复合材料基厚膜电路稀土电阻浆料及其制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种复合材料基厚膜电路稀土电阻浆料及其制备方法，其特征在于，它包括微晶玻璃粉、微细铝粉、无机粘接相有机溶剂载体和稀土氧化物组成，微晶玻璃粉、微细铝粉、稀土氧化物的重量之和与无机粘接相有机溶剂载体的重量比为50-75％：50-25％，其中微细铝粉与微晶玻璃粉的重量比为：80-55％：20-45％。本发明具有以下优点：温度系数宽、相容性好、适用性广，高功率密度，耐热力强，与LED芯片基板、PTCR-xthm电热芯片介质浆料匹配良好、热导率高、绿色环保、安全可靠。
【专利说明】复合材料基厚膜电路稀土电阻浆料及其制备工艺
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电热材料【技术领域】，更具体的是涉及一种复合材料基厚膜电路稀土电 阻浆料及其制备工艺。
【背景技术】
[0002] 国际上，目前所用电阻浆料多为通用型，配套应用于微电子领域，集成电路行业， 制作电阻器等元器件。专业用于LED产业、PTCR-Xthm芯片领域大功率厚膜电路用系列稀 土电阻浆料几乎没有，仅有的也多为替代品，还存在着品种单一、性能差、成本高、质量不稳 定等问题。介质浆料、电阻浆料、导电浆料尤其是电阻浆料由于技术成本、产品质量、品种少 应用范围窄等问题，发展缓慢。介质浆料制备效率低、电性能、湿润性差，电阻浆料品种单一 稳定性欠佳、成本高居不下，电极浆料易氧化、高温下银离子易迁移，附着力不牢等。加之无 知识产权致使该技术推广应用发展缓慢。大功率、高密度、宽温度系数的专用电子浆料发展 更加缓慢，但前景极佳。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的就是为了解决现有技术之不足而提供的一种大温度系数、相容性 好、适用性广，高功率密度，耐热力强，与大功率LED芯片基板、PTCR-xthm电热芯片介质浆 料匹配良好、热导率高、绿色环保、安全可靠的复合材料基厚膜电路稀土电阻浆料。
[0004] 本发明的另一目的是提供一种复合材料基厚膜电路稀土电阻浆料的制备工艺。
[0005] 本发明是采用如下技术解决方案来实现上述目的：一种复合材料基厚膜电路稀土 电阻浆料，其特征在于，它包括微晶玻璃粉、微细铝粉、无机粘接相有机溶剂载体和稀土氧 化物组成，微晶玻璃粉、微细铝粉、稀土氧化物的重量之和与无机粘接相有机溶剂载体的重 量比为50-75% :50-25%，其中微细铝粉与微晶玻璃粉的重量比为：80-55% :20-45%。
[0006] 作为上述方案的进一步说明，所述微晶玻璃粉为P2〇5、ZnO、K20、B203、Sn02系低熔 点微晶玻璃，重量比依次为：P2〇535-55 %、Zn035-50 %、K205-10 %、B2030-10 %、Sn020-10 %、 Si020-5%、Li200-2%、Al2032-5%、Cu00-1.5% ;微晶玻璃粉粒度为：3nm;微细铝粉粒度为： 3_5nm〇
[0007] 所述无机粘接相有机溶剂载体按重量比算包括：松油醇75-98%，柠檬酸三丁酯 0-15 %，乙基纤维素0. 5-5 %，硝基纤维素0-2 %，氢化蓖麻油0. 1-5 %，卵磷脂0. 1-5 %。
[0008] 所述稀土氧化物为：镧、铈、钕、钷、钆、铒、钪和钇中的一种或几种，根据不同介质、 不同功率、不同温度系数、不同方阻的厚膜电路LED芯片、PTCR-xthm电热芯片对导电性能、 光性能、热性能、化学性能、机械性能及远红外功能的要求，按照试验数理模式添加不同种 类、不同份额的稀土氧化物，来增添或取代上述微晶玻璃粉的一项或多项。
[0009] -种复合材料基厚膜电路稀土电阻浆料的制备方法，其特征在于，它包括如下步 骤：
[0010] 1)微细铝粉的制备
[0011] 将选择好的金属铝熔融，置于全封闭的高速盘式雾化器中，熔融金属过热至250 摄氏度，在惰性气体保护下，急速冷却，速率为105-107K/S，雾化制粉，雾化的铝粉从容器 上部输送至旋风分离器，一次分离后送往带过滤网的喷淋塔进行气固分离，干燥后得到平 均粒度为3-5ym的微细铝粉；经检测复核满足设计质量要求，也可外购微细铝粉；
[0012] 2)微晶玻璃粉的制备
[0013] 将配比好的微晶玻璃粉体在三维混料机中混合均匀后装入白金坩埚，置于钟罩熔 炉熔炼，熔炼温度为：900?1350°C，保温1?3小时后，快速将玻璃熔液离子冷水中水淬， 得到微渣，将玻璃微渣装入玛瑙球桶置于高效行星型球磨机中研磨2-4小时得到平均粒度 不大于3ym的玻璃微粉；
[0014] 3)无机粘接相有机溶剂载体的制备
[0015] 有机溶剂载体的配置是将有机溶剂载体中主溶剂、增稠剂、表面活性剂、触变剂、 胶凝剂按一定比例在80-KKTC的水中溶解数小时，调整增稠剂含量，将有机溶剂载体的粘 度调整在150-280mPas的范围内；
[0016] 4)稀土电阻浆料的制备
[0017] 将配比好的微晶玻璃粉、微细铝粉、无机粘接相、有机载体和稀土氧化物经热浴， 高效混合研磨机研磨，经轧制得到稀土电阻浆料；
[0018] 具体工艺规程是，将固相粉体、有机载体溶剂混合后热浴至少两小时、置于高效真 空混合研磨机研磨、经三棍轧机（优选陶瓷辊）轧制，获得稀土电阻浆料，用粘度计测试浆 料粘度，粘度值为：150?200PaS/RPM。调整功能项成分、含量及制备方法，按技术参数与设 计数据，可调制多种方阻数值及性能。稀土电阻浆料能和多种导电浆料、介质浆料相匹配融 合。
[0019] 本发明稀土系列电阻浆料不仅可用于大功率LED厚膜电路制备，技术参数经设计 调整，还适用于制备电热领域PTCR-xthm电热芯片。
[0020] 本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：
[0021] 1、本发明通过对国内外厚膜电路用电子浆料物理、化学性能及工艺性能研究分 析，在电阻浆料中参杂稀土镧（La)和钇（Y)等多种稀土元素，效果证明电阻浆料功能相、粘 接相中由于稀土元素的加入，浆料的电性能、湿润性、相溶性、分子间键结合强度及工艺性 都有很大提
[0022] 2、通过对P205、ZnO、K20、B203、Sn02系低熔点微晶玻璃膨涨系数、玻璃化温度、玻璃 软化温度及形核长大的动力学分析，确定稀土氧化物在微晶玻璃中的配方比及制备工艺， 使之微晶铝粉构成的电阻轨迹层的膨胀系数和复合陶瓷基板匹配，并结合牢靠。有效提高 电阻浆料的性能。
[0023] 3、采用稀土氧化钇（Y203)和"超级钙"镧（La)等混合添加剂，可以降低烧结温度， 促进烧结，改进工艺，提高效率，节省能源；钇能够增强多种基板的抗氧化性和延展性，提高 结合强度，在微晶铝粉中加入少量富钇稀土，提高合金导电率，满足厚膜电路低方阻要求。
[0024] 4、稀土氧化物掺杂可以极大地改变微晶玻璃材料及功能相的烧结性能、微观结 构、致密度、相组成及物理和机械性能，从而提高稀土厚膜电路的介质强度、电器性能、工艺 性能及电子浆料的湿润性、兼容性和分子健结合强度，改善工艺，显著提高产品优良率。
[0025] 5、本发明稀土厚膜电路稀土电阻浆料印刷性能、烧结性能优良，与介质浆料、导体 浆料有优良的湿润性和相溶性。
[0026] 6、基于对稀土浆料中各有机溶剂机理的深刻认识，将不同沸点及挥发速度的主溶 剂按比例合理配制使浆料在印刷、烘干、烧结等制备过程中均匀挥发并排出，避免溶剂集中 挥发形成开裂、针孔等缺陷，有效提高成品合格率。
[0027] 7、在有机溶剂配方中选用氢化篦麻油等优良溶剂作触变剂以形成良好的胶体结 构，使浆料具有良好的触变性和防沉效果。
【具体实施方式】
[0028] 本发明一种复合材料基厚膜电路稀土电阻浆料，其特征在于，它包括微晶玻璃粉、 微细铝粉、无机粘接相有机溶剂载体和稀土氧化物组成，微晶玻璃粉、微细铝粉、稀土氧化 物的重量之和与无机粘接相有机溶剂载体的重量比为50-75% :50-25 %，其中微细铝粉与 微晶玻璃粉的重量比为：80_55% :20-45%。微晶玻璃粉为P205、Zn0、K20、B203、Sn02系低熔 点微晶玻璃，重量比依次为：P2〇535-55 %、Zn035-50 %、K205-10 %、B2030-10 %、Sn020-10 %、 Si020-5%、Li200-2%、Al2032-5%、Cu00-1.5% ;微晶玻璃粉粒度为：3nm;微细铝粉粒度为： 3-5nm。无机粘接相有机溶剂载体按重量比算包括：松油醇75-98%，柠檬酸三丁酯0-15%， 乙基纤维素〇. 5-5 %，硝基纤维素0-2 %，氢化蓖麻油0. 1-5 %，卵磷脂0. 1-5 %。稀土氧化 物为：镧、铈、钕、钷、钆、铒、钪和钇中的一种或几种，根据不同介质、不同功率、不同温度系 数、不同方阻的厚膜电路LED芯片、PTCR-xthm电热芯片对导电性能、光性能、热性能、化学 性能、机械性能及远红外功能的要求，按照试验数理模式添加不同种类、不同份额的稀土氧 化物，来增添或取代上述微晶玻璃粉的一项或多项。
[0029] -种复合材料基厚膜电路稀土电阻浆料的制备方法，它包括如下步骤：
[0030] 1)微细铝粉的制备
[0031] 将选择好的金属铝熔融，置于全封闭的高速盘式雾化器中，熔融金属过热至250 摄氏度，在惰性气体保护下，急速冷却，速率为105-107K/S，雾化制粉，雾化的铝粉从容器 上部输送至旋风分离器，一次分离后送往带过滤网的喷淋塔进行气固分离，干燥后得到平 均粒度为3-5ym的微细铝粉；经检测复核满足设计质量要求，也可外购微细铝粉；
[0032] 2)微晶玻璃粉的制备
[0033] 将配比好的微晶玻璃粉体在三维混料机中混合均匀后装入白金坩埚，置于钟罩熔 炉熔炼，熔炼温度为：900?1350°C，保温1?3小时后，快速将玻璃熔液离子冷水中水淬， 得到微渣，将玻璃微渣装入玛瑙球桶置于高效行星型球磨机中研磨2-4小时得到平均粒度 不大于3ym的玻璃微粉；
[0034] 3)无机粘接相有机溶剂载体的制备
[0035] 有机溶剂载体的配置是将有机溶剂载体中主溶剂、增稠剂、表面活性剂、触变剂、 胶凝剂按一定比例在80-100°C的水中溶解数小时，调整增稠剂含量，将有机溶剂载体的粘 度调整在150-280mPas的范围内；
[0036] 4)稀土电阻浆料的制备
[0037] 将配比好的微晶玻璃粉、微细铝粉、无机粘接相、有机载体和稀土氧化物经热浴， 高效混合研磨机研磨，经轧制得到稀土电阻浆料；
[0038] 具体工艺规程是，将固相粉体、有机载体溶剂混合后热浴至少两小时、置于高效真 空混合研磨机研磨、经三棍轧机（优选陶瓷辊）轧制，获得稀土电阻浆料，用粘度计测试浆 料粘度，粘度值为：150?200PaS/RPM。调整功能项成分、含量及制备方法，按技术参数与设 计数据，可调制多种方阻数值及性能。
[0039] 以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的详述，以下实施例的配方 成分均是按重量百分比算。
[0040] 实施例一
[0041] 本发明是以Re-alsic稀土-铝碳化硅（复合陶瓷）基大功率LED稀土厚膜电路 系列电阻楽料制备技术为例。
[0042] 1?微晶玻璃配方：Si0226%、Ai20318%、Ca019%、Bi20318%、B2038%、La203l-5%、 Ti024%,Zr022% ；
[0043] 2.微晶玻璃制备工艺：1350°C保温150分钟；
[0044] 3.铝粉制备造粒：振动球磨机球磨一星型球磨机一粉体粒度术3m;
[0045] 4.稀土电阻浆料成份配方：镧、钇粉粒径术2m;
[0046] 5.有机溶剂配方溶解工艺：松油醇72%、柠檬酸三丁酯9%、乙基纤维素6%、硝基 纤维素6%、氢化篦麻油4%、卵磷脂3%，各组分按配比混合后在80-90°C水温中水浴180 分钟；
[0047] 6.综合调浆工艺：该浆料由功能相和有机载体组成，重量比为：78 : 22;置于三 维混料机中搅拌分散后进行三棍轧制。
[0048] 稀土电阻浆料性能参数：
[0049] ①电性能：
【权利要求】
1. 一种复合材料基厚膜电路稀土电阻浆料，其特征在于，它包括微晶玻璃粉、微细铝 粉、无机粘接相有机溶剂载体和稀土氧化物组成，微晶玻璃粉、微细铝粉、稀土氧化物的重 量之和与无机粘接相有机溶剂载体的重量比为50-75% :50-25%,其中微细铝粉与微晶玻 璃粉的重量比为：80-55% :20-45%。
2. 根据权利要求1所述的复合材料基厚膜电路稀土电阻浆料，其特征在于，所述微 晶玻璃粉为P2〇5、ZnO、K 20、B203、SnO2系低熔点微晶玻璃，重量比依次为：P 20535-55 %、 Zn035-50 %、K205-10 %、B2O3O-IO %、SnO2O-IO %、Si020-5 %、Li200-2 %、Al2032-5 %、 CuOO-L 5% ;微晶玻璃粉粒度为：3nm ;微细铝粉粒度为：3-5nm。
3. 根据权利要求1所述的复合材料基厚膜电路稀土电阻浆料，其特征在于，所述无机 粘接相有机溶剂载体按重量比算包括：松油醇75-98%，柠檬酸三丁酯0-15%，乙基纤维素 0. 5-5 %，硝基纤维素0-2 %，氢化蓖麻油0. 1-5 %，卵磷脂0. 1-5 %。
4. 根据权利要求1所述的复合材料基厚膜电路稀土电阻浆料，其特征在于，所述稀土 氧化物为：镧、铈、钕、钷、钆、铒、钪和钇中的一种或几种，增添或取代微晶玻璃粉的一项或 多项。
5. -种如权利要求1-4任意一项所述的复合材料基厚膜电路稀土电阻浆料的制备方 法，其特征在于，它包括如下步骤： 1) 微细铝粉的制备 将选择好的金属铝熔融，置于全封闭的高速盘式雾化器中，熔融金属过热至250摄氏 度，在惰性气体保护下，急速冷却，速率为105-107K/S，雾化制粉，雾化的铝粉从容器上部 输送至旋风分离器，一次分离后送往带过滤网的喷淋塔进行气固分离，干燥后得到平均粒 度为3-5 μ m的微细铝粉；经检测复核满足设计质量要求，也可外购微细铝粉； 2) 微晶玻璃粉的制备 将配比好的微晶玻璃粉体在三维混料机中混合均匀后装入白金坩埚，置于钟罩熔炉熔 炼，熔炼温度为：900?1350°C，保温1?3小时后，快速将玻璃熔液离子冷水中水淬，得到 微渣，将玻璃微渣装入玛瑙球桶置于高效行星型球磨机中研磨2-4小时得到平均粒度不大 于3 μ m的玻璃微粉； 3) 无机粘接相有机溶剂载体的制备 有机溶剂载体的配置是将有机溶剂载体中主溶剂、增稠剂、表面活性剂、触变剂、胶凝 剂按一定比例在80-KKTC的水中溶解数小时，调整增稠剂含量，将有机溶剂载体的粘度调 整在150-280mPas的范围内； 4) 稀土电阻浆料的制备 将配比好的微晶玻璃粉、微细铝粉、无机粘接相、有机载体和稀土氧化物经热浴，高效 混合研磨机研磨，经轧制得到稀土电阻浆料；具体工艺规程是，将固相粉体、有机载体溶剂 混合后热浴至少两小时、置于高效真空混合研磨机研磨、经三棍轧机轧制，获得稀土电阻浆 料，用粘度计测试浆料粘度，粘度值为：150?200PaS/RPM。
【文档编号】H05B3/14GK104320866SQ201410484169
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2014年9月19日
【发明者】王晨, 王克政 申请人:王晨, 王克政