CN101710509A - 一种厚膜电阻器用无铅化镍电极浆料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种厚膜电阻器用无铅化镍电极浆料的制备方法：按照质量百分比，称取40-60％的超细镍粉、2-10％无铅玻璃粉末、20-50％有机载体和5-12％添加剂备用；所述超细镍粉平均粒径为0.05-5μm，无铅玻璃粉末平均粒径为0.01-5μm；所述超细镍粉、无铅玻璃粉末、有机载体和添加剂总质量为100％；将超细镍粉和无铅玻璃粉末混合均匀，在球磨机或球磨床混合1-10小时得到一次混合物；经干燥、辊轧后得到无铅化镍电极浆料。本发明的镍电极浆料中不含铅等有害的物质，在浆料的生产加工过程中不存在危害性，有利于环境保护；并且解决了以往厚膜电阻器基板共烧前后产生变形等影响生产的因素，有利于降低生产成本，符合当今社会发展的大趋势。
Description
技术领域
本发明属于微电子元器件中的厚膜电阻器制造领域，涉及一种厚膜电阻器用电极浆料的制备方法，尤其是一种无铅化镍电极浆料的制备方法。
背景技术
随着新材料、新工艺和新的科学技术的飞速发展，电子整机和表面组装技术的发展也非常迅速，微电子元器件也越来越接近于人们的日常生活。作为微电子元器件中不可或缺的组成部分，厚膜工艺技术将各种具有不同电性能的组件(如微电阻、微电容等)以厚膜丝网印刷的形式形成集成电路或大规模集成电路，从而形成高度集成、性能稳定、价格低廉的微电子产品。电子浆料是制备厚膜电路或者微电子元器件功能电极的材料，它通过将功能粉末在有机粘结剂中分散制成浆体，混合后在非导电基板上或半导体基板上印刷形成导电性、电阻体、绝缘体、电容体等各种功能元器件，因此是发展微电子元器件的基础材料，也是制备厚膜高精度混合集成电路和其它大规模集成电路的关键材料。
从20世纪中期开始，人们就进行了对电子元器件用的电子浆料的研究。特别是第二次世界大战以后，随着电子工业以指数递增发展，集成电路板从单层变为多层布线，形成混合集成电路模块和多层片式电容及片式电阻元件，同时电子工业的制造成本的大幅降低，高精尖的电子产品也从简单的军用领域扩展到民用电器，各种混合集成电路、新型陶瓷电容器内电极和段电极浆料、多层布线导体浆料、通孔浆料、电磁屏蔽膜浆料、厚膜电阻器电极浆料等电子浆料也随之得到了迅速的规模化发展。
一般来讲，电子浆料的主要成分包括有功能相如金属、贵金属粉末等、无机粘结剂如玻璃粉末、氧化物粉末等、有机粘结剂、其它的溶剂和添加剂。通常，电子浆料中的功能相起导电作用，要具有很好的导电性能，一般由金属粉末或贵金属粉末来充当，常用的金属粉末有铜粉、铝粉、锌粉、镍粉等，常用的贵金属粉有银粉、铂粉、钯粉等，随着贵金属价格的不断飞涨，低成本的贱金属浆料日益受到重视，已在某些应用领域替代贵金属浆料，特别是金属镍，由于镍份具有良好的导电特性、性能稳定、优良的可焊性、熔点较高，在电场中不易迁移，已应用于电子工业，主要制成陶瓷电容器和热敏陶瓷用电极浆料。无机粘结剂起固定电子浆料到基材的作用，一般由氧化物粉末和玻璃粉末来充当，但是这一成分在电子浆料的比重比较低，有的甚至没有；有机粘结剂主要起使浆料具有一定的形状、易于印刷或涂敷的作用，主要有高分子树脂、小分子树脂等来充当，随着化学工业技术的进步这部分在电子浆料中的作用越来越突出，尤其是在应用于丝网印刷时，改变有机粘结剂的成分就可以改变电子浆料的印刷、干燥、烧结性能。除此在外，电子浆料中还要加入其它的分散剂、消泡剂等来改变浆料外观、流动性、触变性的成分。
目前应用于厚膜电阻器最普遍的是银-钯浆料，但是其成本比较高，价格昂贵，不易大量采用。另外，银-钯浆料中还含有铅等危害人类身体健康的元素，随着电子工业的发展，节能环保越来越被人们所接受，使厚膜镍浆的研究越来越受到人们的重视。
目前国内外研制的镍浆主要用于混合集成电路、显示器等电子元器件的金属化层，但很少有用于厚膜电阻器的镍浆。具有代表性的镍浆专利为JP05-121204，提出镍粉作为导电材料，但为了提高镍的耐热性和抗氧化性，加入了2-15％的贵金属铂和钯，使其成本有所提高。在中国专利02145520.1中提出了一种采用直接用化学法在镍粉表面形成银保护膜的方法，保护镍粉在高温下不被氧化，但是未提及导体浆料的组成及制备方法。在中国专利200810047907.8中提出的是一种采用直接在亚微米级镍粉表面包覆纳米银粉的方法，得到镍基金属粉，在浆料中加入了抗氧化剂硼，使其浆料的抗氧化温度可以达到900℃，用于陶瓷电容器等的电极。在中国专利200810047908.2中提出用的镍份为0.1-2.0μm的球粉，抗氧化剂为B、Cr、Y中的一种或几种，抗氧化温度在800-900℃可调。但是以上镍浆料中不是在镍中掺杂贵金属元素，使其成本比较高，就是浆料的烧结温度较高，浪费了大量的能源，不符合现代人们日益关注的节能要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，采用特殊原料配比，设计的一种制备用于厚膜电阻器用无铅化镍电极浆料的方法，其生产加工不存在危害性，用本方法获得的厚膜电阻器用无铅化镍电极浆料的制备具有价格低廉、可以规模化生产、符合现行环保法规、可以代替部分贵金属电极浆料用于微电子产品制造领域。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：一种厚膜电阻器用无铅化镍电极浆料的制备方法：
(1)备料：按照质量百分比，称取40-60％的超细镍粉、2-10％无铅玻璃粉末、20-50％有机载体和5-12％添加剂备用；所述超细镍粉平均粒径为0.05-5μm，无铅玻璃粉末平均粒径为0.01-5μm；所述超细镍粉、无铅玻璃粉末、有机载体和添加剂总质量为100％；所述添加剂由流延剂和触变剂构成，其中流延剂和触变剂的质量百分比为1∶1；所述流延剂是邻苯二甲酸二丁酯、聚乙烯吡咯烷酮、月桂酸单甘油脂中的一种或其混合物；所述触变剂是碳酸钙、磷酸三钙、碳酸氢钠中的一种或其混合物；
(2)混合：将步骤(1)中所得的超细镍粉和无铅玻璃粉末混合均匀，并用无水乙醇作有机载体，混合后在球磨机或球磨床混合1-10小时得到一次混合物；
(3)干燥：将步骤(2)中所得的混合物在40-80℃条件下烘干0.5-2小时，然后室温冷却得到二次混合物；
(4)加入有机载体：将步骤(1)中所得的添加剂加入到步骤(3)中所得的二次混合物中混合均匀，过滤得到初步的浆料；
(5)辊轧：将步骤(4)中所得的初步的浆料用三辊轧机进行2-7遍辊轧，检查到0-5μm的细度为止，然后经过400目的筛网过滤得到无铅化镍电极浆料。
所述步骤(1)备料：按照质量百分比，称取40％、50％或60％的超细镍粉、2％、5％、8％或10％无铅玻璃粉末、20％、30％、40％或50％有机载体和5％、8％或12％添加剂备用。
所述步骤(2)在球磨机或球磨床混合1小时、3小时、5小时、8小时或10小时得到一次混合物。
所述步骤(3)干燥：将步骤(2)中所得的混合物在40℃、50℃、60℃、70℃或80℃条件下烘干0.5小时、1小时、1.5小时或2小时。
所述步骤(5)辊轧：将步骤(4)中所得的初步的浆料用三辊轧机进行2、3、4、5、6或7遍辊轧。
在本发明中，超细镍粉构成了本电极浆料的导电功能相，改变超细镍粉的添加比例可以调节最终制成的镍电极浆料的电极性能。有机载体选择了乙基纤维素松油醇、羟基醇体系，改变有机载体的成分可以调节最终制成的镍电极浆料的工艺性能，如粘度等。无铅玻璃粉末选择硼铝硅酸锌体系，可以根据所选择的厚膜电阻器基板的物理性能如膨胀系数、转变温度等选择无铅玻璃粉末的成分，使两者的物理性能如膨胀系数、转变温度等基本相同或接近，这样就能得到较强的附着力。改变分散剂、消泡剂和表面活性剂的添加比例可以调节最终制成的银电极浆料的流淌性、触变性等表观与印刷性能。使用本方法得到的镍电极浆料印刷或涂敷于相应的厚膜电阻器基板上，在常温下溜平10-30分钟，在100-150℃温度条件下干燥，在500-700℃温度条件下进行共烧，得到的镍电极表面光滑、电性能优良，适用于厚膜电阻器的生产。
由于本发明的镍电极浆料中不含铅等有害的物质，在浆料的生产加工过程中不存在危害性，同时有利于环境保护；另外本发明的镍电极浆料中的玻璃粉末与相应的厚膜电阻器基板的物理性能如膨胀系数、转变温度等基本相同或接近，解决了以往厚膜电阻器基板共烧前后产生变形等影响生产的因素，有利于降低生产成本，符合当今社会发展的大趋势。
具体实施方式
本发明的一种厚膜电阻器用无铅化镍电极浆料的制备方法如下：
第一、无机粉末的混合：首先称取质量百分比为40-60％的超细镍粉，其平均粒径为0.05-5μm，然后称取质量百分比为2-10％无铅玻璃粉末，其平均粒径为0.01-5μm，然后将超细镍粉和无铅玻璃粉末混合在一起，用无水乙醇作有机载体，用球磨机或球磨床混合1-10小时；
第二、无机混合物干燥：把混合好的超细镍粉与无铅玻璃粉末在40-80℃条件下烘干0.5-2小时，然后室温冷却；
第三、有机载体的加入：按照前述质量百分比把称量的有机载体和其它的添加剂加入到上述超细镍份与无铅玻璃粉末的混合物中，用行星式搅拌机进行充分搅拌，直到混合均匀为止，然后经过滤得到初步的浆料；
第四、浆料的辊轧：把上述得到的初步的浆料用三辊轧机进行2-7遍辊轧，检查到0-5μm的细度为止，然后经过400目的筛网过滤得到无铅化镍电极浆料。
以下结合具体实施例进一步说明本发明的制备过程：
实施例1：
首先称取55克的平均粒径为0.05-5μm的超细镍粉，然后称取7克平均粒径为0.01-5μm的无铅玻璃粉末，然后将超细镍粉和无铅玻璃粉末混合在一起，用无水乙醇作有机载体，用球磨机或球磨床混合7小时；
然后把混合好的镍粉与无铅玻璃粉末在55℃条件下烘干2小时，然后室温冷却；
再按照前述质量百分比称量好31克有机载体和3的邻苯二甲酸二丁酯作为流延剂和4克的磷酸三钙作为触变剂等加入到上述超细镍粉与无铅玻璃粉末的混合物中，用行星式搅拌机进行充分搅拌，直到混合均匀为止，然后经过滤得到初步的浆料；
最后把上述得到的初步的浆料用三辊轧机进行6遍辊轧，检查到0-5μm的细度为止，然后经过400目的筛网过滤得到无铅化镍电极浆料。
实施例2：
首先称取40克的平均粒径为0.05-5μm的超细镍粉，然后称取8.5克平均粒径为0.01-5μm的无铅玻璃粉末，然后将超细镍粉和无铅玻璃粉末混合在一起，用无水乙醇作有机载体，用球磨机或球磨床混合7小时；
然后把混合好的镍粉与无铅玻璃粉末在50℃条件下烘干2小时，然后室温冷却；
再按照前述质量百分比称量好42克有机载体和7克的聚乙烯吡咯烷酮作为流延剂和1.5克的碳酸氢钠作为触变剂等加入到上述超细镍粉与无铅玻璃粉末的混合物中，用行星式搅拌机进行充分搅拌，直到混合均匀为止，然后经过滤得到初步的浆料；
最后把上述得到的初步的浆料用三辊轧机进行7遍辊轧，检查到0-5μm的细度为止，然后经过400目的筛网过滤得到无铅化镍电极浆料。
实施例3：
首先称取60克的平均粒径为0.05-5μm的超细镍粉，然后称取4.5克平均粒径为0.01-5μm的无铅玻璃粉末，然后将超细镍粉和无铅玻璃粉末混合在一起，用无水乙醇作有机载体，用球磨机或球磨床混合7小时；
然后把混合好的镍粉与无铅玻璃粉末在60℃条件下烘干1小时，然后室温冷却；
再按照前述质量百分比称量好30克有机载体和3.5克的月桂酸单甘油脂作为流延剂和2克的磷酸三钙作为触变剂等加入到上述超细镍粉与无铅玻璃粉末的混合物中，用行星式搅拌机进行充分搅拌，直到混合均匀为止，然后经过滤得到初步的浆料；
最后把上述得到的初步的浆料用三辊轧机进行4遍辊轧，检查到0-5μm的细度为止，然后经过400目的筛网过滤得到无铅化镍电极浆料。
实施例4：
首先称取45.5克的平均粒径为0.05-5μm的超细镍粉，然后称取6.5克平均粒径为0.01-5μm的无铅玻璃粉末，然后将超细镍粉和无铅玻璃粉末混合在一起，用无水乙醇作有机载体，用球磨机或球磨床混合5小时；
然后把混合好的镍粉与无铅玻璃粉末在70℃条件下烘干1.5小时，然后室温冷却；
再按照前述质量百分比称量好39.5克有机载体和5克的聚乙烯吡咯烷酮作为流延剂和3.5克的碳酸钙作为触变剂等加入到上述超细镍粉与无铅玻璃粉末的混合物中，用行星式搅拌机进行充分搅拌，直到混合均匀为止，然后经过滤得到初步的浆料；
最后把上述得到的初步的浆料用三辊轧机进行7遍辊轧，检查到0-5μm的细度为止，然后经过400目的筛网过滤得到无铅化镍电极浆料。
实施例5：
首先称取56.5克的平均粒径为0.05-5μm的超细镍粉，然后称取5.5克平均粒径为0.01-5μm的无铅玻璃粉末，然后将超细镍粉和无铅玻璃粉末混合在一起，用无水乙醇作有机载体，用球磨机或球磨床混合5小时；
然后把混合好的镍粉与无铅玻璃粉末在45℃条件下烘干2小时，然后室温冷却；
再按照前述质量百分比称量好32克的有机载体和4.75克的邻苯二甲酸二丁酯作为流延剂和1.25克的磷酸三钙作为触变剂等加入到上述超细镍粉与无铅玻璃粉末的混合物中，用行星式搅拌机进行充分搅拌，直到混合均匀为止，然后经过滤得到初步的浆料；
最后把上述得到的初步的浆料用三辊轧机进行5遍辊轧，检查到0-5μm的细度为止，然后经过400目的筛网过滤得到无铅化镍电极浆料。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (5)
1.一种厚膜电阻器用无铅化镍电极浆料的制备方法，其特征在于：
(1)备料：按照质量百分比，称取40-60％的超细镍粉、2-10％无铅玻璃粉末、20-50％有机载体和5-12％添加剂备用；所述超细镍粉平均粒径为0.05-5μm，无铅玻璃粉末平均粒径为0.01-5μm；所述超细镍粉、无铅玻璃粉末、有机载体和添加剂总质量为100％；所述添加剂由流延剂和触变剂构成，其中流延剂和触变剂的质量百分比为1∶1；所述流延剂是邻苯二甲酸二丁酯、聚乙烯吡咯烷酮、月桂酸单甘油脂中的一种或其混合物；所述触变剂是碳酸钙、磷酸三钙、碳酸氢钠中的一种或其混合物；
(2)混合：将步骤(1)中所得的超细镍粉和无铅玻璃粉末混合均匀，并用无水乙醇作有机载体，混合后在球磨机或球磨床混合1-10小时得到一次混合物；
(3)干燥：将步骤(2)中所得的混合物在40-80℃条件下烘干0.5-2小时，然后室温冷却得到二次混合物；
(4)加入有机载体：将步骤(1)中所得的添加剂加入到步骤(3)中所得的二次混合物中混合均匀，过滤得到初步的浆料；
(5)辊轧：将步骤(4)中所得的初步的浆料用三辊轧机进行2-7遍辊轧，检查到0-5μm的细度为止，然后经过400目的筛网过滤得到无铅化镍电极浆料。
2.如权利要求1所述一种厚膜电阻器用无铅化镍电极浆料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)备料：按照质量百分比，称取40％、50％或60％的超细镍粉、2％、5％、8％或10％无铅玻璃粉末、20％、30％、40％或50％有机载体和5％、8％或12％添加剂备用。
3.如权利要求1所述一种厚膜电阻器用无铅化镍电极浆料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)在球磨机或球磨床混合1小时、3小时、5小时、8小时或10小时得到一次混合物。
4.如权利要求1所述一种厚膜电阻器用无铅化镍电极浆料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)干燥：将步骤(2)中所得的混合物在40℃、50℃、60℃、70℃或80℃条件下烘干0.5小时、1小时、1.5小时或2小时。
5.如权利要求1所述一种厚膜电阻器用无铅化镍电极浆料的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)辊轧：将步骤(4)中所得的初步的浆料用三辊轧机进行2、3、4、5、6或7遍辊轧。
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| CN101710509B (zh) | 2011-06-15 |
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