电子陶瓷制备常用粘结剂——PVB

科技   2024-12-26 18:15   广东  
随着电子封装向片式、集成化方向迅速发展,作为连续高效成型的流延技术已成为关注热点。流延成型技术是指将粉体、溶剂、分散剂、粘结剂、增塑剂,及消泡剂、均化剂和絮凝剂等助剂,经分散混合得到均匀稳定浆料,利用流延机制备具有一定强度和韧性的陶瓷生带的方法。利用陶瓷流延生带可制备层状陶瓷,或经印刷导电胶、裁切、冲孔、叠层、排胶、烧结等后续工序操作最终可以获得所需产品。

流延成型技术所使用溶剂的不同,分为水基流延和非水基流延两大类。其中,非水基流延工艺是以有机物作为溶剂,具有对陶瓷粉体润湿性好,可与多种分散剂、粘结剂、增塑剂等相容性,添加剂选择范围宽,制备的浆料粘度低,溶剂挥发快、干燥时间短;制得的流延生带强度高、柔韧性好。


有机材料在电子陶瓷浆料应用


电子陶瓷浆料主要由两部分组成:无机陶瓷粉体和有机材料
1、无机陶瓷粉料 Ceramic powder(陶瓷粉料和玻璃粉料);
2、有机材料:粘合剂、增塑剂、分散剂、溶剂:
  • Binder 粘合剂:增加流延膜成型并赋予坯件一定的强度;
  • Plasticizer 增塑剂:赋予坯件一定的可塑性和柔韧性;
  • Dispersant 分散剂:通过电荷、空间位阻赋予浆料稳定性;
  • Solvent 溶剂:用于溶解Binder,赋予浆料流动性。

按照比例来说:
  • Plasticizer 陶瓷粉料:100
  • Binder 有机粘合剂:8-12
  • Dispersant 分散剂:1-3
  • Plasticizer 增塑剂:2-4
  • Solvent 溶剂:60-100

粘结剂是在非水基溶液体系中,形成具有一定粘度的粘结性溶液,经与陶瓷粉体润湿、粘附,干燥后具有定强度的材料。选择粘结剂时需要考虑的因素有:

①要与选用溶剂的类型匹配,不妨碍溶剂挥发;

②对粉体由良好的粘结作用;

③能起到稳定浆料和抑制颗粒沉降的作用;

④有较低的玻璃化转变温度;

⑤与承载体材料易于分离。

粘合剂种类有:热塑性丙烯酸树脂PMMA、聚乙烯醇缩丁醛PVB。

图 PVB树脂,来源:积水化学

 
聚乙烯醇缩丁醛PVB介绍
聚乙烯醇缩丁醛(PVB)具有良好的粘结性、热分解性及其碳残留量低等特点,是非水基流延体系中最常用的粘结剂之一。
工业上以聚乙烯醇PVA和丁醛C4H8O为原料,以水为介质,HCl作为催化剂,逐步升温到65℃进行缩合,待粉粒析出后用水洗去催化剂,用碱中和残留的酸,干燥后得到产品。
PVB=PVA+H2O+HCl+C4H80
通过调整不同的摩尔比、不同的反应温度可制得不同性能的PVB。
① 安全玻璃,PVB经增塑后挤出或流延出透明薄片;
② 粘合剂Binder,由于具有-OH和缩醛基,具有很强的粘结性能,灰分残留小。
③ 涂料,由于具有好的粘结性、成膜性、耐磨性可用于涂料。
 
PVB树脂性能与流延生胚强度的关系
决定PVB的性能主要有四个因素:聚合度、丁醛基含量、乙酰基含量、羟基含量。
① 聚合度的影响,聚合度增大,浆料粘度上升、膜片强度越大、热压着性也增大;
② 缩醛基含量的影响,含量的增高,可以降低粘合剂的粘度,提高与增塑剂的相溶性,提高膜片的柔软性和热压着性;
③ 羟基含量的影响,羟基含量的增高,溶液粘度升高,膜片强度增大,吸湿性也增高;
④ 乙酰基含量影响,乙酰基含量增加,粘度下降,膜片柔软性增加,热压着性也增大。
电子元器件烧结成瓷时的收缩率除了受陶瓷粉本身的影响外,也受PVB添加量的影响。为了得到较理想的收缩率,不同流延生坯厚度所选用PVB的粘度也不一样。高厚度流延生坯应选用高粘度PVB;低厚度的选用低粘度PVB。当然也有例外的,在MLCC行业,流延膜厚度都是在2-5微米,选用高粘度、高强度的PVB树脂如B72。

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