專利名稱：厚膜電路用絕緣介質(zhì)漿料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
厚膜電路用漿料是指分散在有機(jī)介質(zhì)中的金屬和玻璃和/或陶瓷粉的混合物，將這些漿料涂布于非導(dǎo)電性基片上形成導(dǎo)電的、電阻的或絕緣的膜。厚膜電路用絕緣介質(zhì)漿料廣泛應(yīng)用于電子元件和光電子器件中，這些器件的厚膜多層電路中通常由若干個(gè)形成在絕緣層上的導(dǎo)電層構(gòu)成。各導(dǎo)電層間有絕緣層，層與層間的導(dǎo)電電路通過通孔互連。在單層電路中，絕緣基片(比如Al2O3陶瓷、或?qū)щ娔げＡ?上用絕緣介質(zhì)漿料制作絕緣層，承載形成于其上的電阻、電容等元件和接線。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中絕緣漿料燒結(jié)后形成的絕緣層易產(chǎn)生裂紋、剝離、針孔等缺陷而導(dǎo)致器件成品率低，壽命短。隨著電子元件、光電子元件的技術(shù)進(jìn)展，要求厚膜電路中絕緣層具有更高的絕緣性，漿料滿足快速制作的工藝要求。本發(fā)明的厚膜電路用介質(zhì)漿料可以用于形成厚膜多層電路中的絕緣層，該絕緣層能牢固地和多層電路中的導(dǎo)電層、電阻層結(jié)合，并呈現(xiàn)優(yōu)良的絕緣性能，不會(huì)影響相鄰的厚膜導(dǎo)電層和電阻層的特性。也可以用于直接在絕緣基片(比如Al2O3陶瓷、或?qū)щ娔げＡ?上制作絕緣層，然后在其上面制作電阻和電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種可用于制作厚膜單層和多層電路中絕緣層的漿料。該組合物主要由絕緣玻璃、無機(jī)顏料和有機(jī)介質(zhì)組成。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是通過合理設(shè)計(jì)有機(jī)介質(zhì)的配方、在無機(jī)玻璃組成中引入TiO2和ZrO2、控制無機(jī)玻璃和所加無機(jī)顏料的粒度和粒度分布、通過加入消泡劑或真空去除漿料中的微小氣泡等技術(shù)集成創(chuàng)新，改善了漿料的工藝性能和燒結(jié)后形成的絕緣層的絕緣性能。
本發(fā)明的有益效果是該漿料可以滿足絲網(wǎng)印刷方法和噴涂方法等快速制作器件的工藝要求。制作的絕緣層宏觀缺陷例如針孔、氣泡少，電氣強(qiáng)度高，平均10μm厚絕緣層電氣強(qiáng)度大于600V，5V直流電源作用下10μm厚絕緣層漏電流小于10μA。
絕緣玻璃本發(fā)明提供了一種鉛硅硼酸鹽體系的絕緣玻璃，制成漿料后經(jīng)過絲網(wǎng)印刷、干燥、燒結(jié)后其在20-350℃內(nèi)平均熱膨脹系數(shù)約為(73±3)×10-7/℃，燒結(jié)溫度540至600℃，具有絕緣電氣強(qiáng)度高的特點(diǎn)。
本發(fā)明中的鉛硅硼酸鹽絕緣玻璃，其組成及其重量百分?jǐn)?shù)為PbO 50～80％，B2O33～20％，SiO25～30％，Al2O30～10％，TiO20.5～5％，ZrO20.5～5％，其它可添加Bi2O3、ZnO、CaO、BaO等氧化物組分調(diào)節(jié)燒結(jié)后絕緣層的熱膨脹系數(shù)和燒結(jié)時(shí)玻璃的溫度粘度特性，各組分重量百分?jǐn)?shù)之和為100％。各氧化物含量主要是要求滿足絕緣玻璃粉制成漿料后經(jīng)過絲網(wǎng)印刷或噴涂方法制作濕膜、經(jīng)燒結(jié)后其在20-350℃內(nèi)平均熱膨脹系數(shù)約為(73±3)×10-7/℃，燒結(jié)溫度540至600℃，滿足絕緣電氣強(qiáng)度高的要求。
本發(fā)明中的玻璃制備方法是將各種原料按照設(shè)計(jì)配方各種氧化物含量進(jìn)行稱量配料。其中PbO可以由紅丹(Pb3O4)、黃丹(PbO)或硅酸鉛(PbSiO4)引入；B2O3由硼酐或硼酸引入；SiO2由砂巖、硅砂、石英粉引入；Al2O3、TiO2、ZrO2、Bi2O3和ZnO分別用其氧化物引入；CaO由CaCO3引入。配料混合均勻，經(jīng)過熔制、粗碎、細(xì)碎至粉體最大顆粒粒徑不超過10微米，平均粒徑D90優(yōu)選為0.5～5微米。
本發(fā)明中絕緣玻璃粉占漿料總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)為65～90％，優(yōu)選75～85％。
顏料本發(fā)明的漿料燒結(jié)后可以為黑色、綠色、紅色、藍(lán)色。任何無機(jī)顏料都可以用于本發(fā)明中的厚膜電路用絕緣介質(zhì)漿料。無機(jī)顏料細(xì)碎至粉體最大顆粒粒徑不超過10微米，平均粒徑D90優(yōu)選為0.5～5微米。
顏料占絕緣玻璃粉總質(zhì)量的百分比為2～20％，優(yōu)選5～15％。
有機(jī)介質(zhì)有機(jī)介質(zhì)要求能提供對(duì)顏料和絕緣介質(zhì)玻璃以及基片的適當(dāng)潤濕性、無機(jī)粉體在漿料中的分散性、以及良好工藝性能。滿足具體的涂布方法例如絲網(wǎng)印刷、噴涂制備工藝的流變性和粘度要求。干燥后其膜強(qiáng)度足以抵抗劇烈的搬運(yùn)并具有良好的燒結(jié)性能。
原則上本發(fā)明中任何一種不同有機(jī)液體，帶或不帶增稠劑、穩(wěn)定劑和/或其它一般添加劑均可以使用。本發(fā)明中作為增稠劑的樹脂類主要有聚甲基丙烯酸酯、醇酸樹脂、聚丙烯酸樹脂、乙基纖維素和硝化纖維素。溶劑可以使用松油、松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、乙酸乙酯等單個(gè)溶劑或以上幾種溶劑的混合物。有機(jī)介質(zhì)一般占漿料的6-25％。
優(yōu)選的有機(jī)介質(zhì)是將醇酸樹脂、聚丙烯酸樹脂、乙基纖維素、硝化纖維素溶于松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯，這些溶劑既可單獨(dú)使用，也可混合使用。乙基纖維素或硝化纖維素的用量依最終要求配方粘度決定，而粘度又取決于漿料的應(yīng)用方法，例如絲網(wǎng)印刷法。乙基纖維素或硝化纖維素的用量一般占有機(jī)介質(zhì)總質(zhì)量的2～20％，優(yōu)選為3～15％。另外可選擇性的加入分散劑、消泡劑，防沉劑等調(diào)整漿料的流變特性。
漿料的制備將玻璃粉、顏料預(yù)先均勻混合后稱為無機(jī)粉體，加入有機(jī)介質(zhì)，其中有機(jī)介質(zhì)占漿料總質(zhì)量的10～40％，優(yōu)選為15～25％?；旌暇鶆蚝?，在三輥分散機(jī)或高速剪切分散設(shè)備中分散至細(xì)度小于15μm，優(yōu)選細(xì)度小于10μm。
將漿料通過加入消泡劑或真空去除漿料中氣泡即為本發(fā)明厚膜電路用絕緣介質(zhì)漿料成品。
具體實(shí)施例方式
以下通過一些有代表性的漿料制備實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，但是這些實(shí)施例并不意味對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。
實(shí)施例11)絕緣玻璃的制備將PbO 60％，B2O315％，SiO220％，Al2O33％，TiO21％，ZrO21％，按重量比混合均勻后在1350℃下保溫30分鐘熔化后，將玻璃液澆至對(duì)輥機(jī)壓制成1-2mm厚的薄片，將該玻璃片研磨后過100目篩備用。
2)將過100目篩的玻璃粉和商購的陶瓷用黑顏料按90∶10的重量比混合均勻。然后細(xì)磨至最大粒徑小于10μm，平均粒徑D90小于5μm。稱為無機(jī)粉體。
3)有機(jī)介質(zhì)的制備先將松油醇、丁基卡必醇醋酸酯(二甘醇丁醚醋酸酯)、鄰苯二甲酸二丁酯按重量比40％、40％、20％先混合均勻，稱為溶劑。然后加入乙基纖維素作為增稠劑。乙基纖維素與溶劑的重量比為6∶94。加熱至60～90℃溶解后，過325目篩冷卻后即為有機(jī)介質(zhì)。
4)將無機(jī)粉體和有機(jī)介質(zhì)按重量比84∶16混合均勻。在三輥分散機(jī)中輥軋分散至細(xì)度小于10μm。然后通過真空排除氣泡后即為介質(zhì)漿料。
5)將漿料用絲網(wǎng)印刷方法制作樣品，測(cè)定電氣強(qiáng)度平均10μm厚絕緣層大于700V，5V直流電源作用下10μm厚絕緣層漏電流小于9μA。
實(shí)施例21)絕緣玻璃的制備將PbO 62％，B2O310％，SiO221％，Al2O31％，TiO21％，ZrO23％，Bi2O32％，按重量比混合均勻后在1360℃下保溫30分鐘熔化后，將玻璃液澆至對(duì)輥機(jī)壓制成1-2mm厚的薄片，將該玻璃片研磨后過100目篩備用。
2)將過100目篩的玻璃粉和商購的陶瓷用藍(lán)顏料按96∶4的重量比混合均勻。然后細(xì)磨至最大粒徑小于10μm，平均粒徑D90小于5μm。稱為無機(jī)粉體。
3)有機(jī)介質(zhì)的制備先將松油醇和丁基卡必醇按重量比50％和50％先混合均勻，然后加入重量百分?jǐn)?shù)為3％的分散劑、消泡劑、防沉劑等助劑，稱為溶劑。加入乙基纖維素和硝化纖維素作為增稠劑。乙基纖維素、硝化纖維素與溶劑的重量百分?jǐn)?shù)為4％、3％、93％。加熱至60～90℃溶解后，過325目篩冷卻后即為有機(jī)介質(zhì)。
4)將無機(jī)粉體和有機(jī)介質(zhì)按重量比82∶18混合均勻。在三輥分散機(jī)中輥軋分散至細(xì)度小于10μm。然后通過真空排除氣泡后即為介質(zhì)漿料。
5)將漿料用噴涂方法制作樣品，測(cè)定電氣強(qiáng)度平均10μm厚絕緣層大于900V，5V直流電源作用下10μm厚絕緣層漏電流小于6μA。
實(shí)施例31)絕緣玻璃的制備將PbO 65％，B2O35％，SiO225％，Al2O32％，TiO20.5％，ZrO20.5％，CaO 1％，ZnO 1％。按重量比混合均勻后在1350℃下保溫30分鐘熔化后，將玻璃液澆至對(duì)輥機(jī)壓制成1-2mm厚的薄片，將該玻璃片研磨后過100目篩備用。
2)將過100目篩的玻璃粉和商購的陶瓷用紅顏料按91∶9的重量比混合均勻。然后細(xì)磨至最大粒徑小于10μm，平均粒徑D90小于5μm。稱為無機(jī)粉體。
3)有機(jī)介質(zhì)的制備先將乙酸乙酯、丁基卡必醇、助劑(消泡劑、防沉劑)按重量比40％、57％、3％先混合均勻，稱為溶劑。然后加入聚甲基丙烯酸酯作為增稠劑，卵膦酯作為分散劑。聚甲基丙烯酸酯、卵膦酯與溶劑的重量比為7％、8％和85％混合后，加熱至60～90℃溶解后，過325目篩冷卻后即為有機(jī)介質(zhì)。
4)將無機(jī)粉體和有機(jī)介質(zhì)按重量比80∶20混合均勻。在高速剪切分散機(jī)中分散至細(xì)度小于10μm。然后通過真空排除氣泡后即為介質(zhì)漿料。
5)將漿料用噴涂方法制作樣品，測(cè)定電氣強(qiáng)度平均10μm厚絕緣層大于800V，5V直流電源作用下10μm厚絕緣層漏電流小于7μA。
實(shí)施例4
1)絕緣玻璃的制備將PbO 68％，B2O33％，SiO223％，CaO 1％，ZrO21％，ZnO1％，BaO 1％，TiO22％。按重量比混合均勻后在1300℃下保溫30分鐘熔化后，將玻璃液澆至對(duì)輥機(jī)壓制成1-2mm厚的薄片，將該玻璃片研磨后過100目篩備用。
2)將過100目篩的玻璃粉和商購的陶瓷用綠顏料按95∶5的重量比混合均勻。然后細(xì)磨至最大粒徑小于10μm，平均粒徑D90小于5μm。稱為無機(jī)粉體。
3)有機(jī)介質(zhì)的制備先將松油醇、乙酸丁內(nèi)酯、司班80，按重量比30％、68％和2％先混合均勻，稱為溶劑。然后加入聚丙烯酸樹脂作為增稠劑。加入氫化篦麻油作為分散劑。聚丙烯酸樹脂、篦麻油與溶劑的重量分別為7％、2％和91％。混合均勻，加熱至60～90℃溶解后，過325目篩冷卻后即為有機(jī)介質(zhì)。
4)將無機(jī)粉體和有機(jī)介質(zhì)按重量比79∶21混合均勻。在高速剪切分散機(jī)中分散至細(xì)度小于10μm。然后通過真空排除氣泡后即為介質(zhì)漿料。
5)將漿料用絲網(wǎng)印刷方法制作樣品，測(cè)定電氣強(qiáng)度平均10μm厚絕緣層大于700V，5V直流電源作用下10μm厚絕緣層漏電流小于6μA。
實(shí)施例51)絕緣玻璃的制備將PbO 62％，B2O314％，SiO219.5％，Al2O33％，TiO20.5％，ZrO21％。按重量比混合均勻后在1350℃下保溫30分鐘熔化后，將玻璃液澆至對(duì)輥機(jī)壓制成1-2mm厚的薄片，將該玻璃片研磨后過100目篩備用。
2)將過100目篩的玻璃粉和商購的陶瓷用黑顏料按86∶14的重量比混合均勻。然后細(xì)磨至最大粒徑小于10μm，平均粒徑D90小于5μm。稱為無機(jī)粉體。
3)有機(jī)介質(zhì)的制備先將乙酸乙酯、鄰苯二甲酸二乙酯、助劑(消泡劑、防沉劑)按重量比40％、57％、3％先混合均勻，稱為溶劑。然后加入硝化纖維素作為增稠劑，卵膦酯作為分散劑。硝化纖維素、卵膦酯與溶劑的重量百分?jǐn)?shù)為7％、8％和85％?；旌暇鶆颍訜嶂?0～90℃溶解后，過325目篩冷卻后即為有機(jī)介質(zhì)。
4)將無機(jī)粉體和有機(jī)介質(zhì)按重量比80∶20混合均勻。在三輥分散機(jī)中分散至細(xì)度小于10μm。然后通過真空排除氣泡后即為介質(zhì)漿料。
5)將漿料用絲網(wǎng)印刷方法制作樣品，測(cè)定電氣強(qiáng)度平均10μm厚絕緣層大于800V，5V直流電源作用下10μm厚絕緣層漏電流小于5μA。
實(shí)施例6
1)絕緣玻璃的制備將PbO 65％，B2O35％，SiO225％，ZrO21％，Al2O32.5％，Bi2O31％，TiO20.5％。按重量比混合均勻后在1320℃下保溫30分鐘熔化后，將玻璃液澆至對(duì)輥機(jī)壓制成1-2mm厚的薄片，將該玻璃片研磨后過100目篩備用。
2)將過100目篩的玻璃粉和商購的陶瓷用黑顏料按90∶10的重量比混合均勻。然后細(xì)磨至最大粒徑小于10μm，平均粒徑D90小于5μm。稱為無機(jī)粉體。
3)有機(jī)介質(zhì)的制備先將松油醇、乙酸丁內(nèi)酯、司班80，按重量比45％、53％和2％先混合均勻，稱為溶劑。然后加入醇酸樹脂作為增稠劑。加入氫化篦麻油作為分散劑。醇酸樹脂、篦麻油與溶劑的重量分別為7％、2％和91％?；旌暇鶆?，加熱至60～90℃溶解后，過325目篩冷卻后即為有機(jī)介質(zhì)。
4)將無機(jī)粉體和有機(jī)介質(zhì)按重量比77∶23混合均勻。在三輥分散機(jī)中輥軋分散至細(xì)度小于10μm。然后通過真空排除氣泡后即為介質(zhì)漿料。
5)將漿料用絲網(wǎng)印刷方法制作樣品，測(cè)定電氣強(qiáng)度平均10μm厚絕緣層大于600V，5V直流電源作用下10μm厚絕緣層漏電流小于10μA。
實(shí)施例71)絕緣玻璃的制備將PbO 68％，SiO225％，ZrO23％，Al2O32.5％，Bi2O31％，TiO20.5％。按重量比混合均勻后在1300℃下保溫30分鐘熔化后，將玻璃液澆至對(duì)輥機(jī)壓制成1-2mm厚的薄片，將該玻璃片研磨后過100目篩備用。
2)將過100目篩的玻璃粉和商購的陶瓷用黑顏料按90∶10的重量比混合均勻。然后細(xì)磨至最大粒徑小于10μm，平均粒徑D90小于5μm。稱為無機(jī)粉體。
3)有機(jī)介質(zhì)的制備丁基卡必醇醋酸酯用作溶劑。然后加入乙基纖維素作為增稠劑，加入卵磷酯作為分散劑，消泡劑。乙基纖維素、卵磷酯、消泡劑與溶劑的重量百分?jǐn)?shù)分別為7％、7％、2％和84％?；旌暇鶆?，加熱至60～90℃溶解后，過325目篩冷卻后即為有機(jī)介質(zhì)。
4)將無機(jī)粉體和有機(jī)介質(zhì)按重量比85∶15混合均勻。在三輥分散機(jī)中輥軋分散至細(xì)度小于10μm。然后通過真空排除氣泡后即為介質(zhì)漿料。
5)將漿料用絲網(wǎng)印刷方法制作樣品，測(cè)定電氣強(qiáng)度平均10μm厚絕緣層大于700V，5V直流電源作用下10μm厚絕緣層漏電流小于8μA。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明為一種制作厚、薄膜電路用的絕緣介質(zhì)漿料。其粘度和流變性可以調(diào)節(jié)至與具體的涂布方法例如絲網(wǎng)印刷、噴涂相適應(yīng)。漿料經(jīng)過絲網(wǎng)印刷或噴涂方法制成濕膜后，在高溫下燒結(jié)后形成的絕緣層在20-350℃內(nèi)平均熱膨脹系數(shù)為(73±3)×10-7/℃，燒結(jié)溫度為540～600℃，絕緣電氣強(qiáng)度高。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漿料中具有絕緣性的玻璃質(zhì)粉體。其特征是一種PbO-SiO2-B2O3玻璃體系中加入TiO2和ZrO2提高其絕緣性能。PbO 50～80％，B2O33～20％，SiO25～30％，Al2O30～10％，TiO20.5～5％，ZrO20.5～5％，其它可添加Bi2O3、ZnO、CaO、BaO等氧化物組分調(diào)節(jié)燒結(jié)后絕緣層的熱膨脹系數(shù)和燒結(jié)時(shí)玻璃的溫度粘度特性，各組分重量百分?jǐn)?shù)之和為100％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的絕緣玻璃組成，其特征是加入TiO2和ZrO2提高燒結(jié)后絕緣層的電氣強(qiáng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的絕緣漿料，其特征是可以加入紅、藍(lán)、黑、綠高溫?zé)o機(jī)顏料作為燒結(jié)后絕緣層的著色劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的絕緣玻璃以及根據(jù)權(quán)利要求4中的無機(jī)顏料，其特征是粒度最大不超過10μm，平均粒度D90小于5μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漿料中的有機(jī)介質(zhì)。其特征是將樹脂類聚合物如醇酸樹脂、聚丙烯酸樹脂、乙基纖維素、硝化纖維素溶于松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯或它們的混合溶劑中形成的有機(jī)溶液。其中樹脂類聚合物在有機(jī)介質(zhì)中的重量百分?jǐn)?shù)介于3～15％。同時(shí)加入一些選擇性成分包括分散劑、消泡劑，防沉劑等用來調(diào)整漿料的流變特性以滿足漿料應(yīng)用時(shí)的工藝要求。
7.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的絕緣玻璃和和根據(jù)權(quán)利要求6中所述有機(jī)介質(zhì)在漿料中的應(yīng)用。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中所述絕緣介質(zhì)漿料，其特征是在制備過程中采用加入消泡劑或真空去除漿料中氣泡的方法。
9.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的漿料用于Al2O3陶瓷基片(Al2O3含量96％)或普通導(dǎo)電膜平板玻璃基片上制作的厚膜電路中的絕緣層的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種厚膜電路用絕緣介質(zhì)漿料，即一種將具有絕緣性能的玻璃粉，可加或不加無機(jī)顏料，均勻分散在有機(jī)介質(zhì)中形成的漿料。其粘度和流變性可以調(diào)節(jié)至與具體的涂布方法例如絲網(wǎng)印刷、噴涂相適應(yīng)。通過合理設(shè)計(jì)玻璃的組成、有機(jī)介質(zhì)的組成以及漿料的制備方法等技術(shù)措施，使該漿料的工藝性適宜，制作的絕緣層電氣強(qiáng)度高，漿料的燒結(jié)溫度為540～600℃。干燥、燒結(jié)形成絕緣介質(zhì)層在20－350℃內(nèi)平均熱膨脹系數(shù)為(73±3)×10
文檔編號(hào)H01B3/00GK1508812SQ02156608
公開日2004年6月30日 申請(qǐng)日期2002年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月17日
發(fā)明者張來斌 申請(qǐng)人:張來斌