一種電子漿料用低溫無鉛玻璃粘結劑及其製備方法與流程
2023-06-29 20:50:06 1
本發明屬於化工、電子材料領域，具體地說是一種電子漿料用低溫無鉛玻璃粘結劑及其製備方法。
背景技術：
導電漿料是發展電子元器件的基礎，是封裝、電極和互聯的關鍵材料。導電漿料可分為厚膜導電漿料和導電膠兩大類。厚膜導電漿料用於陶瓷、玻璃等高溫絕緣基板。目前，厚膜電路已成為電子工業增長速度最快的品種之一。歐美發達國家以貴金屬為主的厚膜導電漿料用量大大超過薄膜導電材料。厚膜導電漿料通常由導電填料（如銀，金，銅等）、玻璃粉料和有機載體組成。其中玻璃粉料起粘結劑作用，要求其軟化溫度在500℃～600℃或更低。
傳統的低熔點玻璃粉一般為含鉛玻璃粉，除去或減少玻璃中的鉛含量，玻璃的熔點會增加。隨著各國環保意識不斷加強和環保法規的實施，電子產品無鉛化已經是電子產品發展的主要方向。研製出低熔點的無鉛玻璃料，是開發無鉛電子漿料的關鍵。
近年來，無鉛玻璃粉的研發逐漸引起了研究者的重視。有關專利申請有：《電子漿料用無鉛玻璃粉及製備方法》申請號200710043183.5的中國專利公開了以氧化鉍、氧化硼、氧化鋅、氧化鋁、二氧化矽、氧化鎂和氧化錳為原料的無鉛玻璃粉配方；《一種電子漿料用無鉛玻璃粉末的製備方法》申請號200710307708.1的中國專利公開了以二氧化矽、氧化鋇、氧化硼、氧化鉍、氧化鋁、氧化鋅、氧化鈉、氧化鉀和二氧化鈦為原料的無鉛玻璃粉配方。《一種稀土元素摻雜無鉛低熔封接玻璃粉及其製造方法》申請號200710111386.3；《一種與金屬或合金封接用無鉛低熔點玻璃粉及其製備方法》申請號200710043182.0；《一種低熔點無鉛硼磷酸鹽封接玻璃粉及其製備方法》申請號200810060990.2；《玻璃料漿料用低熔點無鉛玻璃粉及其製備方法與用途》申請號200810200747.6；《一種無鉛玻璃粉粘合劑及其製備方法和應用》申請號200910102943.4的中國專利公開了以氧化鋅、氧化硼、氧化鋇、氧化釩和氧化鈣為原料的無鉛玻璃粉配方；《一種用於電子器件連接的無鉛玻璃粉及其製備方法》申請號200910102945.3的中國專利公開了以焦磷酸亞錫、二氧化矽、三氧化鋁、氧化銅、氧化鈣、氧化鍶、氧化釩和氧化鋇為原料的無鉛玻璃粉配方；《一種低溫無鉛玻璃粉及其製備方法》申請號201310259302.6的中國專利公開了以氧化鉍、氧化硼、氧化鋅。
本發明根據應用目的不同，研發出一種導電漿料用低溫無鉛玻璃粉，性能與低熔點含鉛玻璃粉相當，可用於玻璃、陶瓷、金屬與半導體之間的連接。在配方用料等方面與現有技術不同。
技術實現要素：
本發明目的是提供一種電子漿料用低溫無鉛玻璃粘結劑及其製備方法。該低溫無鉛玻璃粘結劑不含有危害健康的有害元素，而且其軟化溫度低，膨脹係數適宜、化學穩定性和附著力好、製備方法簡單。
本發明提供一種電子漿料用低溫無鉛玻璃粘結劑，包含下列組分及質量百分含量：25～35% SiO2、30～65% Bi2O3、0.3～1.5% Na2O、1.5～3.0% K2O、1.5～2.5% ZnO、0.8～1.8% Al2O3、10～16% B2O3、0.5~1.5% CaO、0.4～1.7%F2、1.8～6.0% ZrO2。
製備低溫無鉛玻璃粘結劑的原料是石英粉、氧化鉍粉、碳酸鈉粉、碳酸鉀粉、氧化鋅粉、氧化鋁粉、硼酸粉、碳酸鈣、螢石粉和氧化鋯粉。
本發明中SiO2的加入用於提高玻璃的機械強度、硬度，化學穩定性和熱穩定性，但SiO2含量過高會導致玻璃粉軟化溫度升高，熱膨脹係數增加，SiO2含量過低，則會導致化學穩定性和熱穩定性下降。本發明中通過引入和調控ZrO2含量，改善SiO2過低所導致的問題。Bi2O3的加入可以降低軟化溫度、擴大封接溫度範圍，調節玻璃熱膨脹係數，但Bi2O3含量太多會增加成本，含量太少則軟化溫度下降不明顯。Na2O和K2O用於降低熔化溫度，化學穩定性，改善玻璃的光澤。ZnO和Al2O3能夠降低玻璃的軟化溫度和熱膨脹係數，提高玻璃的化學穩定性和熱穩定性。B2O3能夠降低玻璃的膨脹係數，提高玻璃的熱穩定性和化學穩定性。 CaF2能夠降低玻璃熔制溫度，改善化學穩定性。ZrO2可以提高玻璃的化學穩定性和機械強度和硬度。
本發明提供的一種電子漿料用低溫無鉛玻璃粘結劑的封接溫度為520～680℃，膨脹係數為50～76×10-7/℃。
本發明還提供一種電子漿料用低溫無鉛玻璃粘結劑的製備方法，包括如下步驟：
(1) 按照配方準確稱量原料、利用混料機混合60分鐘，得均勻混合料；
(2)將混合料倒入熔塊爐中，於1200～1300℃條件保溫40～60分鐘，混合料完全熔化後，水淬得到玻璃渣，將玻璃渣裝入球磨罐中于振動球磨機中球磨15～24小時；
(3)球磨後過400目網篩，於乾燥箱中烘乾，最後將乾燥的玻璃粉於分散機中分散，便得到低溫無鉛玻璃粉。
具體實施方式：
為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合本發明實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
實施例1：
本實施例提供的低溫無鉛玻璃粘結劑組分的質量百分比含量分別為25.7% SiO2、51.0% Bi2O3、0.4% Na2O、2.1% K2O、2.2% ZnO、1.4% Al2O3、11.9% B2O3、0.9% CaO、0.5%F2、3.9% ZrO2。按照此配方組分質量百分比含量稱量原料分別為：石英粉232 g，氧化鉍粉460g，碳酸鈉粉6 g，碳酸鉀粉 32 g，氧化鋅粉20 g， 氧化鋁粉13 g，硼酸粉191 g，碳酸鈣粉3 g，螢石粉 9g，氧化鋯粉35 g，共計1000 g。然後按照下列步驟製備低溫無鉛玻璃粘結劑：
（1）按照配方準確稱量原料、利用混料機混合60分鐘，得均勻混合料；（2）將混合料加入到1200℃的熔塊爐中保溫50分鐘，混合料完全熔化後，水淬得到玻璃渣，將玻璃渣裝入球磨罐中于振動球磨機中球磨16小時；（3）球磨後過400目網篩，於乾燥箱中烘乾，最後將乾燥的玻璃粉於分散機中分散，便得到低溫無鉛玻璃粉。本實施例的低溫無鉛玻璃粘結劑的封接溫度530℃，膨脹係數為72×10-7/℃，化學穩定性和附著力好。
實施例2： 本實施例提供的低溫無鉛玻璃粘結劑組分的質量百分比含量分別為28.0% SiO2、48.0% Bi2O3、0.4% Na2O、2.5% K2O、2.2% ZnO、1.4% Al2O3、12.3% B2O3、1.4% CaO、0.8%F2、3.0% ZrO2。按照此配方組分質量百分比含量稱量原料分別為：石英粉251 g，氧化鉍粉431g，碳酸鈉粉6 g，碳酸鉀粉 38 g，氧化鋅粉20 g， 氧化鋁粉13 g，硼酸粉196 g，碳酸鈣粉3 g，螢石粉 15g，氧化鋯粉27 g，共計1000 g。然後按照下列步驟製備低溫無鉛玻璃粘結劑：
（1）按照配方準確稱量原料、利用混料機混合60分鐘，得均勻混合料；
（2）將混合料加入到1200℃的熔塊爐中保溫50分鐘，混合料完全熔化後，水淬得到玻璃渣，將玻璃渣裝入球磨罐中于振動球磨機中球磨16小時；
（3）球磨後過400目網篩，於乾燥箱中烘乾，最後將乾燥的玻璃粉於分散機中分散，便得到低溫無鉛玻璃粉。本實施例的低溫無鉛玻璃粘結劑的封接溫度560℃，膨脹係數為69×10-7/℃，化學穩定性和附著力好。
實施例3：本實施例提供的低溫無鉛玻璃粘結劑組分的質量百分比含量分別為30.8% SiO2、45.7% Bi2O3、0.4% Na2O、2.5% K2O、2.0% ZnO、1.2% Al2O3、12.2% B2O3、1.8% CaO、1.1%F2、2.0% ZrO2。按照此配方組分質量百分比含量稱量原料分別為：石英粉276 g，氧化鉍粉410g，碳酸鈉粉11 g，碳酸鉀粉 38 g，氧化鋅粉18 g， 氧化鋁粉11 g，硼酸粉195 g，碳酸鈣粉3 g，螢石粉 21g，氧化鋯粉18 g，共計1000 g。然後按照下列步驟製備低溫無鉛玻璃粘結劑：
（1）按照配方準確稱量原料、利用混料機混合60分鐘，得均勻混合料；
（2）將混合料加入到1250℃的熔塊爐中保溫50分鐘，混合料完全熔化後，水淬得到玻璃渣，將玻璃渣裝入球磨罐中于振動球磨機中球磨16小時；
（3）球磨後過400目網篩，於乾燥箱中烘乾，最後將乾燥的玻璃粉於分散機中分散，便得到低溫無鉛玻璃粉。本實施例的低溫無鉛玻璃粘結劑的封接溫度560℃，膨脹係數為67×10-7/℃，化學穩定性和附著力好。
實施例4：本實施例提供的低溫無鉛玻璃粘結劑組分的質量百分比含量分別為33.0% SiO2、46.4% Bi2O3、0.7% Na2O、2.9% K2O、1.9% ZnO、1.2% Al2O3、10.5% B2O3、0.9% CaO、0.5%F2、2.0% ZrO2。按照此配方組分質量百分比含量稱量原料分別為：石英粉298 g，氧化鉍粉419g，碳酸鈉粉11 g，碳酸鉀粉 44 g，氧化鋅粉17 g， 氧化鋁粉11 g，硼酸粉169 g，碳酸鈣粉3 g，螢石粉 9g，氧化鋯粉18 g，共計1000 g。然後按照下列步驟製備低溫無鉛玻璃粘結劑：
（1）按照配方準確稱量原料、利用混料機混合60分鐘，得均勻混合料；
（2）將混合料加入到1250℃的熔塊爐中保溫50分鐘，混合料完全熔化後，水淬得到玻璃渣，將玻璃渣裝入球磨罐中于振動球磨機中球磨16小時；
（3）球磨後過400目網篩，於乾燥箱中烘乾，最後將乾燥的玻璃粉於分散機中分散，便得到低溫無鉛玻璃粉。
本實施例的低溫無鉛玻璃粘結劑的封接溫度570℃，膨脹係數為63×10-7/℃，化學穩定性和附著力好。
當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明權利要求的保護範圍。