專利名稱：一種無鉛銀電極漿料及其制造方法
技術領域：
該發(fā)明涉及一種可在550℃以下的較低溫度下燒結的無鉛銀電極漿料，該漿料作為電子陶瓷元件的印刷燒滲電極。通過絲網印刷，使?jié){料均勻地附著在陶瓷元件的表面，通過烘干、燒結等工藝，在陶瓷元件的表面形成優(yōu)良的銀導電層，使陶瓷元件表現(xiàn)出優(yōu)良的電氣性能。
背景技術：
電子陶瓷的瓷體為半導體或介質材料，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、化學鍍鎳和燒滲電極等。磁控濺射、真空鍍膜和化學鍍鎳等工藝的設備昂貴、成本較高以及生產效率較低等缺點，因此，燒滲電極工藝在實際生產中應用最為廣泛。
電極漿料由金屬導電粉，玻璃粘結劑，有機載體和添加劑等原料配制加工而成。金屬導電粉在電極中起導電作用，常用的金屬粉有銅粉、鋁粉、鋅粉和銀粉，由于銀粉的導電性優(yōu)良、在空氣中不易氧化，是一種應用最廣泛的金屬電極。無機粘結劑在燒結處理時熔化，將金屬導電粉附著在陶瓷體的表面，形成均勻的導電膜，導電膜的厚度為10-25um。有機載體起分散作用，使?jié){料呈一種比較穩(wěn)定的懸浮體，可以較長時間放置而不產生沉淀。添加劑主要是改善漿料的工藝性能，使?jié){料具有一定流動性、觸變性等。
目前所用的玻璃粘結劑是一種硼-硅-鉛玻璃料，這種玻璃料具有熔點較低、高溫熔化時流動性好、與許多陶瓷體的浸潤性好以及電極性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，一直得到了廣泛應用。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了50％以上。因此，這種漿料的使用對環(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代替硼-硅-鉛玻璃，無鉛玻璃料的熔點一般較高，如果把熔點降低，其化學性能又出現(xiàn)不穩(wěn)定。另外，無鉛玻璃料一般與陶瓷的浸潤性不好，使電極的附著力很??；同時無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的無鉛電極漿料是一個很難的課題。

發(fā)明內容
本發(fā)明就是要實現(xiàn)一種無鉛銀電極漿料，該漿料能在500℃以下的較低溫度下燒結，并具有很好的附著力和優(yōu)良的電氣性能。該無鉛電極漿料也可通過玻璃料的配方調節(jié)，得到450℃-850℃范圍內燒結的電極漿料。本發(fā)明通的技術方案為一種無鉛電極漿料，該漿料組份按重量比分別為銀導電粉 55-80％無鉛玻璃粘結劑 2-10％有機樹脂 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。
無鉛玻璃粘結劑為無鉛的鉍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％無鉛玻璃粘結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％。添加了過渡金屬氧化物NiO，MnO2，TiO2中的一種或幾種，過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％。
有機樹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％。
無鉛銀電極漿料制造方法及工藝如下a.無鉛玻璃粘結劑的制備無鉛玻璃粘結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℃，保溫時間10-30min，將熔化的玻璃淬火處理得到玻璃顆粒，對玻璃顆粒球磨粉碎并達到粒徑＜10um。
b.有機載體的配制將有機高分子樹脂按原料重量的2-15％，溶劑按原料重量的5-20％進行稱量，然后將高分子樹脂加熱至80℃-100℃，直到樹脂溶解，將樹脂在500-800目的網布上過濾除雜，得到有機載體。
c.有機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，將該混合有機體系攪拌均勻。
d.漿料的配制按銀導電粉55-80％，無鉛玻璃粘結劑2-10％，配制好的有機添加劑，配制好的有機載體按比例稱量，并在容器中攪拌分散均勻后進行三輥研磨，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方案，本發(fā)明的制造方法的優(yōu)點在于本發(fā)明設計出的一種鉍-硼-硅系無鉛玻璃料，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性，而且還能與陶瓷體很好潤濕、性能穩(wěn)定和電氣性能好。本發(fā)明還通過一定的制造工藝和配方設計，制造出了一種性能優(yōu)良、工藝性好的無鉛電極漿料。具體優(yōu)點如下1.選用鉍-硼-硅玻璃料作為無鉛玻璃粘結劑，實現(xiàn)了電極漿料的無鉛化。通過添加適當?shù)膲A金屬、堿土金屬氧化物和過渡金屬氧化物，降低了玻璃料的熔點，增加了玻璃料的化學穩(wěn)定性并有優(yōu)良的電性能。
2.選用低熔點的無鉛玻璃粘結劑，可得到能在550℃以下的較低溫度下燒結的漿料。也可通過無鉛玻璃粘結劑的配方調節(jié)，得到500℃-850℃范圍內燒結的電極漿料。該電極具有附著力強、可焊性好、導電性高和電性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。
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電性能。
4.選擇合適的有機載體和添加劑，使?jié){料具有很好的工藝性，完全滿足大生產的工藝要求。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
無鉛銀電極漿料制造方法及工藝如下一種無鉛電極漿料，該漿料組份按重量比分別為銀導電粉 55-80％無鉛玻璃粘結劑 2-10％有機樹脂 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。
無鉛玻璃粘結劑為無鉛的鉍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％無鉛玻璃粘結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％。
無鉛玻璃粘結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％。
無鉛玻璃粘結劑中添加了過渡金屬氧化物NiO，MnO2，TiO2中的一種或幾種，過渡金屬氧化物的總含量為1-8％。
無鉛玻璃粘結劑中添加了ZnO和Al2O3，其含量均為1-8％。
有機樹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程a.無鉛玻璃粘結劑的制備無鉛玻璃粘結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℃，保溫時間10-30min，將熔化的玻璃淬火處理得到玻璃顆粒，對玻璃顆粒球磨粉碎并達到粒徑＜10um。
b.機載體的配制將有機高分子樹脂按原料重量的2-15％，溶劑按原料重量的5-20％進行稱量，然后將高分子樹脂加熱至80℃-100℃，直到樹脂溶解，將樹脂在500-800目的網布上過濾除雜，得到有機載體。
c.有機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，將該混合有機體系攪拌均勻。
d.漿料的配制按銀導電粉55-80％，無鉛玻璃粘結劑2-10％，配制好的有機添加劑，配制好的有機載體按比例稱量，并在容器中攪拌分散均勻后進行三輥研磨，控制漿料的粘度為20-150Pa.s，漿料的粒度為＜10um。
實施例1一種無鉛電極漿料(配制100g)，其生產工藝如下1.無鉛玻璃粘結劑配方(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.有機載體和有機添加劑配制。有機載體松油醇10g，乙基纖維素并在80-100℃加熱處理，使其充分溶解混合。有機添加劑松油醇5g，環(huán)烷酸鋅3g。
5.漿料配制按銀導電粉70g，無機玻璃粘結劑3g，加入配制好的有載體和有機添加劑，并在容器中攪拌分散均勻后進行三輥研磨，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，測試條件7.5RPM附著力＞10N/mm方阻＜5mΩ/□含鉛量＜100ppm燒結溫度480℃實施例2一種無鉛電極漿料(配制100g)，其生產工藝如下1.無鉛玻璃粘結劑配方(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.有機載體和有機添加劑配制。有機載體松油醇10g，乙基纖維素7g，并在80-100℃加熱處理，使其充分溶解混合。有機添加劑松油醇5g，環(huán)烷酸鋅3g。
5.漿料配制按銀導電粉75g，無機玻璃粘結劑5g，加入配制好的有機載體和有機添加劑，并在容器中攪拌分散均勻后進行三輥研磨，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，測試條件7.5RPM附著力＞10N/mm2方阻＜5mΩ/□
含鉛量＜100ppm燒結溫度510℃實施例3一種無鉛電極漿料(配制100g)，其生產工藝如下1.無鉛玻璃粘結劑配方(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.有機載體和有機添加劑配制。有機載體松油醇15g，乙基纖維素7g，并在80-100℃加熱處理，使其充分溶解混合。有機添加劑松油醇5g，環(huán)烷酸鋅3g。
5.漿料配制按銀導電粉60g，無機玻璃粘結劑10g，加入配制好的有機載體和有機添加劑，并在容器中攪拌分散均勻后進行三輥研磨，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，測試條件7.5RPM附著力＞10N/mm2方阻＜10mΩ/□含鉛量＜100ppm燒結溫度650℃
權利要求
1一種無鉛銀電極漿料，銀電極漿料，其特征在于該漿料組份按重量比分別為銀導電粉55-80％無鉛玻璃粘結劑2-10％有機樹脂2-15％添加劑2-10％溶劑10-25％玻璃粘結劑是一種無鉛玻璃料，該玻璃料為鉍-硼-硅系材料，并添加了Al2O3，ZnO，MgO，CaO，Na2O，Li2O，NiO，MnO2，TiO2，無鉛玻璃粘結劑的配方配比為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.根據權利要求1所述的無鉛銀電極漿料，其特征在于無鉛玻璃粘結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根據權利要求1所述的無鉛銀電極漿料，其特征在于無鉛玻璃粘結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根據權利要求1所述的無鉛銀電極漿料，其特征在于無鉛玻璃粘結劑中添加了過渡金屬氧化物NiO，MnO2，TiO2中的一種或幾種，過渡金屬氧化物的總含量為1-8％。
5根據權利要求1所述的無鉛銀電極漿料其特征在于無鉛玻璃粘結劑中添加了ZnO和Al2O3，其含量均為1-8％。
6根據權利要求1所述的無鉛銀電極漿料，其特征在于銀導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根據權利要求1所述的無鉛銀電極漿料，其特征在于無鉛漿料所用的有機樹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根據權利要求1所述的無鉛銀電極漿料，其特征在于無鉛漿料所用的有機添加劑包括觸變劑、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根據權利要求1所述的無鉛銀電極漿料，其特征在于無鉛漿料所用的有機溶劑選用松節(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程a.無鉛玻璃粘接劑的配制根據權利1要求的無鉛玻璃粘接劑的配方進行稱料，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℃，保溫時間10-30min，將熔化的玻璃淬火處理得到玻璃顆粒，對玻璃顆粒球磨粉碎并達到粒徑＜10um。b.有機載體的配制將有機高分子樹脂按原料重量的2-15％，溶劑按原料重量的5-20％進行稱量，然后將高分子樹脂加熱至80℃-100℃，直到樹脂溶解，將樹脂在500-800目的網布上過濾除雜，得到有機載體。c.有機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，將該混合有機體系攪拌均勻。d.漿料的配制將銀導電粉按原料重量的55-80％，b配好的有機載體，c中配好的有機添加劑，以及無鉛玻璃粘結劑進行混合攪拌。e.無鉛漿料的制造將d中得到的混合原料在三輥研磨機上進行研磨，通過一定的研磨過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鉛銀電極漿料及其制造方法，該無鉛銀電極漿料的組分及含量按重量比分別為銀導電粉55－80％、無鉛玻璃粘結劑2－10％、有機樹脂2－15％、添加劑2－10％、溶劑10－25％。該無鉛銀電極漿料的制造方法包括無鉛玻璃粘結劑的制備、有機載體的配制、無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的無鉛銀電極漿料，該漿料應用于電子陶瓷元件的電極時可以在500℃以下的較低溫度下燒結，也可通過無鉛玻璃粘結劑的配方調節(jié)，得到450℃－850℃范圍內燒結的銀電極漿料。該電極具有附著力強、可焊性好、導電性高和電性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。
文檔編號H01B1/00GK1687992SQ200510018699
公開日2005年10月26日 申請日期2005年5月13日 優(yōu)先權日2005年5月13日
發(fā)明者范琳 申請人:范琳