專利名稱：一種無(wú)鉛銀電極漿料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該發(fā)明涉及一種可在550℃以下的較低溫度下燒結(jié)的無(wú)鉛銀電極漿料，該漿料作為電子陶瓷元件的印刷燒滲電極。通過(guò)絲網(wǎng)印刷，使?jié){料均勻地附著在陶瓷元件的表面，通過(guò)烘干、燒結(jié)等工藝，在陶瓷元件的表面形成優(yōu)良的銀導(dǎo)電層，使陶瓷元件表現(xiàn)出優(yōu)良的電氣性能。
背景技術(shù)：
電子陶瓷的瓷體為半導(dǎo)體或介質(zhì)材料，要使陶瓷材料表現(xiàn)出一定的電氣性能，必須在陶瓷材料上制作導(dǎo)電性良好的電極。電子陶瓷常用的電極材料有金屬鎳電極，金屬鋁電極，金屬銀電極和銀鈀電極等。而制作電極的工藝主要有磁控濺射、真空鍍膜、化學(xué)鍍鎳和燒滲電極等。磁控濺射、真空鍍膜和化學(xué)鍍鎳等工藝的設(shè)備昂貴、成本較高以及生產(chǎn)效率較低等缺點(diǎn)，因此，燒滲電極工藝在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛。
電極漿料由金屬導(dǎo)電粉，玻璃粘結(jié)劑，有機(jī)載體和添加劑等原料配制加工而成。金屬導(dǎo)電粉在電極中起導(dǎo)電作用，常用的金屬粉有銅粉、鋁粉、鋅粉和銀粉，由于銀粉的導(dǎo)電性優(yōu)良、在空氣中不易氧化，是一種應(yīng)用最廣泛的金屬電極。無(wú)機(jī)粘結(jié)劑在燒結(jié)處理時(shí)熔化，將金屬導(dǎo)電粉附著在陶瓷體的表面，形成均勻的導(dǎo)電膜，導(dǎo)電膜的厚度為10-25um。有機(jī)載體起分散作用，使?jié){料呈一種比較穩(wěn)定的懸浮體，可以較長(zhǎng)時(shí)間放置而不產(chǎn)生沉淀。添加劑主要是改善漿料的工藝性能，使?jié){料具有一定流動(dòng)性、觸變性等。
目前所用的玻璃粘結(jié)劑是一種硼-硅-鉛玻璃料，這種玻璃料具有熔點(diǎn)較低、高溫熔化時(shí)流動(dòng)性好、與許多陶瓷體的浸潤(rùn)性好以及電極性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，一直得到了廣泛應(yīng)用。但該材料含有很大比例的鉛，鉛含量在玻璃成分中通常都超過(guò)了50％以上。因此，這種漿料的使用對(duì)環(huán)境造成了較大的污染。目前，全世界都在尋找一種新的玻璃料來(lái)代替硼-硅-鉛玻璃，無(wú)鉛玻璃料的熔點(diǎn)一般較高，如果把熔點(diǎn)降低，其化學(xué)性能又出現(xiàn)不穩(wěn)定。另外，無(wú)鉛玻璃料一般與陶瓷的浸潤(rùn)性不好，使電極的附著力很??；同時(shí)無(wú)鉛玻璃料使陶瓷元件的電氣性能也變差。因此，要找出一種可在較低溫度下燒結(jié)的無(wú)鉛電極漿料是一個(gè)很難的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是要實(shí)現(xiàn)一種無(wú)鉛銀電極漿料，該漿料能在500℃以下的較低溫度下燒結(jié)，并具有很好的附著力和優(yōu)良的電氣性能。該無(wú)鉛電極漿料也可通過(guò)玻璃料的配方調(diào)節(jié)，得到450℃-850℃范圍內(nèi)燒結(jié)的電極漿料。本發(fā)明通的技術(shù)方案為一種無(wú)鉛電極漿料，該漿料組份按重量比分別為銀導(dǎo)電粉 55-80％無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑 2-10％有機(jī)樹(shù)脂 2-15％添加劑 2-10％溶劑 10-25％所用的金屬銀粉為片狀粉加球形粉，其比例為片狀粉20-80％，粉的粒徑為小于10um球形粉，球形粉80-20％，粉的粒徑為小于2um。
無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑為無(wú)鉛的鉍Bi-硼B(yǎng)-硅Si玻璃料，該玻璃料的組分為Bi2O350-80％B2O38-15％SiO21-10％Al2O31-8％ZnO 1-8％MgO 0-5％CaO 0-5％Na2O0-5％Li2O0-5％NiO 0-5％MnO20-5％TiO20-5％無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑中添加了堿金屬氧化物Na2O，Li2O中的一種或幾種，堿金屬氧化物的總含量為1-5％。添加了堿土金屬氧化物MgO，CaO中的一種或幾種，堿土金屬氧化物的總含量為1-5％。添加了過(guò)渡金屬氧化物NiO，MnO2，TiO2中的一種或幾種，過(guò)渡金屬氧化物的總含量為1-8％。添加了ZnO和Al2O3，其含量均為1-8％。
有機(jī)樹(shù)脂為松香和乙基纖維素、硝酸纖維素、聚乙稀醇縮丁醛、丙稀酸中的一種或幾種，其用量為2-15％。
添加劑包括觸變劑、流平劑、表面活性劑和消泡劑等。觸變劑選用樹(shù)膠和淀粉。表面活性劑采用環(huán)己酮、卵磷脂、環(huán)烷酸鋅的一種或幾種，其用量為總量的2-10％。
溶劑選用松節(jié)油、松油醇、環(huán)己酮、蓖麻油、松節(jié)油、鄰苯二甲酸二丁酯等、醚類中的一種或幾種，用量為10-25％。
無(wú)鉛銀電極漿料制造方法及工藝如下a.無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑的制備無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑的組分及含量如下Bi2O350-80％B2O38-15％SiO21-10％Al2O31-8％ZnO 1-8％MgO 0-5％CaO 0-5％Na2O0-5％Li2O0-5％NiO 0-5％MnO20-5％TiO20-5％將上述原料按重量比稱量，混合均勻后放于高鋁坩堝中，在電爐里加熱處理，最高溫度范圍1100-1300℃，保溫時(shí)間10-30min，將熔化的玻璃淬火處理得到玻璃顆粒，對(duì)玻璃顆粒球磨粉碎并達(dá)到粒徑＜10um。
b.有機(jī)載體的配制將有機(jī)高分子樹(shù)脂按原料重量的2-15％，溶劑按原料重量的5-20％進(jìn)行稱量，然后將高分子樹(shù)脂加熱至80℃-100℃，直到樹(shù)脂溶解，將樹(shù)脂在500-800目的網(wǎng)布上過(guò)濾除雜，得到有機(jī)載體。
c.有機(jī)添加劑的配制將觸變劑、流平劑、表面活性劑和消泡劑按原料重量的2-10％稱量，將溶劑按原料重量的5％稱量，將該混合有機(jī)體系攪拌均勻。
d.漿料的配制按銀導(dǎo)電粉55-80％，無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑2-10％，配制好的有機(jī)添加劑，配制好的有機(jī)載體按比例稱量，并在容器中攪拌分散均勻后進(jìn)行三輥研磨，控制漿料的粘度為20-150Pa.s，漿料的粒度為＜10um。
由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明的制造方法的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明設(shè)計(jì)出的一種鉍-硼-硅系無(wú)鉛玻璃料，完全能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有鉛玻璃料，這種新玻璃料能在較低的溫度下熔化并有較好的流動(dòng)性，而且還能與陶瓷體很好潤(rùn)濕、性能穩(wěn)定和電氣性能好。本發(fā)明還通過(guò)一定的制造工藝和配方設(shè)計(jì)，制造出了一種性能優(yōu)良、工藝性好的無(wú)鉛電極漿料。具體優(yōu)點(diǎn)如下1.選用鉍-硼-硅玻璃料作為無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑，實(shí)現(xiàn)了電極漿料的無(wú)鉛化。通過(guò)添加適當(dāng)?shù)膲A金屬、堿土金屬氧化物和過(guò)渡金屬氧化物，降低了玻璃料的熔點(diǎn)，增加了玻璃料的化學(xué)穩(wěn)定性并有優(yōu)良的電性能。
2.選用低熔點(diǎn)的無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑，可得到能在550℃以下的較低溫度下燒結(jié)的漿料。也可通過(guò)無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑的配方調(diào)節(jié)，得到500℃-850℃范圍內(nèi)燒結(jié)的電極漿料。該電極具有附著力強(qiáng)、可焊性好、導(dǎo)電性高和電性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。
3.選用片狀銀粉和球形粉按一定比例搭配使用，使?jié){料具有更好的附著力和導(dǎo)電性能。
4.選擇合適的有機(jī)載體和添加劑，使?jié){料具有很好的工藝性，完全滿足大生產(chǎn)的工藝要求。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
無(wú)鉛銀電極漿料制造方法及工藝如下一種無(wú)鉛電極漿料，該漿料組份按重量比分別為銀導(dǎo)電粉 55-80％無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑 2-10％有機(jī)樹(shù)脂 2-15％添加劑 2-10％溶劑 10-25％所用的金屬銀粉為片狀粉加球形粉，其比例為片狀粉20-80％，粉的粒徑為小于10um球形粉，球形粉80-20％，粉的粒徑為小于2um。
無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑為無(wú)鉛的鉍Bi-硼B(yǎng)-硅Si玻璃料，該玻璃料的組分為Bi2O350-80％B2O38-15％SiO21-10％Al2O31-8％ZnO 1-8％MgO 0-5％CaO 0-5％Na2O0-5％Li2O0-5％NiO 0-5％MnO20-5％TiO20-5％無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑中添加了堿金屬氧化物Na2O，Li2O中的一種或幾種，堿金屬氧化物的總含量為1-5％。
無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑中添加了堿土金屬氧化物MgO，CaO中的一種或幾種，堿土金屬氧化物的總含量為1-5％。
無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑中添加了過(guò)渡金屬氧化物NiO，MnO2，TiO2中的一種或幾種，過(guò)渡金屬氧化物的總含量為1-8％。
無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑中添加了ZnO和Al2O3，其含量均為1-8％。
有機(jī)樹(shù)脂為松香和乙基纖維素、硝酸纖維素、聚乙稀醇縮丁醛、丙稀酸中的一種或幾種，其用量為2-15％。
添加劑包括觸變劑、流平劑、表面活性劑和消泡劑等。觸變劑選用樹(shù)膠和淀粉。表面活性劑采用環(huán)己酮、卵磷脂、環(huán)烷酸鋅的一種或幾種，其用量為總量的2-10％。
溶劑選用松節(jié)油、松油醇、環(huán)己酮、蓖麻油、松節(jié)油、鄰苯二甲酸二丁酯等、醚類中的一種或幾種，用量為10-25％。
漿料制造工藝包括如下過(guò)程a.無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑的制備無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑的組分及含量如下
Bi2O350-80％B2O38-15％SiO21-10％Al2O31-8％ZnO 1-8％MgO 0-5％CaO 0-5％Na2O0-5％Li2O0-5％NiO 0-5％MnO20-5％TiO20-5％將上述原料按重量比稱量，混合均勻后放于高鋁坩堝中，在電爐里加熱處理，最高溫度范圍1100-1300℃，保溫時(shí)間10-30min，將熔化的玻璃淬火處理得到玻璃顆粒，對(duì)玻璃顆粒球磨粉碎并達(dá)到粒徑＜10um。
b.機(jī)載體的配制將有機(jī)高分子樹(shù)脂按原料重量的2-15％，溶劑按原料重量的5-20％進(jìn)行稱量，然后將高分子樹(shù)脂加熱至80℃-100℃，直到樹(shù)脂溶解，將樹(shù)脂在500-800目的網(wǎng)布上過(guò)濾除雜，得到有機(jī)載體。
c.有機(jī)添加劑的配制將觸變劑、流平劑、表面活性劑和消泡劑按原料重量的2-10％稱量，將溶劑按原料重量的5％稱量，將該混合有機(jī)體系攪拌均勻。
d.漿料的配制按銀導(dǎo)電粉55-80％，無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑2-10％，配制好的有機(jī)添加劑，配制好的有機(jī)載體按比例稱量，并在容器中攪拌分散均勻后進(jìn)行三輥研磨，控制漿料的粘度為20-150Pa.s，漿料的粒度為＜10um。
實(shí)施例1一種無(wú)鉛電極漿料(配制100g)，其生產(chǎn)工藝如下1.無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑配方(配制100g)Bi2O375g，B2O310g，SiO23g，Al2O32g，ZnO 3g，Na2O 3g，TiO23g，CaO 1g2.玻璃熔制及球磨工藝1200℃，30min，淬火后球磨至小于10um。
3.導(dǎo)電銀粉選用粒徑小于10um的銀粉，其中，片狀粉60％，球形粉40％。
4.有機(jī)載體和有機(jī)添加劑配制。有機(jī)載體松油醇10g，乙基纖維素并在80-100℃加熱處理，使其充分溶解混合。有機(jī)添加劑松油醇5g，環(huán)烷酸鋅3g。
5.漿料配制按銀導(dǎo)電粉70g，無(wú)機(jī)玻璃粘結(jié)劑3g，加入配制好的有載體和有機(jī)添加劑，并在容器中攪拌分散均勻后進(jìn)行三輥研磨，控制漿料的粘度為20-150Pas，漿料的粒度為＜10um。
6.漿料性能粒度＜10um粘度20-150Pas，測(cè)試條件7.5RPM附著力＞10N/mm方阻＜5mΩ/□含鉛量＜100ppm燒結(jié)溫度480℃實(shí)施例2一種無(wú)鉛電極漿料(配制100g)，其生產(chǎn)工藝如下1.無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑配方(配制100g)Bi2O370g，B2O38g，SiO25g，Al2O32g，ZnO 3g，Na2O 3g，MnO24g，TiO22g，CaO 3g2.玻璃熔制及球磨工藝1200℃，30min，淬火后球磨至小于10um。
3.導(dǎo)電銀粉選用粒徑小于10um的銀粉，其中，片狀粉30％，球形粉70％。
4.有機(jī)載體和有機(jī)添加劑配制。有機(jī)載體松油醇10g，乙基纖維素7g，并在80-100℃加熱處理，使其充分溶解混合。有機(jī)添加劑松油醇5g，環(huán)烷酸鋅3g。
5.漿料配制按銀導(dǎo)電粉75g，無(wú)機(jī)玻璃粘結(jié)劑5g，加入配制好的有機(jī)載體和有機(jī)添加劑，并在容器中攪拌分散均勻后進(jìn)行三輥研磨，控制漿料的粘度為20-150Pas，漿料的粒度為＜10um。
6.漿料性能粒度＜10um粘度20-150Pas，測(cè)試條件7.5RPM附著力＞10N/mm2方阻＜5mΩ/□
含鉛量＜100ppm燒結(jié)溫度510℃實(shí)施例3一種無(wú)鉛電極漿料(配制100g)，其生產(chǎn)工藝如下1.無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑配方(配制100g)Bi2O355g，B2O315g，SiO28g，Al2O35g，ZnO 4g，Na2O 5g，TiO25g，CaO 3g2.玻璃熔制及球磨工藝1300℃，20min，淬火后球磨至小于10um。
3.導(dǎo)電銀粉選用粒徑小于10um的銀粉，其中，片狀粉70％，球形粉30％。
4.有機(jī)載體和有機(jī)添加劑配制。有機(jī)載體松油醇15g，乙基纖維素7g，并在80-100℃加熱處理，使其充分溶解混合。有機(jī)添加劑松油醇5g，環(huán)烷酸鋅3g。
5.漿料配制按銀導(dǎo)電粉60g，無(wú)機(jī)玻璃粘結(jié)劑10g，加入配制好的有機(jī)載體和有機(jī)添加劑，并在容器中攪拌分散均勻后進(jìn)行三輥研磨，控制漿料的粘度為20-150Pas，漿料的粒度為＜10um。
6.漿料性能粒度＜10um粘度20-150Pas，測(cè)試條件7.5RPM附著力＞10N/mm2方阻＜10mΩ/□含鉛量＜100ppm燒結(jié)溫度650℃
權(quán)利要求
1一種無(wú)鉛銀電極漿料，銀電極漿料，其特征在于該漿料組份按重量比分別為銀導(dǎo)電粉55-80％無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑2-10％有機(jī)樹(shù)脂2-15％添加劑2-10％溶劑10-25％玻璃粘結(jié)劑是一種無(wú)鉛玻璃料，該玻璃料為鉍-硼-硅系材料，并添加了Al2O3，ZnO，MgO，CaO，Na2O，Li2O，NiO，MnO2，TiO2，無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑的配方配比為Bi2O350-80％B2O38-15％SiO21-10％Al2O31-8％ZnO 1-8％MgO 0-5％CaO 0-5％Na2O 0-5％Li2O 0-5％NiO 0-5％MnO20-5％TiO20-5％
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)鉛銀電極漿料，其特征在于無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑中添加了堿金屬氧化物Na2O，Li2O中的一種或幾種，堿金屬氧化物的總含量為1-5％。
3根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)鉛銀電極漿料，其特征在于無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑中添加了堿土金屬氧化物MgO，CaO中的一種或幾種，堿土金屬氧化物的總含量為1-5％。
4根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)鉛銀電極漿料，其特征在于無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑中添加了過(guò)渡金屬氧化物NiO，MnO2，TiO2中的一種或幾種，過(guò)渡金屬氧化物的總含量為1-8％。
5根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)鉛銀電極漿料其特征在于無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑中添加了ZnO和Al2O3，其含量均為1-8％。
6根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)鉛銀電極漿料，其特征在于銀導(dǎo)電粉是由一定比例的球形粉和片狀銀粉組成，比例為(重量百分比)球形粉∶片狀粉＝(20-80)∶(80-20)，球形粉的粒徑為小于2um，片狀粉的粒徑為小于10um。
7根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)鉛銀電極漿料，其特征在于無(wú)鉛漿料所用的有機(jī)樹(shù)脂選用松香和乙基纖維素、硝酸纖維素、聚乙稀醇縮丁醛和丙稀酸中的一種或幾種，其用量為2-15％。
8根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)鉛銀電極漿料，其特征在于無(wú)鉛漿料所用的有機(jī)添加劑包括觸變劑、流平劑、表面活性劑和消泡劑等，觸變劑選用樹(shù)膠和淀粉，表面活性劑采用環(huán)己酮、卵磷脂、環(huán)烷酸鋅的一種或幾種，其用量為觸變劑0.5-5％流平劑0.5-5％表面活性劑0.5-5％消泡劑0.5-5％
9根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)鉛銀電極漿料，其特征在于無(wú)鉛漿料所用的有機(jī)溶劑選用松節(jié)油、松油醇、環(huán)己酮、蓖麻油、松節(jié)油、鄰苯二甲酸二丁酯等，以及醚類中的一種或幾種，用量為10-25％。
10一種無(wú)鉛電極漿料的制造方法，其特征在于，漿料制造工藝包括如下過(guò)程a.無(wú)鉛玻璃粘接劑的配制根據(jù)權(quán)利1要求的無(wú)鉛玻璃粘接劑的配方進(jìn)行稱料，混合均勻后放于高鋁坩蝸中，在電爐里加熱處理，最高溫度范圍1100-1300℃，保溫時(shí)間10-30min，將熔化的玻璃淬火處理得到玻璃顆粒，對(duì)玻璃顆粒球磨粉碎并達(dá)到粒徑＜10um。b.有機(jī)載體的配制將有機(jī)高分子樹(shù)脂按原料重量的2-15％，溶劑按原料重量的5-20％進(jìn)行稱量，然后將高分子樹(shù)脂加熱至80℃-100℃，直到樹(shù)脂溶解，將樹(shù)脂在500-800目的網(wǎng)布上過(guò)濾除雜，得到有機(jī)載體。c.有機(jī)添加劑的配制將觸變劑、流平劑、表面活性劑和消泡劑按原料重量的2-10％稱量，將溶劑按原料重量的5％稱量，將該混合有機(jī)體系攪拌均勻。d.漿料的配制將銀導(dǎo)電粉按原料重量的55-80％，b配好的有機(jī)載體，c中配好的有機(jī)添加劑，以及無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑進(jìn)行混合攪拌。e.無(wú)鉛漿料的制造將d中得到的混合原料在三輥研磨機(jī)上進(jìn)行研磨，通過(guò)一定的研磨過(guò)程得到均勻分散的漿料，漿料的粒度＜10um，粘度20-150Pa.s。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于電子陶瓷元器件電極的無(wú)鉛銀電極漿料及其制造方法，該無(wú)鉛銀電極漿料的組分及含量按重量比分別為銀導(dǎo)電粉55－80％、無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑2－10％、有機(jī)樹(shù)脂2－15％、添加劑2－10％、溶劑10－25％。該無(wú)鉛銀電極漿料的制造方法包括無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑的制備、有機(jī)載體的配制、無(wú)鉛銀電極漿料的配方和漿料的加工工藝等。本發(fā)明制造出的是一種含鉛量小于100ppm的無(wú)鉛銀電極漿料，該漿料應(yīng)用于電子陶瓷元件的電極時(shí)可以在500℃以下的較低溫度下燒結(jié)，也可通過(guò)無(wú)鉛玻璃粘結(jié)劑的配方調(diào)節(jié)，得到450℃－850℃范圍內(nèi)燒結(jié)的銀電極漿料。該電極具有附著力強(qiáng)、可焊性好、導(dǎo)電性高和電性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01B1/00GK1687992SQ200510018699
公開(kāi)日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2005年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月13日
發(fā)明者范琳 申請(qǐng)人:范琳