一種提高LTCC生瓷帶成品產量的制備方法

本發明涉及生瓷帶制造技術領域，尤其是指一種提高LTCC生瓷帶成品產量的制備方法。

LTCC（低溫共燒陶瓷）技術作為一種新型多層基板工藝技術，采用了獨特的材料體系，故其燒結溫度低，可與銀漿共燒，從而提高了電子器件性能。生瓷基底膜帶是LTCC關鍵的基底材料，其與銀漿的共燒匹配性決定了LTCC器件的最終性能。因此，提高生瓷膜帶與銀漿共燒時的匹配性與附著力顯得尤為重要。目前市場上的LTCC生瓷帶成品產量均不理想，主要原因是生瓷膜帶與導電漿料共燒性能差，有兩方面的因素：一是生瓷帶流延過程中，由于生瓷漿料中粉體沉降過快導致生瓷帶表面出現波紋和厚度差異，表面平整度不佳引起共燒時附著力差。另一個是，生瓷帶與貴金屬漿料共燒時，溶劑揮發產生空洞，導致附著力差。

現可查，提高生瓷膜帶流延表面平整度的一個較常用的方法是增加分散劑用量。然而，分散劑的增多會導致生瓷帶脆性增加，對后續的裁片、沖孔、熱壓和疊層造成影響。有人通過改變銀漿中載體的成分，使其與生瓷帶燒結過程中充分填補，從而提高生瓷帶與銀層共燒時的平整性，但銀漿的改善是非常困難的。此外，可通過提高生瓷帶漿料粘結劑（如油溶性聚乙烯縮丁醛PVB、水溶性聚乙烯醇PVA）的用量來改善匹配性，但粘結劑用量過大會直接影響漿料的粘度和生瓷帶的拉伸強度。

為解決上述問題，本發明提出了一種提高LTCC生瓷帶成品產量的制備方法，創新點是使用低沸點的聚甲基乙撐碳酸酯（PPC）替換傳統PVB粘結劑，實現生瓷帶與銀共燒時的高平整度與高附著力，同時引入斯托克斯定律，在流延漿料配方設計時，根據粉體粒度提前進行沉降實驗，進而選擇合適的流延配方，解決因生瓷漿料沉降而導致的平整度差的問題，從而改善膜帶與銀漿共燒時的匹配性。

具體是這樣實施的：一種提高LTCC生瓷帶成品產量的制備方法，其特征在于生瓷帶按照重量份數計包括如下原料：58份玻璃粉、33～35份二元溶劑、0.75～2.75份分散劑商用BKY-110、5份粘結劑聚甲基乙撐碳酸酯（PPC）和1.25份增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯；

所述玻璃粉為CaO-B2O3-SiO2系微晶玻璃（D50 2.8um），玻璃粉組成(質量分數）為：w(CaO ) 55 ％，w (SiO2) 35 ％和 w (B2O3) 10 ％，在1200℃下經熔制而成；

所述二元溶劑的一種溶劑為乙醇、正丁醇中的一種，另一種溶劑為甲苯、乙酸乙酯、4-甲基-2-戊酮中的一種，其組配用斯托克斯定律進行篩選，篩選步驟為：

（1）配制預混合液：向燒杯中加入二元溶劑、分散劑、粘結劑和增塑劑，在25℃下150r/min磁力攪拌20分鐘，通過DAM4500型密度計對配制預混合液的密度ρ0進行測定；

（2）制備漿料：將玻璃粉加入球磨罐中，向罐中加入（1）中的配制溶液球磨2h，經300目紗網過濾得到分散性良好的漿料；

（3）沉降實驗：將漿料在30r/min的轉速下真空脫泡30分鐘后倒入1L量筒，控制液面高度為30cm，分別在1h，3h，5h，7h，9h，11h后記錄上清液高度并計算沉降速度u；

預混合液密度在0.823~0.874 g/mL的二元溶劑體系組配，漿料沉降速度為2.0136E-4 cm/s ~ 2.249E-4 cm/s時進行流延，可制得高良品率的生瓷帶。

本發明采用的PPC排膠溫度范圍為180℃~280℃，與PVB排膠溫度范圍180℃~450℃相比，溫區較短，在升溫過程中PPC先揮發留下氣孔，此時銀漿并未固化仍具有一定流動性，從而填充氣孔，減少銀層間氣孔，從而改善銀層與生瓷帶共燒過程中的平整度。

本發明二元溶劑的選擇遵循羥基（正丁醇、乙醇）和強極性溶劑（乙酸乙酯、甲苯、4-甲基-2-戊酮）的引入。羥基的引入可提升漿料的流動性，強極性溶劑的引入可加速PPC粘結劑的溶解和增加漿料的粘度。通過調節溶劑組成進而改變溶液密度，利用沉降定律的方法對溶劑組成進行篩選增加漿料中粉體的懸浮時間，可實現在長時間流延工作中漿料均一、穩定從而獲得表面質量良好的生瓷帶。粉體懸浮時間長可通過斯托克斯定律定律進行解釋，具體解釋如下：u=2/9ⅹ（r2g/η）ⅹ（ρ-ρ0），其中，u為沉降速度，r為粉體粒徑的一半，η為粘滯系數，ρ為粉體密度，ρ0為預混合液密度。由上式可知，在其他因素不變的條件下，粉體的沉降速度與粘滯系數成反比，當沉降速度較小時，漿料的粘滯系數變大，粉體下沉所需克服的阻力增大，進而延長了粉體的懸浮時間。經過沉降實驗可以得出在預混合液密度在0.823~0.874 g/mL，漿料沉降速度為2.0136E-4 ~ 2.249E-4 cm/s時進行流延，經計算此狀態下的粘滯系數在3.49E+02~3.70E+02之間，此時獲得的生瓷帶良品率最高。

本發明的有益效果如下：

（1）使用PPC作為粘結劑，在不改變生瓷帶性能的條件下，提升了生瓷帶和銀共燒后的平整性與附著力，解決了生瓷帶與銀漿匹配困難的問題。此外，PPC屬于環保塑料可進行降解且合成過程中以CO2氣體為原料，對改善溫室效應和碳中和有著重要的作用。

（2）利用斯托克斯定律選擇的溶劑體系可對漿料的粘滯系數進行調節，從而實現漿料的長時間懸浮，改善生瓷帶流延過程中表面出現波紋和厚度差異大的問題，從而提高LTCC生瓷帶的成品產量。

（3）理論與實際相結合的方法加快了流延體系中各成分的確定。基于斯托克斯定律（Stokes）對粉體進行溶劑和分散劑選擇，節省了流延漿料配方探索時間和實驗成本。

圖1為實施例樣本4使用PPC作為粘結劑的生瓷帶經過銀層共燒后的SEM。

圖2為對比例使用PVB作為粘結劑的生瓷帶經過銀層共燒后的SEM。

LTCC生瓷帶性能測試方法：

粘度測試：使用粘度計14