法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2010-12-29
授权
授权
2009-09-16
实质审查的生效
实质审查的生效
2009-07-22
公开
公开
技术领域
本发明涉及一种抗氧化的微细铜粉及具有抗氧化的微细铜粉的导电性浆料。
背景技术
现有陶瓷电子产品的电容，主要是在陶瓷片(绝缘体)的两面分别烧付一电极，例如：
1.陶瓷电容器；
2.半导体电容器；
3.突波吸收器(varistor，例如ZnO2)；
4.热敏电阻(thermistor，例如NTC，PTC等)；
5.氧化铁系的陶瓷材料；
6.压电材料制的点火栓(plug)；
7.压电材料制的振动子。
一般产品多半采用银电极，其在制造上会先于一绝缘体的两侧面各烧付一薄膜状的银电极，待烧付完成后，在进行焊锡过程中，利用一焊料将一对延伸接脚焊接于该对银电极上，即完成。
而银电极的缺点在于：
1、成本高。银的价格很高，所以采用银粉来烧付成银电极的材料成本也很高；其次，由于银电极的耐高温焊锡性差，当进行焊锡过程时，银电极易被焊料侵蚀(俗称「蚀银」)而使得银电极的厚度变薄，若作为电容使用，将使得电容值降低；若要解决此问题，可以在焊料的锡中再添加2.0wt％至3.5wt％的银及0.5wt％至1.0wt％的铜，且焊锡温度控制在250℃。然而，添加2.0wt％至3.5wt％的银也必定会使得整体的成本上升，特别是在低单价的产品中，轻微的成本增加即严重影响市场竞争力。
2、烧付温度高。传统银电极的烧付温度在650℃至800℃之间，由于温度较高，耗能亦相对较高(耗电量高)，且650℃至800℃的高温容易破坏原有绝缘体的内部材料结构，进而影响其电气特性。
3、焊锡过程降低产品的电气特性。传统的银电极在焊锡过程后进行电气特性的测试时会发现有移位现象(尖端放电)，此时银电极的厚度变薄且表面结构不平，测试时有尖端放电的情形，使其电极特性降低。
4、耐压不良。传统银电极会因产生移位现象(尖端放电)，而发生耐压不良的问题。
而若采用铜作为电极则可降低成本，但需考虑电极的致密度；简单来说，一般铜烧付温度约为800℃，若致密度不佳，则焊锡会渗透该电极，使电气特性及端子强度减弱，且铜是卑金属，1微米至10微米的铜粉及1微米以下的铜粉，在烧付过程中容易被氧化，为了防止氧化现象的产生，所以必须在中性氛气团中进行烧付，但铜于高温的氛气团中进行烧付，诱电体磁器素体会被还原，且电气特性亦会改变。
故，传统的铜的防止氧化的方法：是以铜粉末混合硼酸、酮系及碳氢系等溶剂，其实施方式可为：1微米至5微米的铜粉末，对硼酸用原子量换算0.01wt％至0.1wt％的硼酸，不超过其饱和程度，再加入酮系或碳氢系或芳香族等溶剂，与铜粉充份混合，经由一干燥程序使溶剂挥发，形成一具有抗氧化特性的铜粉末，但0.01至0.1wt％的硼酸，其添加量的管理不容易，导电性浆料中的残余量会影响电极的电阻上升。
另外，铜粉若用硼酸来防止氧化时，容易产生化学变化，溶媒虽在干燥后蒸发，仍会影响其电气特性(例如：绝缘不良)。
当然，铜的导电浆料的烧付温度为600℃至800℃，且近年来使用无铅的焊锡，会使得焊锡温度提高，导致焊锡性及强度不佳。
因此，有必要研发新产品，以解决上述缺点及问题。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，而提供一种抗氧化的微细铜粉及具有抗氧化的微细铜粉的导电性浆料，其具有防止微细铜粉氧化的功效，并具有烧付温度低，焊锡过程不会降低产品的电气特性，且成本低的优点。
本发明抗氧化的微细铜粉是：
一种抗氧化的微细铜粉，其特征在于包括：一微细铜粉部，具有一近似球形的外表面及一外径，且外径小于1微米；一抗氧化薄膜，其成份为抗坏血酸(C6H8O6)，且大体均匀的附着于该外表面上。
前述的抗氧化的微细铜粉，其中抗氧化薄膜的成份又包括二丁基羟基甲苯(C15H24O)。
本发明具有抗氧化的微细铜粉的导电性浆料是：
一种具有抗氧化的微细铜粉的导电性浆料，其特征在于包括：一抗氧化的微细铜粉；具有一微细铜粉部及一抗氧化薄膜，该微细铜粉部具有一近似球形的外表面及一外径，且该外径小于1微米，而该抗氧化薄膜的成份为抗坏血酸，且大体均匀的附着于该外表面上；
一玻璃粉末；
一树脂溶剂；
一铋粉末；
一锌粉末；
一五氧二钒。
前述的具有抗氧化的微细铜粉的导电性浆料，其中抗氧化薄膜的成份再包括二丁基羟基甲苯(C15H24O)。
前述的具有抗氧化的微细铜粉的导电性浆料，其中树脂溶液为乙基纤维素丙烯酸树脂。
本发明的有益效果是，其具有防止微细铜粉氧化的功效，并具有烧付温度低，焊锡过程不会降低产品的电气特性，且成本低的优点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的抗氧化的微细铜粉的示意图
图2是本发明的抗氧化的微细铜粉的抗氧化溶液制作的示意图
图3是本发明的抗氧化的微细铜粉的制作的示意图
图4是本发明的具有抗氧化的微细铜粉的导电性浆料的制作示意图
图5是本发明的具有抗氧化的微细铜粉的导电性浆料涂覆于该绝缘体的示意图
图6是本发明的具有抗氧化的微细铜粉的导电性浆料烧付成电极的示意图
图7是本发明的应用例的示意图
图8是图7所示应用例的剖视示意图
图中标号说明：
10 抗氧化的微细铜粉
100 具有抗氧化的微细铜粉的导电性浆料
11 微细铜粉部 111 外表面
12 抗氧化薄膜 15 抗氧化溶液
151 抗氧化粉末 152 酒精
20 玻璃粉末 30 树脂溶剂
40 铋粉末 50 锌粉末
60 五氧二钒 71 绝缘体
80 烧付装置 90 电极
91 焊锡 92 金属延伸线
W1 涂有导电性浆料的绝缘体 W2 具有电极的绝缘体
D 外径
具体实施方式
如图1所示，一种抗氧化的微细铜粉10，其包括：一微细铜粉部11，具有一近似球形的外表面111及一外径D，且该外径D小于1微米(实物照片请参阅附件一的照片A(倍率为×20000)及照片B(倍率为×10000))；
一抗氧化薄膜12，其成份为抗坏血酸(C6H8O6)(又称维他命C)，且大体上均匀的附着于该外表面111上。
实际上，如图2所示，将一抗氧化粉末151及一酒精152混合成一抗氧化溶液15(该抗氧化粉末151是溶解于该酒精152中)，再将该微细铜粉部11加入该抗氧化溶液15中(如图3所示)，经由一干燥程序使该酒精152挥发(例如于55℃的温度下加热30分钟)后，该溶解后的抗氧化粉末151形成均匀附着于该微细铜粉部11的外表面111上的抗氧化薄膜12。
如图4所示，一种具有抗氧化的微细铜粉的导电性浆料100，其包括：
一抗氧化的微细铜粉10，具有一微细铜粉部11及一抗氧化薄膜12(参阅图1)，该微细铜粉部11具有一近似球形的外表面111及一外径D，且该外径D小于1微米，而该抗氧化薄膜12的成份为抗坏血酸，且大体均匀的附着于该外表面111上；
一玻璃粉末20，为乙基纤维素丙烯酸树脂；
一树脂溶剂30；
一铋粉末40；
一锌粉末50；
一五氧二钒60。
更详细的说，具有抗氧化的微细铜粉的导电性浆料100是以100wt％的抗氧化的微细铜粉10、0.2wt％至10wt％的乙基纤维素、2.0wt％至20wt％的玻璃粉末20、0.1wt％至2.0wt％的铋粉末40、0.1wt％至2.0wt％的锌粉末50、0.1wt％至1.0wt％的五氧二钒60及适量的二甘醇一丁醚(butylcarbitol，简称B.C.或丁基卡必醇)溶剂，经过三滚轮，完成此具有抗氧化的微细铜粉的导电性浆料100。
该具有抗氧化的微细铜粉的导电性浆料100可应用于电极结构，如图5所示，将该具有抗氧化的微细铜粉的导电性浆料100以网版印刷的方式涂覆于一绝缘体71(例如：陶瓷)的两面上，以150℃的温度干燥三分钟成为涂有导电性浆料的绝缘体W1后，将该涂有导电性浆料的绝缘体W1以一烧付装置80(如图6所示，其中，该烧付装置80可为氮气炉，而氮气约99.9％)进行烧付(该抗氧化薄膜12在190℃至192℃时会被分解，所以经烧付后不会因残留而影响品质)，使该具有抗氧化的微细铜粉的导电性浆料100附着于该绝缘体71的两面上而分别形成一电极90(如图7及图8所示)，且该涂有导电性浆料的绝缘体W1变成一具有电极的绝缘体W2，并可分别对两个电极90分别焊上(焊料为焊锡91)一金属延伸线92，即成为一电容；另外，该电极90与该焊锡91能够有效的作用，而该玻璃粉末20和铜粉产生共有的金属并与该绝缘体71连接，且具有足够的附着强度；而被氧化的铋粉末40及锌粉末50(分别形成三氧化二铋和二氧化锌)，对该玻璃粉末20的成份毫无影响，五氧化二钒60则介于铜粉和绝缘体71之间(其结合强度向上)而产生连结的效果。
当然，由于该具有抗氧化的微细铜粉的导电性浆料100含有抗氧化的微细铜粉10，其活性很高，可与绝缘体71(例如：陶瓷)的表面产生化学结合，而使强度提高，故，可于480℃至680℃间进行低温烧付而形成电极90，其焊锡性良好、接着度强、且和绝缘体71间有良好的紧密度。
当然，该抗氧化薄膜12的成份也可以再包括二丁基羟基甲苯(Butylated hydroxytoluene，C15H24O)，其用量一般约为0.3wt％至1wt％。换言之，前述的抗氧化薄膜12(或抗氧化粉末151)可为：
[a]单纯的抗坏血酸；或是
[b]抗坏血酸与二丁基羟基甲苯的混合物。
关于本发明的实际测试，是以下列三种实施例表示：
1、以1微米以下的抗氧化的微细铜粉10(1000g)，乙基纤维素70g、B.C.溶剂70g、玻璃粉末20(200g)、铋粉末40(12g)、锌粉末50(2g)，以及五氧二钒60(0.2g)，经过三滚轮，完成具有抗氧化的微细铜粉的导电性浆料100，然后将具有抗氧化的微细铜粉的导电性浆料100以8.0mm电极直径印刷(温度为150℃，干燥3分钟)涂覆于该外径9.1mm，厚1.44mm的陶瓷片，再置入烧付装置80(氮气炉)中，分别以540℃、550℃、560℃、570℃及580℃的温度烧付，所得的电极90以直径0.6mm的镀锡导线焊锡后，测量其导线的附着(抗拉)强度及电气特性，其测试结果如表1所示。
表1
*导线的焊锡成份为锡(99.5％)及铜(0.5％)
*焊锡性以目视观察电极与焊锡间即可确认
2、以1微米以下的抗氧化的微细铜粉10(1000g)、乙基纤维素70g、B.C.溶剂70g、玻璃粉末20(200g)、铋粉末40(12g)、锌粉末50(2g)、五氧二钒60(0.2g)，经过三滚轮，完成具有抗氧化的微细铜粉的导电性浆料100，然后将该具有抗氧化的微细铜粉的导电性浆料100以8.0mm电极直径印刷(温度为150℃，干燥3分钟)涂覆于该外径9.85mm，厚1.9mm的NTC，再置入烧付装置80(氮气炉)中，分别以450℃、480℃及500℃的温度烧付，所得的电极90以直径0.6mm的镀锡导线焊锡后，测量其导线的附着(抗拉)强度及电气特性，其测试结果如表2所示。
表2
*Ag抵抗值9.341
3、以1微米以下的抗氧化的微细铜粉10(1000g)、乙基纤维素70g、B.C.溶剂70g、玻璃粉末20(200g)、铋粉末40(12g)、锌粉末50(2g)、五氧二钒60(0.5g)，经过三滚轮，完成此铜导电性浆料，然后将该铜导电性浆料以8.0mm电极直径印刷(温度为150℃，干燥3分钟)涂覆于该外径10.3mm，厚4.6mm的锌，再置入烧付装置80(氮气炉)中，分别以500℃、550℃及600℃的温度烧付后所得的电极90，以直径0.6mm的镀锡导线焊锡后，测量其导线的附着(抗拉)强度及电气特性，其测试结果如表3所示。
表3
*V，α的数值为测试10次的平均值
*导线的成份为锡(99.5％)及铜(0.5％)
综上所述，本发明的优点及功效可归纳为：
1、防止微细铜粉氧化。由于本发明的抗氧化的微细铜粉的外表面具有一抗氧化薄膜，可避免微细铜粉的氧化现象。
2、烧付温度低。本发明采用微细铜粉是经过烧付温度在450℃至650℃之间的相对低温(相较于传统的650℃至800℃)烧付过程而完成。因此，烧付温度相对较低，既较节省能源(耗电较低)，且较不易破坏被动组件的内部材料结构或电气特性。
3、焊锡过程不会降低产品的电气特性。本发明于焊锡过程中不会有铜电极被焊料侵蚀(俗称「蚀银」)而发生厚度变薄的情形，再加上铜本身的耐热性比银高，因此，不会降低电气特性，若产品为电容，则其电容值不会降低。
4、成本低。铜的价格远低于银，因此，采用铜电极的产品的成本必然低于传统银电极。且焊锡过程中的焊锡成份不含银之类的贵金属，故，整体的总成本低。
【附件一】
照片A是本发明的微细铜粉部于显微镜下放大20000倍的影像
照片B是本发明的微细铜粉部于显微镜下放大10000倍的影像
机译： 氧化铜皮层的鳞片铜粉，氧化铜皮层的鳞片铜粉的制造方法，导电性浆料，氧化铜皮层的鳞片铜粉的制造方法
机译： 具有不规则形状的铜粉，制造具有不规则形状的铜粉的方法以及使用具有不规则形状的铜粉的导电浆料
机译： 导电膏用铜粉，用于外部电极，具有优异的抗氧化性，铜粉
