一种铜电极浆料用玻璃粉、导电铜浆的制备方法及应用工艺

本发明属于电子材料领域，具体涉及一种片式电容、电阻电极用玻璃粉及导电铜浆的制备技术及应用。

背景技术：

1、贴片元器件以其尺寸小、重量轻、可靠性高、安装密度高、装配成本低等优越性，在智能汽车，智慧医疗、通信基站等人工智能、集成电路领域有着广泛的应用。为满足持续、快速发展地数字产业化、产业数字化进程，片式元器件将向着更高使用寿命、小型化、集成化、高可靠性和低成本的方向发展。烧结型浆料低温化、贱金属化是实现片式元器件低成本、高可靠性发展的有效途径。

2、烧结型电极铜浆由金属铜粉、无机玻璃粉、有机载体等组成。玻璃粉在片式电容电阻的电极形成中对功能相铜粉助烧、为电极连接提供附着力。但由于浆料应用过程需要经历酸洗、电镀等酸性环境流程，所以对玻璃粉的耐酸性要求较高。玻璃粉的烧结温度高、电镀液耐蚀性差会导致电极在烧结过程中出现不致密、电镀过程中镍渗，电极结合力低等问题，降低的产品可靠性、降低片式电容电阻的产品合格率从而极大地限制了片式元器件在高端市场的应用。

3、因此，有必要研制一种高润湿性、高化学稳定性、高结合力、低温烧结的玻璃粉用于制备高可靠性的片式电容电阻。

技术实现思路

1、本发明的目的提出一种铜电极浆料用玻璃粉、导电铜浆的制备方法及应用工艺，满足片式电容电阻电极浆料对玻璃粉的高温润湿性、烧结致密性优越、强结合力，陶瓷内应力小，耐电镀液性能优异的需求。

2、第一方面，本发明提供一种铜电极浆料用玻璃粉，其原料包括：基础玻璃和无机填料；其中，所述的基础玻璃组分为sio2-b2o3-al2o3-mo (m为ca, ba, zn中的一种或两种)，所述无机填料组分为bi2o3,teo2中的一种，所述基础玻璃组分以氧化物的质量百分数计由如下组分组成：mo(m为ca, ba, zn中一种或两种) 40～60％、al2o30-10%、b2o325～40％、sio2 3～10％合计100%，且所述基础玻璃组分与bi2o3,teo2的质量比为（85～100）：(0～15)，合计100%。

3、第二方面，本发明提供一种铜电极浆料用玻璃粉的制备方法，包括以下步骤：

4、将所述基础玻璃组分的原料称量后研磨混合成原料固体粉末并烧制成玻璃液；

5、将玻璃液倒入双辊轧片机中进行淬冷，冷却后捣碎成玻璃颗粒；

6、将玻璃颗粒依次进行球磨、过筛，得到基础玻璃粉；

7、所述无机填料称量后与基础玻璃粉球磨混合均匀、过筛得到混合玻璃粉。

8、第三方面，本发明提供一种铜电极浆料的导电铜浆，其原料包括：铜粉、有机载体和第一方面发明的玻璃粉。

9、第四方面，本发明提供一种铜电极浆料的导电铜浆制备方法，包括以下步骤：将所述玻璃粉与有机载体按照重量百分比加入搅拌罐子中，高速混合10-20min后形成均匀成混合体1；将所述的铜粉加入所述混合体1中进行高速混合与分散拌30-60min成预分散浆料；将所述预分散浆料使用三辊轧浆辊轧至细度≤12μm，再通过400~600目的滤网得到所述导电铜浆。

10、第五方面，本发明提供一种铜电极浆料的应用工艺，其特征在于，包含浸润，丝网印刷两种方式。将铜导体浆料端接、印刷在基板的电极表面，端封、印刷好铜导体浆料的基板水平放置，在烘干温度为120℃-150℃的烘干箱中烘干10-20 min，然后在温度为650-700℃的惰性气体气氛炉中烧结。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明制备的sio2-b2o3- al2o3-mo (m为ca, ba, zn中的一种或两种)基础玻璃粉中加入无机填料（bi2o3,teo2中的一种）形成均匀稳定的混合玻璃粉体，适量的(bi2o3、teo2)无机填料加入有助于减小玻璃粉与基板润湿角，提高玻璃粉的耐酸性，提高玻璃粉的膨胀系数，使玻璃粉耐酸性更强，与基板的膨胀系数更匹配，玻璃粉与基板的润湿性更强、结合力更高。

12、此外，无机填料的加入有效地降低玻璃的液化温度，从而降低电极致密化的温度，降低能耗。导电铜浆在550-650℃烧结后形成致密化电极层,增强电极浆料与片式电容、电阻基板结合力。同时致密化的电极层的形成，增强了电极层在电镀液中的化学稳定性，能有效避免电镀过程中由于酸性电镀液造成的裂纹、龟裂等缺陷。

13、由该混合玻璃粉与铜粉、有机载体混合形成的导电铜浆，结合本发明的电极浆料的应用工艺制备出来的铜电极，有烧结致密化程度高、电镀合格率高的优势，且片式器件经过烧结后其内应力分布均匀且适中，方阻小，耐焊性强。加热老化、加速寿命等可靠性测试合格率高。

技术特征：

1.一种铜电极浆料用玻璃粉，其原料包括：基础玻璃和无机填料；其中，所述基础玻璃组分为sio2-b2o3- al2o3-mo (m为ca, ba, zn中的一种或两种)，所述无机填料组分为bi2o3,teo2中的一种，且所述基础玻璃组分与bi2o3,teo2的质量比为（85～100）：(0～15)，合计100%。

2.根据权利要求1所述一种铜电极浆料用玻璃粉，其特征在于，所述基础玻璃组分以氧化物的质量百分数计由如下组分组成：mo(m为ca, ba, zn) 40～60％、al2o3 0-20%、b2o325～40％、sio2 3～15％合计100%。

3.一种如权利要求1～2中任一项所述玻璃粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述一种铜电极浆料用玻璃粉的制备方法，其特征在于，所述将基础玻璃组分烧制成玻璃液的过程中，升温速率为5～20℃/min，烧制温度为900～1200℃，烧制时间为 40～150min。所述将玻璃颗粒依次进行球磨、过筛得到基础玻璃粉过程中，采用球磨机进行球磨，球磨机转速为300～600r/min，球磨时间为15～150min；所述过筛的过程中，筛网目数为150～800目。

5.根据权利要求3所述将玻璃颗粒依次进行球磨、过筛，得到基础玻璃粉，其特征在于，所述球磨包括粗磨和精细磨；其中，所述粗磨的过程中，球磨时间为10～90min；所述精细细磨的过程中，需加入酒精或者水作为球磨介质，球磨介质与玻璃粉的质量比为1：(0.5～3)，球磨时间为45～180 min；所述细磨的过程结束后，过筛前还需进行烘干处理。

6.根据权利要求3所述所述无机填料称量后与基础玻璃粉球磨混合均匀后过筛得到混合玻璃粉，球磨机转速为400～700 r/min，球磨时间为15～45 min，所述过筛的过程中，筛网目数为400～800目。

7.一种铜电极浆料用导电铜浆的制备方法，其特征在于，所述的导电铜浆的原料包括：铜粉、有机载体和权利要求1～2中任一项所述的玻璃粉。其中铜粉包括d50为（0.1-0.5 μm）球状铜粉和d50为（1-3 μm）片状铜粉。

8.根据权利要求7所述有机载体包括树脂和有机溶剂。其中，树脂占有机载体的质量百分比的10％～15％；有机溶剂占有机载体质量百分比85％～90％；树脂为乙基纤维素、醋酸丁酸纤维素、丙烯酸树脂中的至少一种；有机溶剂为醇酯十二、松油醇、丁基卡比醇、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚醋酸酯中的至少二种。

9.根据权利要求7所述一种铜电极浆料用导电铜浆，其特征在于，按质量百分比计，其原料包括：片状铜粉15～35％、球状铜粉35～55%、有机载体10～30％、玻璃粉5～15％。

10.一种铜电极浆料的应用工艺，其特征在于，同时满足浸润，丝网印刷两种方式。将铜导体浆料端接、印刷在基板的电极表面，端封、印刷好铜导体浆料的基板水平放置，在烘干温度为100℃-130℃的烘干箱中烘干10分钟，然后在温度为650-700℃的惰性气体气氛炉中烧结。

技术总结本发明公开一种铜电极浆料用玻璃粉、导电铜浆的制备方法及应用工艺，本发明制备的SiO2‑B2O3‑Al2O3‑MO(M为Ca,Ba,Zn中的一种或两种)玻璃粉中加入无机填料（Bi2O3,TeO2中的一种）形成均匀稳定的粉体后，与铜粉、有机载体制备成导电铜浆，在MLCC基板、氧化铝基板上端封、印刷后结合本发明的烧结工艺在650‑700℃烧结下形成致密的电极层。该电极与基板良好的润湿性，优越的附着力、优异的耐酸性与较低的方阻，可在片式电容、片式电阻广泛地应用。技术研发人员：陈春雨,曾惠丹受保护的技术使用者：华东理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2