一种用于ltcc基板的二氧化硅包覆铜电子浆料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于LTCC基板的二氧化硅包覆铜电子浆料的制备方法，先用稀盐酸预处理铜粉；再将TEOS预水解；再采用溶胶凝胶法将二氧化硅包覆于铜粉表面；另制备有机载体。最后，将二氧化硅包覆铜粉与有机载体混合，丝网印刷于LTCC基板上，于氮气气氛炉中850?910℃烧结，得到二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板。本发明制得的铜/LTCC复合基板致密度较好、导电优良、方阻低；本发明实现了二氧化硅粘结剂在浆料中均匀分散，工艺简便，降低成本，无毒环保。
【专利说明】
一种用于LTCC基板的二氧化硅包覆铜电子浆料的制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种电子浆料，尤其涉及一种用于LTCC基板的二氧化硅包覆铜电子浆 料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着信息技术的发展，电子行业对电子浆料的要求也越来越高，贵金属浆料应用 较早，其中银浆应用广泛，但企业为了寻求更低的成本，开始广泛寻求贱金属浆料作为银浆 替代品。在贱金属浆料中，铜和银的性能接近，是较理想的银浆的替代品。
[0003] 国外对电子浆料的研究较早，技术也相对成熟，国内起步晚。但基本已经将银浆研 究的相当成熟，为了进一步降低成本，国内有研究者采用银包铜制备浆料，但是存在银包覆 不均匀，成本依然较高的问题。近几年国内对铜浆的研究日渐增多，大部分研究者仍然采用 传统的将铜粉、玻璃粉、有机载体混合制成浆料，导致玻璃分布不均匀。加之传统浆料的制 备中工艺较复杂，制备玻璃粉程序较繁杂，为了达到性能要求有的还含有铅、镉等重金属或 者铋等价格较高的原料。二氧化硅是备受青睐的包覆材料，其稳定性高，作为铜浆中的玻璃 相，一方面能收缩拉紧铜粉，另一方面还能和LTCC基板烧结匹配。因此寻求一种简单的工 艺，将二氧化硅均匀包覆于铜粉表面，印刷到LTCC表面900 °C左右共烧后，铜膜致密、导电优 良，同时又不含对人体有害的物质，应用前景广阔。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的，在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种成本低、工艺简单、稳 定性高、铜膜致密、导电优良、对人体无害的二氧化硅包覆铜电子浆料用于LTCC基板的制备 方法。
[0005] 本发明通过如下技术方案予以实现。
[0006] -种用于LTCC基板的二氧化硅包覆铜电子浆料的制备方法，具有以下步骤：
[0007] (1)预处理铜粉
[0008] 将8g原始铜粉放入稀释的盐酸溶液中，30°C水浴磁力搅拌10-20min，静置倒掉上 清液;再加入30ml丙酮，于60°C搅拌10_30min，静置倒掉上清液，于70°C干燥lh;
[0009] 所述铜粉为市售铜粉，平均粒径1-2mi，类球形；
[0010 ] 所述稀释的盐酸溶液的容量比为HC1: H2O = 1 _5mL: 50mL。
[0011] (2)TE0S即正硅酸乙酯预水解
[0012] 称量70ml无水乙醇，加入0 ? 05-0 ? 36ml蒸馏水，加入0 ? 12-1 ? 12mlTE0S，滴入25wt % 氨水0.03-lml，于25-45 °C搅拌30-60min，制得TE0S预处理液；
[0013] (3)二氧化硅包覆铜粉
[0014] 取3g步骤（1)处理好的铜粉超声分散在30ml无水乙醇中，再将步骤(2)TE0S预处理 液全部滴入其中，于25-65°C电磁搅拌3-6h，将反应产物于2500r/min离心3min，再于65°C烘 干lh;
[0015] (4)制备有机载体
[0016] 称取松油醇83-87wt %、乙基纤维素 l-6wt %、聚乙二醇4-5wt %、邻苯二甲酸二丁 酯4-6wt%和蓖麻油l-3wt%，将其在90-100°C水浴搅拌l_3h直至溶液变澄清，静置24h备 用；
[0017] (5)制备二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板
[0018]将步骤(3)的二氧化硅包覆铜粉与步骤(4)的有机载体按质量比为70-80:30-20充 分混合，丝网印刷于LTCC即低温共烧陶瓷基板上，室温流平，90-100°C干燥，在氮气气氛炉 中于850-910°(：烧结，保温30-60111111，自然冷却至室温，得到二氧化硅包覆铜电子浆料/1^〇： 复合基板。
[0019] 所述步骤(1)的铜粉为市售铜粉，平均粒径1-2M1，类球形；
[0020] 所述步骤(1)稀释的盐酸溶液的容量比为HC1: H20= l-5mL: 50mL;
[0021] 所述步骤（2)滴入的25wt %氨水为0 ? 03-0 ? 5ml。
[0022]本发明的有益效果如下：
[0023] (1)本发明采用溶胶凝胶法将二氧化硅均匀包覆于处理后的铜粉表面，有效地将 玻璃粉和铜粉均匀混合。
[0024] (2)本发明制成的铜电子浆料与LTCC基板经过高温烧结后，烧结致密，导电性良 好，方阻较低。
[0025] (3)本发明中所用二氧化硅粘结剂无毒环保，使用原料价格低廉，降低了生产成 本，而且工艺简单，简单的设备即可进行生产。
【具体实施方式】
[0026]本发明采用溶胶凝胶法将二氧化硅均匀包覆于处理后的铜粉表面，然后和有机载 体混合，印刷到LTCC基板上，排胶烧结后得到致密度好、导电优良的铜膜。
[0027]下面结合具体实例对本发明进行详细说明。
[0028] 实施例1 [0029] (1)预处理铜粉
[0030] 将8g原始铜粉放入稀释的盐酸溶液(HC1 :H20 = lmL:50mL)中，30°C水浴磁力搅拌 lOmin，静置倒掉上清液;再加入30ml丙酮，60°C搅拌30min，静置倒掉上清液，于70°C干燥 lh；
[0031] (2)TEOS 预水解
[0032] 称量70ml无水乙醇，加入0 ? 36ml蒸馏水，加入1 ? 12mlTE0S，滴入25wt %氨水0 ? 5ml， 于25°C搅拌30min，制得TEOS预处理液；
[0033] (3)制备二氧化硅包覆铜粉
[0034] 将3g步骤（1)处理好的铜粉超声分散在30ml无水乙醇中，再将步骤(2)TE0S预处理 液全部滴入其中，25°C反应3h，反应产物2500r/min离心3min，于65°C烘干lh;
[0035] (4)制备有机载体
[0036] 称取松油醇85wt %、乙基纤维素5wt %、聚乙二醇4wt %、邻苯二甲酸二丁酯5wt % 和蓖麻油lwt%，将其在90°C水浴搅拌3h直至溶液变澄清，静置24h备用；
[0037] (5)制备二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板
[0038]将步骤（3)的二氧化硅包覆铜粉与步骤(4)的有机载体按质量比为70 : 30充分混 合，丝网印刷于LTCC基板上，室温流平，90°C干燥，在氮气气氛炉中于850°C烧结30min，自然 冷却至室温，得到二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板。
[0039] 实施例2 [0040] (1)预处理铜粉
[00411 将8g原始铜粉放入稀释的盐酸溶液(HC1 :H20 = 3mL:50mL)中，30°C水浴磁力搅拌 20min，静置倒掉上清液;再加入30ml丙酮，60°C搅拌30min，静置倒掉上清液，于70°C干燥 lh；
[0042] (2)TE0S 预水解
[0043] 称量70ml无水乙醇，加入0? 18ml蒸馏水，加入0.56mlTE0S，滴入25wt%氨水 0.25ml，于45 °C搅拌60min，制得TE0S预处理液；
[0044] (3)制备二氧化硅包覆铜粉
[0045] 将3g步骤（1)处理好的铜粉超声分散在30ml无水乙醇中，再将步骤(2)TE0S预处理 液全部滴入其中，25°C反应4h，反应产物2500r/min离心3min，于65°C烘干lh;
[0046] (4)制备有机载体
[0047] 称取松油醇87wt %、乙基纤维素 lwt %、聚乙二醇4wt %、邻苯二甲酸二丁酯5wt % 和蓖麻油3wt %，将其在95 °C水浴搅拌2h直至溶液变澄清，静置24h备用；
[0048] (5)制备二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板
[0049] 将步骤（3)的二氧化硅包覆铜粉与步骤(4)的有机载体按质量比为75: 25充分混 合，丝网印刷于LTCC基板上，室温流平，90°C干燥，在氮气气氛炉中于880°C烧结30min，自然 冷却至室温，得到二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板。
[0050] 实施例3
[0051] (1)预处理铜粉
[0052] 将8g原始铜粉放入稀释的盐酸溶液(HC1 :H20 = 5mL:50mL)中，30°C水浴磁力搅拌 15min，静置倒掉上清液;再加入30ml丙酮，60°C搅拌25min，静置倒掉上清液，于70°C干燥 lh〇
[0053] (2)TE0S 预水解
[0054] 称量70ml无水乙醇，加入0 ? 12ml蒸馏水，加入0 ? 34mlTE0S，滴入25wt %氨水0 ? 2ml， 于35°C搅拌40min，制得TE0S预处理液；
[0055] (3)制备二氧化硅包覆铜粉
[0056] 将3g步骤（1)处理好的铜粉超声分散在30ml无水乙醇中，再将步骤(2)TE0S预处理 液全部滴入其中，45°C反应6h，反应产物2500r/min离心2min，于65°C烘干lh;
[0057] (4)制备有机载体
[0058] 称取松油醇86wt %、乙基纤维素2wt %、聚乙二醇5wt %、邻苯二甲酸二丁酯4wt % 和蓖麻油3wt%，将其在100°C水浴搅拌lh直至溶液变澄清，静置24h备用；
[0059] (5)制备二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板
[0060] 将步骤（3)的二氧化硅包覆铜粉与步骤(4)的有机载体按质量比为80 : 20充分混 合，丝网印刷于LTCC基板上，室温流平，100°C干燥，在氮气气氛炉中于880°C烧结60min，自 然冷却至室温，得到二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板。
[0061 ] 实施例4 [0062] (1)预处理铜粉
[0063] 将8g原始铜粉放入稀释的盐酸溶液(HC1 :H20 = lmL:50mL)中，30°C水浴磁力搅拌 lOmin，静置倒掉上清液;再加入30ml丙酮，60°C搅拌lOmin，静置倒掉上清液，于70°C干燥 lh；
[0064] (2)TEOS 预水解
[0065] 称量70ml无水乙醇，加入0 ? 05ml蒸馏水，加入0 ? 12mlTE0S，滴入25wt %氨水 0.05ml，于25 °C搅拌30min，制得TEOS预处理液；
[0066] (3)制备二氧化硅包覆铜粉
[0067] 将3g步骤（1)处理好的铜粉超声分散在30ml无水乙醇中，再将步骤(2)TE0S预处理 液全部滴入其中，65°C反应3h，反应产物2500r/min离心3min，于65°C烘干lh;
[0068] (4)制备有机载体
[0069] 称取松油醇80wt %、乙基纤维素6wt %、聚乙二醇5wt %、邻苯二甲酸二丁酯6wt % 和蓖麻油3wt %，将其在90 °C水浴搅拌2h直至溶液变澄清，静置24h备用；
[0070] (5)制备二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板
[0071] 将步骤（3)的二氧化硅包覆铜粉与步骤(4)的有机载体按质量比为78: 22充分混 合，丝网印刷于LTCC基板上，室温流平，90 °C干燥，在氮气气氛炉中于910 °C烧结40min，自然 冷却至室温，得到二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板。
[0072] 实施例5 [0073] (1)预处理铜粉
[0074] 将8g原始铜粉放入稀释的盐酸溶液(HC1 :H20 = lmL:50mL)中，30°C水浴磁力搅拌 20min，静置倒掉上清液;再加入30ml丙酮，60°C搅拌30min，静置倒掉上清液，于70°C干燥 lh；
[0075] (2)TEOS 预水解
[0076] 称量70ml无水乙醇，加入0 ? 05ml蒸馏水，加入0 ? 12mlTE0S，滴入25wt %氨水 0.05ml，于35 °C搅拌60min，制得TEOS预处理液；
[0077] (3)制备二氧化硅包覆铜粉
[0078] 将3g步骤（1)处理好的铜粉超声分散在30ml无水乙醇中，再将步骤(2)TE0S预处理 液全部滴入其中，25°C反应6h，反应产物2500r/min离心3min，于65°C烘干lh;
[0079] (4)制备有机载体
[0080] 称取松油醇85wt %、乙基纤维素5wt %、聚乙二醇4wt %、邻苯二甲酸二丁酯5wt % 和蓖麻油lwt%，将其在90°C水浴搅拌3h直至溶液变澄清，静置24h备用；
[0081 ] (5)制备二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板
[0082]将步骤（3)的二氧化硅包覆铜粉与步骤(4)的有机载体按质量比为75: 25充分混 合，丝网印刷于LTCC基板上，室温流平，95°C干燥，在氮气气氛炉中于910°C烧结60min，自然 冷却至室温，得到二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板。
[0083] 将上述实施例二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板进行方阻测试，结果见表 1〇
[0084] 表 1
【主权项】
1. 一种用于LTCC基板的二氧化硅包覆铜电子浆料的制备方法，具有以下步骤： (1) 预处理铜粉 将Sg原始铜粉放入稀释的盐酸溶液中，30°C水浴磁力搅拌10_20min，静置倒掉上清液； 再加入30ml丙酮，于60°C搅拌10_30min，静置倒掉上清液，于70°C干燥Ih; (2) TEOS即正硅酸乙酯预水解 称量70ml无水乙醇，加入0.05-0.36ml蒸馏水，加入0.12-1.12mlTEOS，滴入25wt %氨水 0 · 03-lml，于25-45 °C 搅拌30-60min，制得TEOS预处理液； (3) 二氧化硅包覆铜粉 取3g步骤（1)处理好的铜粉超声分散在30ml无水乙醇中，再将步骤(2)TE0S预处理液全 部滴入其中，于25-65°C电磁搅拌3-6h，将反应产物于2500r/min离心3min，再于65°C烘干 lh； (4) 制备有机载体 称取松油醇83-87wt %、乙基纤维素 l-6wt %、聚乙二醇4-5wt %、邻苯二甲酸二丁酯4-6wt%和蓖麻油l-3wt%，将其在90-100°(：水浴搅拌1-311直至溶液变澄清，静置2411备用。 (5) 制备二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合基板 将步骤(3)的二氧化硅包覆铜粉与步骤(4)的有机载体按质量比为70-80:30-20充分混 合，丝网印刷于LTCC即低温共烧陶瓷基板上，室温流平，90-100°C干燥，在氮气气氛炉中于 850-910°C烧结，保温30-60min，自然冷却至室温，得到二氧化硅包覆铜电子浆料/LTCC复合 基板。2. 根据权利要求1所述的一种用于LTCC基板的二氧化硅包覆铜电子浆料的制备方法， 其特征在于，所述步骤(1)的铜粉为市售铜粉，平均粒径1-2μπι，类球形。3. 根据权利要求1所述的一种用于LTCC基板的二氧化硅包覆铜电子浆料的制备方法， 其特征在于，所述步骤(1)稀释的盐酸溶液的容量比为HCl:H 2O= l-5mL: 50mL。4. 根据权利要求1所述的一种用于LTCC基板的二氧化硅包覆铜电子浆料的制备方法， 其特征在于，所述步骤(2)滴入的25wt %氨水为0.03-0.5ml。
【文档编号】H01B13/00GK105957642SQ201610411085
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】杨德安, 董青, 黄超, 翟通
【申请人】天津大学