专利名称：水基流延浆料、水基流延湿法制备多层片式元器件方法
技术领域：
本发明属于片式陶瓷电子器技术领域，特别涉及一种水基流延浆料以及水基流延湿法制备多层片式元器件方法。
背景技术：
随着电子设备的小型化、轻量化、高性能化和表面组装技术的发展，片式电子元件的高密度表面组装得到迅速发展。尤其是移动通讯、音像技术、笔记本计算机和大屏幕彩电的快速发展，对电子元件形成巨大需求。目前，电阻和电容的片式化率达到86%和84%，电感片式化率达到52%。小型化、高频化、系列化、集成化正成为国际片式元件的主要发展方向。片式元件尺寸由1206、向0603、0402甚至0201发展，0201已经接近于尺寸极限。在片式电子器的生产工艺中，流延浆料以及流延成型是主要的工艺技术，它适应了高密度、小型化发展的需要，成为目前制备电子器的主流方向。目前，片式电子器制备工艺有叠片通孔法(半干法)和交叠印刷法(湿法)。叠片通孔法是把流延工艺制成的膜片在设定位置用机械或激光方法打通孔，然后在通孔内填满电极浆料，将干膜片精确定位，叠层加压形成一个整体。交叠印刷工艺是多层印刷技术和薄膜叠层生产工艺，将介质浆料和导电浆料交替印刷。无论是干法还是湿法工艺，首先都要求制备出流延成型的浆料，并且流延制备的膜片为30 u m,膜片要没有针孔，否则容易造成内电极短路。而目前流延的技术普遍采用有机系统流延技术。有机系统采用异丁醇和醋酸正丙酯作为溶剂，加入非离子型分散剂聚乙二醇辛基丙基醚，球磨24小时。加入粘结剂聚乙烯醇缩丁醛和增塑剂邻苯二甲酸二辛酯，球磨12小时。异丁醇起着消泡和溶剂的作用，醋酸正丙酯起着溶剂的作用，两种溶剂质量之比为共沸点的组份，这样在干燥时不会导致溶剂先后挥发形成气孔。该有机系统虽具有分散剂、粘结剂选择范围广、浆料粘度低、溶剂挥发快、干燥时间短、所得生坯结构均匀、表面平整等优点，但是由于采用了大量具有一定毒性的有机溶剂，对人体健康和自然环境带来危害，环境污染严重，而且设备不易清洗，导致生 产成本和设备维护成本高。因此，开发出一种安全、无毒、环保和成本低的流延技术具有十分重要的意义。为了克服上述有机系统流延技术中存在的不足，目前，也出现了水基流延技术。但是，现有的水基流延技术中采用的可溶于水的分散剂和粘结剂不恰当，同时水基流延技术是采用水作为溶剂，由于水溶剂的表面张力大，导致对粉体的浸润性差，容易产生大量气泡，除气泡困难，以及排胶过程中坯体容易开裂等问题的出现，使得制备的膜片效果差，不能很好的满足当前对片式电子元件的巨大需求。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种水基流延浆料，浆料粘度低、干燥时间短、安全无毒，用该浆料制备的陶瓷基体结构均匀，表面平整。
以及，一种水基流延湿法制备多层片式元器件方法，该方法工艺简单、安全无毒、经济环保，且制备的多层片式元器件电极圈数多、电感量和良品率高。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是一种水基流延浆料，以所述水基流延浆料总重量为100%计，包括如下重量百分比的组分
陶瓷粉体 40.0 ~ 50.0 %
聚乙烯醇 5.0 ~ 10.0%
聚丙烯酸铵 0.2 ~ 1.2%
聚乙二醇 0.4 ~ 2.4%
消泡剂0.1 ~ 0.5%
水30 ~ 48%。以及，一种水基流延湿法制备多层片式元器件方法，包括如下步骤将陶瓷粉体、粘结剂、增塑剂、分散剂、消泡剂和水混合并球磨，消泡，得到水基流延浆料；其中，以所述水基流延浆料总重量为100%计，陶瓷粉体的重量百分比为40. 0 50.0%、聚乙烯醇的重量百分比为5.0 10.0%、聚丙烯酸铵的重量百分比为0.2
I.2%、聚乙二醇的重量百分比为0. 4 2. 4%、消泡剂的重量百分比为0. I 0. 5%、水的重量百分比为30 40% ；将所述水基流延浆料流延，干燥，剥离，制得陶瓷基体；在所述陶瓷基体上进行湿法印刷成型，干燥，层压，切割，排胶，得到多层片式元器件的生还片；将所述生坯片依次进行烧结，倒角，封端，烧银，电镀，测试，得到所述多层片式元器件。上述水基流延浆料通过各组分的共同作用，使得水基流延浆料的粘度适中、安全无毒、成本低，流延时干燥时间短、用该浆料流延制备的陶瓷基体结构均匀，表面平整。其中，聚乙烯醇使得水基流延浆料的粘度适中，并有效的缩短了浆料流延时干燥时间；聚乙二醇能有效的增强陶瓷基体的柔韧性；聚丙烯酸铵能有效提高陶瓷基体的结构均匀性能；采用水作为溶剂，使得该水基流延浆料安全无毒、环保。上述水基流延湿法制备多层片式元器件方法由于采用上述水基流延浆料，使得该方法工艺简单、安全无毒，经济环保。聚乙烯醇与现有的有机系统流延浆料中的有机粘结剂聚乙烯醇缩丁醛的热分解温度相近，可以采用有机系统的排胶曲线和烧结温度曲线，同时，该聚乙烯醇溶解性能好，减少了球磨时间，降低了能耗。另外，陶瓷基体与内电极浆料和点浆有很好的兼容，使得制备的多层片式元器件结构牢固，厚度可达20 u m,且多层片式元器件电感量高和良品率高达90%以上，生产成本降低75%以上。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中图I为本发明水基流延湿法制备多层片式元器件方法制备工艺流程图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明实施例提供一种水基流延浆料，以所述水基流延浆料总重量为100%计，包括如下重量百分比的组分
陶瓷粉体 40.0 ~ 50.0 %
聚乙烯醇 5.0 ~ 10.0 %
聚丙烯酸铵 0.2 ~ 1.2%
聚乙二醇 0.4 ~ 2.4 %
消泡剂0.1 ~ 0.5%
水30 ~ 48%。上述水基流延浆料通过各组分的共同作用，使得水基流延浆料的粘度适中、安全无毒、成本低，流延时干燥时间短、用该浆料流延制备的陶瓷基体结构均匀，表面平整。其中，聚乙烯醇使得水基流延浆料的粘度适中，并有效的缩短了浆料流延时干燥时间；聚乙二醇能有效的增强陶瓷基体的柔韧性；聚丙烯酸铵能有效提高陶瓷基体的结构均匀性能；采用水作为溶剂，使得该水基流延浆料安全无毒、环保。具体地，上述陶瓷粉体优选为Ni-Zn铁氧粉体、ZnO粉体、钛酸钡粉体中的至少一种。上述消泡剂优选为亲水性消泡剂，如GPE型消泡剂、高碳醇等。该亲水性消泡剂能更好的与水基流延浆料结合，起到消泡的作用。该消泡剂含量优选为消泡剂0. I 0. 3%，进一步优选为0. I %。该优选含量的消泡剂能更好的较少气泡的产生量，使得流延获得的薄膜更加平整、光滑。进一步地，上述水基流延浆料中包括2. 0 15. Owt %的乙二醇丁醚和/或2. 0 9. 0wt%丙烯酸树脂。该乙二醇丁醚与水可以有效的形成共沸组份，且水含量占共沸组份总重量百分比的78%，可以设计成所需的共沸组份，进一步实现浆料干燥时的共挥发，缩短了流延时干燥时间。另外，乙二醇丁醚作为助溶剂，进一步促进了聚乙烯醇的溶解性能。丙烯酸树脂与其他组分协同作用，进一步提高了水基流延浆料在干燥时的触变性、附着力和使带材保持一定的热塑性，有利于压合。优选地，上述水基流延浆料总重量为100%计，包括如下重量百分比的组分陶瓷粉体42.0-45.0%
聚乙烯醇7.0 ~ 9.0%
聚丙烯酸铵0.2 ~ 0.6%
聚乙二醇0.6-1.0% 乙二醇丁醚9.3 ~ 11.3%
丙烯酸树脂1.0 ~ 3.0%
消泡剂0.1-0.3%
水30 ~ 40%。进一步优选地，作为本发明的一实施例，上述水基流延浆料包括如下重量百分比的组分
陶瓷粉体42.0%
聚乙烯醇8.0%
聚丙烯酸铵0.6%
聚乙二醇0.8%
乙二醇丁醚11.3%
丙烯酸树脂2.5%
消泡剂0.1%
水余量。上述优选配方组分水基流延浆料流延制备的薄带没有针眼、没有孔洞，具有一定强度、柔韧性和附着力。具体性能参数参见下述表I至表3。本发明实施例还提供了一种水基流延湿法制备多层片式元器件方法，如图I所示，该方法包括如下步骤SI :将陶瓷粉体、粘结剂、增塑剂、分散剂、消泡剂和水混合并球磨，消泡，得到水基流延浆料；其中，以所述水基流延浆料总重量为100%计，陶瓷粉体为40 50%、聚乙烯醇为4. 0 9. 0%、聚丙烯酸铵为0. 2 I. 2%、聚乙二醇为0. 4 2. 4%、消泡剂为0. I 0. 5%、水为 30 40% ；S2 :将水基流延浆料流延，干燥，剥离，制得陶瓷基体；S3 :在陶瓷基体上进行湿法印刷成型，干燥，层压，切割，排胶，得到多层片式元器件的生还片；S4 :将生坯片依次进行烧结，倒角，封端，烧银，电镀，测试，得到所述多层片式元器件。具体地，上述水基流延湿法制备多层片式元器件方法的步骤SI中，该混合并球磨的步骤优选为先将水、聚丙烯酸铵和陶瓷粉体混合并球磨，同时将PH值调节至9 10，然后加入聚乙烯醇、聚乙二醇和消泡剂再次进行球磨。上述水、聚丙烯酸铵和陶瓷粉体混合并在球磨过程中，聚丙烯酸铵分子带电并包覆在陶瓷粉体颗粒的表面，由于空间位阻和静电排斥作用使陶瓷粉体颗粒保持悬浮稳定。加入聚乙烯醇、聚乙二醇后再次球磨，使得各组分在该浆料中均匀分布。其中，调节浆料的PH值优选采用氨水。由于该浆料中的分组均是水溶性的，因此球磨时间优选12小时。而现有的有机系统使用聚乙烯醇缩丁醛作为粘结剂需要球磨24h才能溶解于有机溶剂，与现有的有机系统相比，本水基流延浆料球磨时间明显缩短，节约了能耗。在步骤SI中的球磨过程中，会产生气泡，气泡的存在会对陶瓷基体以及对步骤S2的湿法印刷成型中的流延薄带产生不利影响，使得其表面部平整或产生真孔，因此，需要进 行消泡，消泡的方法优选采用抽真空搅拌消泡。为了进一步提高消泡效果，可以在该水基流延浆料中适量的添加消泡剂。进一步地，上述水基流延湿法制备多层片式元器件方法的步骤SI中，还可添加重量百分比的2. 0 15. 0%的乙二醇丁醚和/或2. 0 9. 0%丙烯酸树脂。优选地，作为本发明的一实施例，水基流延浆料包括如下重量百分比的组分
陶瓷粉体 42.0-45.0%
聚乙烯醇 7.0 ~ 9.0%
聚丙烯酸铵 0.2 ~ 0.6%
聚乙二醇 0.6-1.0%
乙二醇丁醚 9.3 ~ 11.3%
丙烯酸树脂 1.0 ~ 3.0%
消泡剂0.1-0.3%
水30 ~ 40%。优选地，作为本发明的另一实施例，水基流延浆料包括如下重量百分比的组分陶瓷粉体42%
聚乙烯醇8.0%
聚丙烯酸铵 0.6%
聚乙二醇0.8%
乙二醇丁醚 11.3%
丙烯酸树脂 2.5%
消泡剂0.1%
水34.8%。上述乙二醇丁醚和/或丙烯酸树脂组分所起的作用、效果，以及上述水基流延浆料优选配方组分及其所起的效果在上文中以作相关阐述。具体地，上述水基流延湿法制备多层片式元器件方法的步骤S2中，流延是采用多层片式元器件成型工艺中的湿法流延制膜工艺，将浆料放置在干式流延机上流延陶瓷基体，也即是流延下盖。该流延制备的膜片优选在70 80°C的温度下干燥，更优选为80°C。剥离的工艺采用现有的剥离工艺即可。上述水基流延湿法制备多层片式元器件方法的步骤S3中，湿法印刷成型是指在上述步骤S2中制备的陶瓷基体上依次进行印刷一层下引线、流延薄带、印刷点电极、流延薄带、印刷内电极、流延薄带、再次印刷点电极，再印刷与前一层内电极错位的内电极，如此交互印刷直到达到设计的层数，最后依次印刷一层上引线和流延上盖。该湿法印刷成型中流延薄带的材质与陶瓷基体的材质一致，均是采用上述的水基流延浆料。这样，制备的生坯片的致密结构，在排胶与烧结过程中不会产生排斥、分层及开裂现象。排胶是指设置一条合适的排胶升温曲线，及严格控制排胶箱的进风和抽风速率，将上述湿法印刷成型时少量残余溶剂等其他残余物缓慢排除。该排胶的温度优选为450 550°C，更优选为550°C。
步骤S3中的干燥，层压，切割工艺均可采用现有的工艺。上述水基流延湿法制备多层片式元器件方法的步骤S4中，烧结是指将步骤S3中制备的生坯片在电炉中优选在850 950°C下烧成。该烧结的温度进一步优选为950°C。该生坯片通过烧结使坯体致密，晶粒均匀成长，最终使芯片形成具有一定电感量、Q值的完美的独石结构，在烧成过程中，严格控制烧结炉温的波动和保持烧结气氛的均匀一致，使产品每一批及批与批之间的电磁性能差异尽量减少。步骤S4中的倒角，封端，烧银，电镀，测试工艺均可采用现有的工艺。上述水基流延湿法制备多层片式元器件方法由于采用上述水基流延浆料，使得该方法工艺简单、安全无毒，经济环保。聚乙烯醇与现有的有机系统流延浆料中的有机粘结剂聚乙烯醇缩丁醛的热分解温度相近，可以采用有机系统的排胶曲线和烧结温度曲线，同时，该聚乙烯醇溶解性能好，减少了球磨时间，降低了能耗。另外，陶瓷基体与内电极浆料和点浆有很好的兼容，使得制备的多层片式元器件结构牢固，厚度可达20 U m,且多层片式元器件电感量高和良品率高达90%以上，生产成本降低75%以上。上述多层片式元器件可以是多层片式电感器和/或磁珠等多层片式元器件。只要是利用本发明实施例水基流延浆料和按照水基流延湿法制备多层片式元器件方法生产的元器件，均属于本发明的保护范围之内。以下通过多个实施例来举例说明水基流延浆料以及水基流延湿法制备多层片式元器件方法，以及制备的多层片式电感性能等方面。实施例I水基流延浆料以及水基流延湿法制备多层片式电感器方法(I)将水基流延浆料的配方称取陶瓷粉体、聚乙烯醇、聚丙烯酸铵、聚乙二醇、乙二醇丁醚、丙烯酸树脂、消泡剂和水组分，先将水与聚丙烯酸铵和陶瓷粉体混合并球磨12小时，同时将PH值调节至9. 5，然后加入聚乙烯醇、聚乙二醇、消泡剂再次进行球磨24小时， 制的水基流延浆料；水基流延浆料的配方为以所述水基流延浆料总重量为100%计，陶瓷粉体的重量百分比为50. 0%、聚乙烯醇的重量百分比为9%、聚丙烯酸铵的重量百分比为
2%、聚乙二醇的重量百分比为I %、助溶剂乙二醇丁醚9. 3 %、丙烯酸树脂3 %、消泡剂的重量百分比为0. 1%,余量为水；(2)将水基流延浆料流延，干燥，剥离，制得陶瓷基体；其中，干燥的温度为80°C，(3)在陶瓷基体上依次进行印刷一层下引线、流延薄带、印刷点电极、流延薄带、印刷内电极、流延薄带、再次印刷点电极，再印刷与前一层内电极错位的内电极，如此交互印刷直到达到设计的层数，接着进行湿法印刷成型，干燥，层压，切割，排胶，得到电感器的生坯片；其中，排胶的温度为550°C ；(4)将所述生坯片依次进行烧结，倒角，封端，烧银，电镀，测试，得到所述多层片式电感器，其中，烧结的温度为950°C。利用本实施例中水基流延浆料配方获得的水基流延浆料流延制备的薄带，其性能如表I所示。对比实例I至4参照实施例I中水基流延浆料的配方分别配制对比实例I至4的水基流延浆料，其中，对比实例I至4的水基流延浆料与实施例I中水基流延浆料的不同之处在于对比实例I至4的水基流延浆料中分别用乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇替代实施例I中的乙二醇丁醚组分。将对比实例I至4配制的水基流延浆料与实施例I配制的水基流延浆料分别进行流延制得薄带，该薄带性能分别如下述表I。表I
权利要求
1.一种水基流延浆料，以所述水基流延浆料总重量为100%计，包括如下重量百分比的组分 陶瓷粉体40.0 ~ 50.0 % 聚乙烯醇5.0 ~ 10.0 % 聚丙烯酸铵0.2 ~ 1.2% 聚乙二醇0.4 ~ 2.4 % 消泡剂0.1 ~ 0.5% 水30 ~ 48%。
2.根据权利要求I所述的水基流延浆料，其特征在于所述水基流延浆料中还包括重量百分比的2. 0 15. 0%的乙二醇丁醚和/或2. 0 9. 0%丙烯酸树脂。
3.根据权利要求I或2所述的水基流延浆料，其特征在于包括如下重量百分比的组分陶瓷粉体 42.0-45.0% 聚乙烯醇 7.0 ~ 9.0% 聚丙烯酸铵 0.2 ~ 0.6% 聚乙二醇 0.6-1.0% 乙二醇丁醚 9.3 ~ 11.3% 丙烯酸树脂 1.0 ~ 3.0% 消泡剂0.1-0.3% 水30 ~ 40%。
4.根据权利要求I所述的水基流延浆料，其特征在于包括如下重量百分比的组分 陶瓷粉体 42.0 % 聚乙烯醇 8.0% 聚丙烯酸铵 0.6% 聚乙二醇 0.8% 乙二醇丁醚11.3% 丙烯酸树脂2.5% 消泡剂0.1% 水34.8%。
5.根据权利要求I至3任一所述的水基流延浆料，其特征在于所述陶瓷粉体为Ni-Zn铁氧粉体、ZnO粉体、钛酸钡粉体中的至少一种。
6.一种水基流延湿法制备多层片式元器件方法，包括如下步骤 将陶瓷粉体、聚乙烯醇、聚丙烯酸铵、聚乙二醇、消泡剂和水混合并球磨，消泡，得到水基流延浆料；其中，以所述水基流延浆料总重量为100%计，陶瓷粉体为40. 0 50. 0%、聚乙烯醇为5. 0 10. 0%、聚丙烯酸铵为0. 2 I. 2%、聚乙二醇为0. 4 2. 4%、消泡剂为0.I 0. 5%、水为 30 40% ； 将所述水基流延浆料流延，干燥，剥离，制得陶瓷基体； 在所述陶瓷基体上进行湿法印刷成型，干燥，层压，切割，排胶，得到多层片式元器件的生还片； 将所述生坯片依次进行烧结，倒角，封端，烧银，电镀，测试，得到所述多层片式元器件。
7.根据权利要求6所述的水基流延湿法制备多层片式元器件方法，其特征在于所述混合并球磨的步骤是先将水、聚丙烯酸铵和陶瓷粉体混合并球磨，同时将PH值调节至9 10，然后加入聚乙烯醇、聚乙二醇再次进行球磨。
8.根据权利要求7所述的水基流延浆料，其特征在于在加入所述聚乙烯醇、聚乙二醇的步骤中，还加有重量百分比的2. 0 15. 0%的乙二醇丁醚和/或2. 0 9. 0%丙烯酸树脂。
9.根据权利要求6所述的水基流延湿法制备多层片式元器件方法，其特征在于所述陶瓷基体制备的步骤中，所述干燥的温度为70 80°C。
10.根据权利要求6所述的水基流延湿法制备多层片式元器件方法，其特征在于所述排胶的温度为450 550°C ;所述烧结的温度为850 950°C。
全文摘要
本发明提供一种水基流延浆料，以所述水基流延浆料总重量为100％计，包括重量百分比的组分为陶瓷粉体40.0～50.0％、聚乙烯醇5.0～10.0％、聚丙烯酸铵0.2～1.2％、聚乙二醇0.4～2.4％、消泡剂0.1～0.5％，水30～48wt％。以及提供一种水基流延湿法制备多层片式元器件方法，包括步骤为水基流延浆料的配制，陶瓷基体的制备，多层片式元器件生坯片的制备和多层片式元器件的制备。本发明水基流延浆料，浆料粘度适中、干燥时间短、安全无毒，用该浆料制备的陶瓷基体结构均匀，表面平整；该水基流延湿法制备多层片式元器件方法工艺简单、安全无毒，经济环保，使得制备的多层片式元器件结构牢固，厚度可达20μm，且多层片式元器件电感量高和良品率高达90％以上，生产成本降低75％以上。
文档编号C04B35/468GK102757217SQ20111011065
公开日2012年10月31日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者丁晓鸿, 周俊, 周正有, 朱建华, 李建辉, 肖倩, 胡彩波 申请人:深圳振华富电子有限公司