CN101364454A - 基于铝绝缘层的厚膜电路电阻浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

基于铝绝缘层的厚膜电路电阻浆料及其制备方法。电阻浆料是由固相组分和有机粘结剂组成，二者的比例为(50～75)∶(50～25)，其中固相成分中铝粉与微晶玻璃粉的比例(重量比)为(80～55)∶(20～45)。本发明选用微晶玻璃作为粘结剂，其膨胀系数与铝绝缘层匹配并能良好的结合。本发明的制备方法为：A.制备微晶玻璃粉；B.配置有机粘结剂；C.制备金属粉；D.浆料调制：按比例将微晶玻璃粉、有机粘结剂、金属粉置于球磨罐中进行高速球磨。本发明电阻轨迹层具有电阻低、与基于铝板的绝缘层相容、导电性能良好、节约金属、降耗节能无污染等优点。

Description

基于铝绝缘层的厚膜电路电阻浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种绝缘层的厚膜电路电阻浆料及其制备方法，具体涉及一种基于铝绝缘层的厚膜电路电阻浆料及其制备方法。

背景技术

在厚膜电路技术领域，传统的基板有陶瓷基板和金属，二者均有其局限性。陶瓷基板有Al₂O₃及AIN等，其尺寸较小，且机械性能差，组装困难。金属基板有钢板和铝板等，钢基板克服了陶瓷基板尺寸小的问题，同时依靠其良好的机械强度及导热性得到了很大的发展，并且在国内的东莞龙基有限公司及湖南一家公司已经产业化生产，但由于其成本较高，人们开始尝试用相对廉价的铝板来取代钢板。

铝的熔点只有660.37℃，这就要求厚膜电路电阻浆料中的微晶玻璃的软化温度更低，近年来的研究发现，磷酸盐或硼酸盐封接玻璃可以替代当前广泛使用的含铅低熔点封接玻璃，有望解决长期以来含铅低熔封接玻璃对环境的污染问题。

美国专利第P5153151号公布了一种磷酸盐封接玻璃，其摩尔组成为：Li₂O(0～15％)、Na2O(0～20％)、K₂O(5～10％)、ZnO(0～45％)、Ag₂O(0～25％))、Tl₂O(0～25％)、PbO(0～20％)、CuO(0～5％)、CaO(0～20％)、SrO(0～20％)、P₂O₅(24～36％)、Al₂O₃(0～5％)、CeO₂(0～2％)、BaO(0～20％)、SnO(0～5％)、Sb₂O₃(0～61％)、Bi₂O₃(0～10％)、B₂O₃(0～10％)，该玻璃的转变温度为300～340℃，热膨胀系数为135～180×10^-7/℃，该玻璃的缺点在于Tl₂O的毒性很大，同时，玻璃的热膨胀系数较大，不能用于中、低膨胀系数的封接。

由于金属粉的膨胀系数远大于铝绝缘层，因此基于铝绝缘层的厚膜电阻浆料烧成后的电阻轨迹层应具有较小的膨胀系数以与铝绝缘层相匹配，同时浆料中的玻璃相亦应与铝绝缘层中的固相成分化学相容。

发明内容

本发明是基于现有技术存在的问题，提供了一种电阻低、印刷性优良，烧成特性良好，并能与铝绝缘层相匹配的基于铝绝缘层的厚膜电路电阻浆料及其制备方法。

为达到上述目的，本发明的电阻浆料包括：由固相成分：微晶玻璃粉、微细铝粉和有机粘结剂组成，固相成分与有机粘结剂的重量比为50～75：50～25，其中固相成分中微细铝粉与微晶玻璃粉的重量比为80～55：20～45；

所说的微晶玻璃粉为P₂O₅～ZnO～K₂O～B₂O₃～SnO₂系低熔点无铅微晶玻璃，按重量比含：35～55％的P₂O₅、35～50％的ZnO、5～10％的K₂O、0～10％的B₂O₃、0～10％的SnO₂、0～5％的SiO₂、0～2％的Li₂O、2～5％的Al₂O₃和0～1.5％的CuO；

所说的铝金属粉采用粒度为3～7μm的微细铝粉；

所说的机粘结剂按重量比含：75～98％的松油醇、0～15％的柠檬酸三丁脂、0.5～5％的乙基纤维素、0～2％的硝基纤维素、0.1～5％的氢化蓖麻油和0.1～5％的卵磷脂。

本发明的制备方法为：

1)微晶玻璃粉的制备

按重量百分比将35～55％的P₂O₅、35～50％的ZnO、5～10％的K₂O、0～10％的B₂O₃、0～10％的SnO₂、0～5％的SiO₂、0～2％的Li₂O、2～5％的Al₂O₃和0～1.5％的CuO在混料机中混合均匀后置于高温电阻炉中熔炼；熔炼温度为800～1200℃，保温1～5小时，然后水淬，得到玻璃渣；将玻璃渣干燥置于行星式球磨机球磨3～5小时得到粒径小于5微米的微晶玻璃粉；

2)铝粉的制备

先将金属铝熔融，在全封闭容器内的高速盘式雾化器中待熔融金属过热到200～300℃时，并在情性气体保护下采用冷却速率为105～107K/s的急冷雾化装置进行雾化制粉，雾化的铝粉从容器上部通过惰性气体保护的管道输送至一次旋风分离器和二次带过滤网的喷淋塔进行气固分离，经干燥得到平均粒度为3～7μm的微细铝粉；

3)有机粘结剂的制备

按重量比将75～98％的松油醇、0～15％的柠檬酸三丁脂、0.5～5％的乙基纤维素、0～2％的硝基纤维素、0.1～5％的氢化蓖麻油和0.1～5％的卵磷脂在50～100℃溶解；

4)浆料制备

将微晶玻璃粉、有机粘结剂和金属铝粉置于球磨罐中以1200转/min，球磨3小时得到电阻浆料，其中固相成分：微晶玻璃粉、微细铝粉和有机粘结剂的重量比为50～75：50～25，固相成分中微细铝粉与微晶玻璃粉的重量比为80～55：20～45。

本发明选用P₂O₅～ZnO～K₂O～B₂O₃～SnO₂系低熔点无铅微晶玻璃作为粘结相，通过对P₂O₅～ZnO～K₂O～B₂O₃～SnO₂系微晶玻璃膨胀系数、玻璃化温度、软化温度的调节使之与铝粉、有机溶剂复合构成的厚膜电阻轨迹层的膨胀系数与铝绝缘层匹配并且具有良好的结合性能；选用多组分醇类主溶剂代替单组分醇类主溶剂，将不同挥发速度及沸点的主溶剂配制使浆料在印刷、烘干、烧成等过程中均有不同程度的挥发，避免了溶剂集中挥发出现干裂、针孔等缺陷；该电阻浆料印刷特性好、烧成特性优良，因此发明电阻浆料制备的电阻轨迹具有电阻低、与铝绝缘层材料相容、导电性良好并且发热效率高等优点。

具体实施方式

实施例1：1)微晶玻璃粉的制备：按重量百分比将40％的P₂O₅、38％的ZnO、7％的K₂O、2％的B₂O₃、3％的SnO₂、5％的SiO₂、1％的Li₂O、3％的Al₂O₃和1％的CuO在混料机中混合均匀后置于高温电阻炉中熔炼；熔炼温度为800℃，保温5小时，然后水淬，得到玻璃渣；将玻璃渣干燥置于行星式球磨机球磨3小时得到粒径小于5微米的微晶玻璃粉；

2)铝粉的制备：先将金属铝熔融，在全封闭容器内的高速盘式雾化器中待熔融金属过热到200℃时，并在情性气体保护下采用冷却速率为105K/s的急冷雾化装置进行雾化制粉，雾化的铝粉从容器上部通过惰性气体保护的管道输送至一次旋风分离器和二次带过滤网的喷淋塔进行气固分离，经干燥得到平均粒度为3～7μm的微细铝粉；

3)有机粘结剂的制备：按重量比将75％的松油醇、15％的柠檬酸三丁脂、5％的乙基纤维素、2％的硝基纤维素、1％的氢化蓖麻油和2％的卵磷脂在70℃溶解；

4)浆料制备：将微晶玻璃粉、有机粘结剂和金属铝粉置于球磨罐中以1200转/min，球磨3小时得到电阻浆料，其中固相成分：微晶玻璃粉、微细铝粉和有机粘结剂的重量比为50：50，固相成分中微细铝粉与微晶玻璃粉的重量比为80：20。

实施例2：1)微晶玻璃粉的制备：按重量百分比将35％的P₂O₅、50％的ZnO、5％的K₂O、3％的B₂O₃、2％的SnO₂和5％的Al₂O₃和在混料机中混合均匀后置于高温电阻炉中熔炼；熔炼温度为1000℃，保温3小时，然后水淬，得到玻璃渣；将玻璃渣干燥置于行星式球磨机球磨5小时得到粒径小于5微米的微晶玻璃粉；

2)铝粉的制备：先将金属铝熔融，在全封闭容器内的高速盘式雾化器中待熔融金属过热到250℃时，并在情性气体保护下采用冷却速率为106K/s的急冷雾化装置进行雾化制粉，雾化的铝粉从容器上部通过惰性气体保护的管道输送至一次旋风分离器和二次带过滤网的喷淋塔进行气固分离，经干燥得到平均粒度为3～7μm的微细铝粉；

3)有机粘结剂的制备：按重量比将98％的松油醇、0.5％的乙基纤维素、0.8％的硝基纤维素、0.6％的氢化蓖麻油和0.1％的卵磷脂在90℃溶解；

4)浆料制备：将微晶玻璃粉、有机粘结剂和金属铝粉置于球磨罐中以1200转/min，球磨3小时得到电阻浆料，其中固相成分：微晶玻璃粉、微细铝粉和有机粘结剂的重量比为75：25，固相成分中微细铝粉与微晶玻璃粉的重量比为55：45。

实施例3：1)微晶玻璃粉的制备：按重量百分比将55％的P₂O₅、35％的ZnO、6％的K₂O、1％的SiO₂、2％的Al₂O₃和1％的CuO在混料机中混合均匀后置于高温电阻炉中熔炼；熔炼温度为1200℃，保温1小时，然后水淬，得到玻璃渣；将玻璃渣干燥置于行星式球磨机球磨4小时得到粒径小于5微米的微晶玻璃粉；

2)铝粉的制备：先将金属铝熔融，在全封闭容器内的高速盘式雾化器中待熔融金属过热到300℃时，并在情性气体保护下采用冷却速率为107K/s的急冷雾化装置进行雾化制粉，雾化的铝粉从容器上部通过惰性气体保护的管道输送至一次旋风分离器和二次带过滤网的喷淋塔进行气固分离，经干燥得到平均粒度为3～7μm的微细铝粉；

3)有机粘结剂的制备：按重量比将80％的松油醇、10％的柠檬酸三丁脂、3％的乙基纤维素、1％的硝基纤维素、2％的氢化蓖麻油和4％的卵磷脂在60℃溶解；

4)浆料制备：将微晶玻璃粉、有机粘结剂和金属铝粉置于球磨罐中以1200转/min，球磨3小时得到电阻浆料，其中固相成分：微晶玻璃粉、微细铝粉和有机粘结剂的重量比为60：40，固相成分中微细铝粉与微晶玻璃粉的重量比为70：30。

实施例4：1)微晶玻璃粉的制备：按重量百分比将36％的P₂O₅、38％的ZnO、10％的K₂O、1％的B₂O₃、5％的SnO₂、3％的SiO₂、1.5％的Li₂O、4％的Al₂O₃和1.5％的CuO在混料机中混合均匀后置于高温电阻炉中熔炼；熔炼温度为900℃，保温4小时，然后水淬，得到玻璃渣；将玻璃渣干燥置于行星式球磨机球磨3.5小时得到粒径小于5微米的微晶玻璃粉；

2)铝粉的制备：先将金属铝熔融，在全封闭容器内的高速盘式雾化器中待熔融金属过热到280℃时，并在情性气体保护下采用冷却速率为106K/s的急冷雾化装置进行雾化制粉，雾化的铝粉从容器上部通过惰性气体保护的管道输送至一次旋风分离器和二次带过滤网的喷淋塔进行气固分离，经干燥得到平均粒度为3～7μm的微细铝粉；

3)有机粘结剂的制备：按重量比将90％的松油醇、5％的柠檬酸三丁脂、1％的乙基纤维素、0.5％的硝基纤维素、2.5％的氢化蓖麻油和1％的卵磷脂在70、90、60、80、50、100、85、75℃溶解；

4)浆料制备：将微晶玻璃粉、有机粘结剂和金属铝粉置于球磨罐中以1200转/min，球磨3小时得到电阻浆料，其中固相成分：微晶玻璃粉、微细铝粉和有机粘结剂的重量比为55：45，固相成分中微细铝粉与微晶玻璃粉的重量比为60：40。

实施例5：1)微晶玻璃粉的制备：按重量百分比将38％的P₂O₅、35％的ZnO、8％的K₂O、10％的B₂O₃、2.5％的SnO₂、2％的SiO₂、2％的Li₂O、2％的Al₂O₃和0.5％的CuO在混料机中混合均匀后置于高温电阻炉中熔炼；熔炼温度为1100℃，保温2小时，然后水淬，得到玻璃渣；将玻璃渣干燥置于行星式球磨机球磨3.8小时得到粒径小于5微米的微晶玻璃粉；

2)铝粉的制备：先将金属铝熔融，在全封闭容器内的高速盘式雾化器中待熔融金属过热到220℃时，并在情性气体保护下采用冷却速率为105K/s的急冷雾化装置进行雾化制粉，雾化的铝粉从容器上部通过惰性气体保护的管道输送至一次旋风分离器和二次带过滤网的喷淋塔进行气固分离，经干燥得到平均粒度为3～7μm的微细铝粉；

3)有机粘结剂的制备：按重量比将74％的松油醇、12％的柠檬酸三丁脂、4.5％的乙基纤维素、1.5％的硝基纤维素、3％的氢化蓖麻油和5％的卵磷脂在50℃溶解；

4)浆料制备：将微晶玻璃粉、有机粘结剂和金属铝粉置于球磨罐中以1200转/min，球磨3小时得到电阻浆料，其中固相成分：微晶玻璃粉、微细铝粉和有机粘结剂的重量比为70：30，固相成分中微细铝粉与微晶玻璃粉的重量比为75：25。

实施例6：1)微晶玻璃粉的制备：按重量百分比将36％的P₂O₅、36％的ZnO、5％的K₂O、5％的B₂O₃、10％的SnO₂、4％的SiO₂、0.5％的Li₂O、2.8％的Al₂O₃和0.7％的CuO在混料机中混合均匀后置于高温电阻炉中熔炼；熔炼温度为850℃，保温4.5小时，然后水淬，得到玻璃渣；将玻璃渣干燥置于行星式球磨机球磨4.2小时得到粒径小于5微米的微晶玻璃粉；

2)铝粉的制备：先将金属铝熔融，在全封闭容器内的高速盘式雾化器中待熔融金属过热到240℃时，并在情性气体保护下采用冷却速率为107K/s的急冷雾化装置进行雾化制粉，雾化的铝粉从容器上部通过惰性气体保护的管道输送至一次旋风分离器和二次带过滤网的喷淋塔进行气固分离，经干燥得到平均粒度为3～7μm的微细铝粉；

3)有机粘结剂的制备：按重量比将84.9％的松油醇、8％的柠檬酸三丁脂、4％的乙基纤维素、0.1％的氢化蓖麻油和3％的卵磷脂在100℃溶解；

4)浆料制备：将微晶玻璃粉、有机粘结剂和金属铝粉置于球磨罐中以1200转/min，球磨3小时得到电阻浆料，其中固相成分：微晶玻璃粉、微细铝粉和有机粘结剂的重量比为65：35，固相成分中微细铝粉与微晶玻璃粉的重量比为65：35。

实施例7：1)微晶玻璃粉的制备：按重量百分比将39％的P₂O₅、45％的ZnO、5％的K₂O、8％的SnO₂、1％的SiO₂和2％的Al₂O₃在混料机中混合均匀后置于高温电阻炉中熔炼；熔炼温度为1050℃，保温3.5小时，然后水淬，得到玻璃渣；将玻璃渣干燥置于行星式球磨机球磨4.6小时得到粒径小于5微米的微晶玻璃粉；

2)铝粉的制备：先将金属铝熔融，在全封闭容器内的高速盘式雾化器中待熔融金属过热到280℃时，并在情性气体保护下采用冷却速率为107K/s的急冷雾化装置进行雾化制粉，雾化的铝粉从容器上部通过惰性气体保护的管道输送至一次旋风分离器和二次带过滤网的喷淋塔进行气固分离，经干燥得到平均粒度为3～7μm的微细铝粉；

3)有机粘结剂的制备：按重量比将84％的松油醇、3％的柠檬酸三丁脂、2.7％的乙基纤维素、1.8％的硝基纤维素、5％的氢化蓖麻油和3.5％的卵磷脂在85℃溶解；

4)浆料制备：将微晶玻璃粉、有机粘结剂和金属铝粉置于球磨罐中以1200转/min，球磨3小时得到电阻浆料，其中固相成分：微晶玻璃粉、微细铝粉和有机粘结剂的重量比为72：28，固相成分中微细铝粉与微晶玻璃粉的重量比为63：37。

实施例8：1)微晶玻璃粉的制备：按重量百分比将40％的P₂O₅、40％的ZnO、9％的K₂O、5％的B₂O₃、0.8％的Li₂O、4％的Al₂O₃和1.2％的CuO在混料机中混合均匀后置于高温电阻炉中熔炼；熔炼温度为950℃，保温2.5小时，然后水淬，得到玻璃渣；将玻璃渣干燥置于行星式球磨机球磨4.8小时得到粒径小于5微米的微晶玻璃粉；

2)铝粉的制备：先将金属铝熔融，在全封闭容器内的高速盘式雾化器中待熔融金属过热到260℃时，并在情性气体保护下采用冷却速率为105K/s的急冷雾化装置进行雾化制粉，雾化的铝粉从容器上部通过惰性气体保护的管道输送至一次旋风分离器和二次带过滤网的喷淋塔进行气固分离，经干燥得到平均粒度为3～7μm的微细铝粉；

3)有机粘结剂的制备：按重量比将92％的松油醇、6％的柠檬酸三丁脂、1％的乙基纤维素、0.2％的硝基纤维素、0.5％的氢化蓖麻油和0.3％的卵磷脂在75℃溶解；

4)浆料制备：将微晶玻璃粉、有机粘结剂和金属铝粉置于球磨罐中以1200转/min，球磨3小时得到电阻浆料，其中固相成分：微晶玻璃粉、微细铝粉和有机粘结剂的重量比为58：42，固相成分中微细铝粉与微晶玻璃粉的重量比为74：26。

Claims (2)

1.基于铝绝缘层的厚膜电路电阻浆料，其特征在于：由固相成分：微晶玻璃粉、微细铝粉和有机粘结剂组成，固相成分与有机粘结剂的重量比为50～75：50～25，其中固相成分中微细铝粉与微晶玻璃粉的重量比为80～55：20～45；

所说的微晶玻璃粉为P₂O₅～ZnO～K₂O～B₂O₃～SnO₂系低熔点无铅微晶玻璃，按重量比含：35～55％的P₂O₅、35～50％的ZnO、5～10％的K₂O、0～10％的B₂O₃、0～10％的SnO₂、O～5％的SiO₂、O～2％的Li₂O、2～5％的Al₂O₃和0～1.5％的CuO；

所说的铝金属粉采用粒度为3～7μm的微细铝粉；

所说的机粘结剂按重量比含：75～98％的松油醇、0～15％的柠檬酸三丁脂、0.5～5％的乙基纤维素、0～2％的硝基纤维素、0.1～5％的氢化蓖麻油和0.1～5％的卵磷脂。

2.基于铝绝缘层的厚膜电路电阻浆料的制备方法，其特征在于：

1)微晶玻璃粉的制备

按重量百分比将35～55％的P₂O₅、35～50％的ZnO、5～10％的K₂O、0～10％的B₂O₃、0～10％的SnO₂、0～5％的SiO₂、0～2％的Li₂O、2～5％的Al₂O₃和0～1.5％的CuO在混料机中混合均匀后置于高温电阻炉中熔炼；熔炼温度为800～1200℃，保温1～5小时，然后水淬，得到玻璃渣；将玻璃渣干燥置于行星式球磨机球磨3～5小时得到粒径小于5微米的微晶玻璃粉；

2)铝粉的制备

先将金属铝熔融，在全封闭容器内的高速盘式雾化器中待熔融金属过热到200～300℃时，并在情性气体保护下采用冷却速率为105～107K/s的急冷雾化装置进行雾化制粉，雾化的铝粉从容器上部通过惰性气体保护的管道输送至一次旋风分离器和二次带过滤网的喷淋塔进行气固分离，经干燥得到平均粒度为3～7μm的微细铝粉；

3)有机粘结剂的制备

按重量比将75～98％的松油醇、0～15％的柠檬酸三丁脂、0.5～5％的乙基纤维素、0～2％的硝基纤维素、0.1～5％的氢化蓖麻油和0.1～5％的卵磷脂在50～100℃溶解；

4)浆料制备

将微晶玻璃粉、有机粘结剂和金属铝粉置于球磨罐中以1200转/min，球磨3小时得到电阻浆料，其中固相成分：微晶玻璃粉、微细铝粉和有机粘结剂的重量比为50～75：50～25，固相成分中微细铝粉与微晶玻璃粉的重量比为80～55：20～45。