属氧化物；所述BAB玻璃粉按质量比组成为：25~50% BaO、20~35% B203、25~40% Al2O3U~4Ti02、0~4% P2O5及1~3%碱金属氧化物；所述LAS玻璃粉按质量比组成为： 3. 5 ~10% Li20、20 ~30% Al203、50 ~72% Si02、l ~3%碱金属氧化物、1 ~3%碱土金 属氧化物及〇~4% P2O5。
[0013] 在实际生产过程中，可根据不同类型的微晶玻璃基板，选择不同的玻璃粉和金属 氧化物作为无机功能相，从而获得最佳的性能匹配。比如：对于烧结温度低、热膨胀系数 较高的微晶玻璃（高硼硅玻璃），主要采用STSBB玻璃粉和BZBSB玻璃粉，因为该玻璃粉 熔融温度相对较低、密度高，与氧化锆、氧化钨、二氧化锰、氧化钴这些氧化物配合时，可与 热膨胀系数在3. 0~5. OX 10_6/K的微晶玻璃良好匹配，在500~550°C内烧结获得较好 的附着强度，电阻温度系数在1500ppm/K左右，耐热冲击性良好。而对于烧结温度较高、热 膨胀系数较低的微晶玻璃，主要采用LAS玻璃粉和BAB玻璃粉，该玻璃粉热膨胀系数低、熔 融温区较高，与氧化铋、氧化锆、氧化钨、二氧化锰、氧化钴配合，可与热膨胀系数在-0. 5~ I. 5X 10_6/K的微晶玻璃匹配，在700~850°C烧结获得良好的附着强度，电阻温度系数在 1500ppm/K左右，耐热冲击性良好。
[0014] 本发明还公开了前述的无铅电阻浆料的制造工艺，其特征在于，包括如下步骤：
[0015] S1、将组成各类玻璃粉的原料准确称量后混合均匀，盛放于刚玉坩埚内，采用电阻 炉在1350~1450°C下熔炼，恒温2h后，水淬、烘干、球磨后得到玻璃粉，备用；
[0016] S2、将无机功能相的复合微晶玻璃粉和金属氧化物准确称量后混合均匀，装入氧 化错球磨罐，采用φ 10的磨球行星球磨2h，球料比为2:1，转速500r/min，采用酒精为球磨 工艺助剂，球磨完毕后，将所得混合物粉体过250目筛，得到无机功能相，备用；
[0017] S3、将有机载体各组分准确称量后置于玻璃烧瓶中，恒温水浴90°C，搅拌2h，趁热 过滤，得到有机载体，备用；
[0018] S4、按配方质量比准确称量Ag/Pd合金粉、无机功能相、有机载体及有机添加剂， 先将有机载体和有机添加剂加入反应釜中，然后加入无机功能相，搅拌30min后再加入Ag/ Pd合金粉，继续搅拌30min，得到粘稠态流体；
[0019] S5、将步骤S4得到的粘稠态流体采用三辊研磨机进行研磨分散，分散次数为6~ 8次，得到细度在12 μ m以下的成品电阻浆料。
[0020] 得到的该电阻浆料正是可用于印刷发热电路图形的无铅电阻浆料，印刷于微晶玻 璃板上即