Способ получения диэлектрической пасты на основе сферического субмикронного титаната бария Российский патент 2025 года по МПК H01G4/12 C09K11/00 

Изобретение относится к области микроэлектроники, а именно к составам диэлектрических паст для изготовления диэлектрических покрытий методом трафаретной печати. Область применения: электролюминесцентные панели для аварийного освещения, керамические конденсаторы.

Уровень техники

Известен способ получения диэлектрической пасты на основе титаната бария патент JP4300801B2, опубл. 22.07.2009 г. В качестве основы плёнкообразующего материала использовалась водорастворимая смола, грунтовочный слой, а водорастворимую смолу растворяли в воде и нанесли на керамический лист с толщиной сухого слоя порядка 0,5 микрон. В качестве водорастворимой смолы использовалась коммерчески доступная поливинилацетальная смола. В качестве твердого диэлектрического наполнителя используют титанат бария с размером частиц 1-2 микрона. В качестве пластификатора используют гликоль.

Одним из недостатков данного способа является использование в качестве растворителя воды, что приводит к формированию слоя с недостаточной прочностью адгезии (сцепления) покрытий к основанию, что приводит к отслаиванию слоя при дальнейшей эксплуатации.

Известен способ приготовления пасты путем подготовки смеси порошка наполнителя и органического растворителя, перемешивания и размалывания полученной смеси, введения органического связующего [Пат. США №4192698, опубл. 11.03.1980 г].

Несмотря на то, что данный способ позволяет получать пасты с высокой однородностью и пластичностью, их использование для получения элементов с высокой контрастностью, разрешением и толщиной покрытия менее 5 мкм невозможно из-за наличия в составе пасты частиц с размером более 5 микрон.

Известен RU 2210825 C2, опубл. 20.08.2003 г состав диэлектрической пасты для формирования диэлектрических барьеров в газоиндикаторных панелях, содержащей шихту порошков легкоплавкого стекла, тугоплавкого наполнителя и биндера, представляющего раствор органического связующего в растворителе, в качестве связующего используется органическое вещество, содержащее окислительные группы с активным кислородом, и позволяет производить полное окисление связующего без доступа воздуха (кислорода) при следующих соотношениях компонентов, вес.ч.:

Тугоплавкий наполнитель - 20-60

Шихта порошков легкоплавкого стекла - 20-60

Растворитель - 15-40

Связующее - органическое вещество, содержащее группы с активным кислородом - 1-5

В качестве связующего можно использовать нитроцеллюлозу. В этом случае разложение связующего до углекислого газа, воды и азота происходит без доступа воздуха и кислорода, без "отравления" люминофоров и барьерных паст.

Несмотря на то, что данный способ позволяет получать пасты с высокой однородностью и толщиной покрытия менее 5 мкм, одним из существенных недостатков является использование высоких температур вжигания – 400-450°С, что недопустимо при изготовлении электролюминесцентных панелей.

Сущность изобретения

Техническим результатом заявляемого изобретения является получение диэлектрической пасты на основе сферического субмикронного титаната бария со следующими параметрами: вязкость при 25°С не более 12 Па*с, температура сушки не более 150°С, диэлектрическая проницаемость не менее 1000, размер частиц твердого наполнителя не более 1 мкм, степень перетира пасты менее 5 микрон, жизнеспособность не менее 3 часов после приготовления пасты.

Технический результат достигается за счет выполнения ряда последовательных операций: 1) взвешивание твердого наполнителя сферического субмикронного титаната бария с размером частиц 0,7-1,0 микрон, 2) поверхностная обработка титаната бария в воде при нагревании и перемешивании с олеатом аммония 3) добавление диспергирующей смачивающей добавки, например CFC-6350K, 4) добавление тиксотропной добавки на основе аэросила, 5) добавление высококипящего растворителя – дибутилгликоля, 6) добавление пленкообразователя на основе полибутилметакрилата, 7) растворение пленкообразователя полибутилметакрилата в дибутилгликоле при нагревании и перемешивании 8) механическое перемешивание фарфоровой лопаткой титаната бария, диспергатора, например CFC-6350K, тиксотропной добавки и органического связующего (с растворенным пленкообразователем) на основе высококипящего растворителя (дибутилгликоля), 9) перетир на пастотерке с контролируемым зазор между циркониевыми валами при режиме: степень зазора – 5 микрон, скорость вращения 30±2 об/мин 10) мокрый просев пасты через нейлоновое сито с размером ячейки 70-75 микрон.

Для проведения процесса поверхностной обработки титаната бария исходный сферический субмикронный порошок титаната бария с размером частиц 0,7-1 микрон засыпают в термостойкий стакан, заливают деионизованной водой. Предварительно готовят диспергирующий раствор: олеиновую кислоту смешивают с аммиаком водным 25% при соотношении 1:1, полученный диспергирующий раствор нагревают до 70-75°С, затем диспергирующий раствор добавляют в водную суспензию титаната бария и нагревают до 70-75°С и перемешивают в течении 35-40 минут, поддерживая температуру на уровне 70-75°С. Полученный титанат бария с поверхностной обработкой фильтруют на воронке Бюхнера и сушат при температуре 70°С в течении 20 часов.

Отличительной особенностью заявляемого способа является использование сферического титаната бария размером частиц 0,7-1 микрон с поверхностной обработкой.

Из уровня техники не известно использование сферического титаната бария с размером частиц 0,7-1 микрон с поверхностной обработкой.

Заявляемый способ, позволяет сформировать однородный монодисперсный слой пасты для трафаретной печати на основе титаната бария, закрепляемое на поверхности при дальнейшей сушке при температуре 150-200°С, что в итоге приводит к получению диэлектрического слоя с размером не более 5 микрон с высокими диэлектрическими показателями, а поверхностная обработка титаната бария позволяет получать диэлектрическую пасту со сроком годности не менее 12 месяцев, без оседания твердого наполнителя на основе титаната бария.

Предлагаемое техническое решение является новым, обладает изобретательским уровнем и промышленно применимо.

Пример осуществления способа

На первом этапе предварительно готовят органическое связующее на основе C₁₀H₂₂O₂(дибутилгликоля) 88 масс% и поливинилбутираля 12 масс%, поливинилбутираль добавляют в раствор дибутилгликоля при постоянном перемешивании до полного растворения поливинилбутираля.

На втором этапе проводят поверхностную обработку титаната бария при следующем соотношении компонентов (масс. %):

BaTiO₃ (титанат бария) 99,2 NH₄OH(аммиак) 0,5 C₁₈H₃₄O₂ (олеиновая кислота)0,3 (олеиновая кислота)0,3

Для проведения поверхностной обработки сферического субмикронного титаната бария, порошок BaTiO3 порционно добавляют к водному раствору олеата аммония, полученного при смешивании олеиновой кислоты и аммиака, при перемешивании и нагреве. Процесс поверхностной обработки проводят в течении 30-35 минут, раствор нагревают до температуры 80-85°С, скорость перемешивания – 300±50 об/мин.

На третьем этапе проводят смешивание органического связующего и титаната бария при следующем соотношении компонентов (масс. %):

BaTiO₃ 58,0 SiO₂ 0,2 C₁₀H₂₂O₂(дибутилгликоль)31,3 (дибутилгликоль)31,3 Поливинилбутираль 10 CFC-6350K (диспергатор)0,5 CFC-6350K (диспергатор)0,5

Для проведения процесса смешивания и перетира органического связующего и сферического субмикронного титаната бария и получения пасты используют пастотерку с контролируемым зазором между циркониевыми валами. Предварительно на приборной панели вводят программу на процесс: скорость вращения валков 30±2 об/ минуту, зазор между валами 5 микрон, длительность перетира 40 минут. После введения программы порционно загружают смесь, состоящую из органического связующего (поливинилбутираль, растворенный в дибутилгликоле), титаната бария, диоксида кремния, CFC-6350K (диспергатора), на валки пастотерки при постоянном вращении. Для контроля степени перетира пасты используют гриндометр, отбирая небольшие порции пасты для контроля степени перетира. После окончания процесса смешивания и перетира пастообразную суспензию выгружают из пастотерки и просеивают через нейлоновое сито с размером ячеек 70-75 микрон.

Таким образом, заявляемый способ позволяет сформировать однородный монодисперсный слой пасты для трафаретной печати на основе сферического субмикронного титаната бария, закрепляемое на поверхности при дальнейшей сушке при температуре 150-200°С, что в итоге приводит к получению диэлектрического слоя с размером не более 5 микрон с высокими диэлектрическими показателями, а поверхностная обработка титаната бария позволяет получать диэлектрическую пасту со сроком годности не менее 12 месяцев, без оседания твердого наполнителя на основе титаната бария.

Изобретение относится к области микроэлектроники, а именно к составам диэлектрических паст для изготовления диэлектрических покрытий методом трафаретной печати. Способ получения диэлектрической пасты на основе сферического субмикронного титаната бария с поверхностной обработкой состоит из следующих этапов. Взвешивание сферического субмикронного титаната бария с размером частиц 0,7-1,0 микрон. Поверхностная обработка титаната бария в воде при нагревании с олеатом аммония. Добавление диспергирующей смачивающей добавки. Добавление тиксотропной добавки на основе аэросила. Добавление высококипящего растворителя – дибутилгликоля. Добавление пленкообразователя на основе поливинилбутираля. Растворение пленкообразователя поливинилбутираля в дибутилгликоле. Механическое перемешивание титаната бария, диспергатора, тиксотропной добавки и органического связующего на основе высококипящего растворителя. Перетир на пастотерке с контролируемым зазором между циркониевыми валами при режиме: степень зазора – 5 мкм, скорость вращения 30±2 об/мин. Мокрый просев пасты через нейлоновое сито 70-75 мкм. Изобретение позволяет получать диэлектрическую пасту с высокими диэлектрическими показателями. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ получения диэлектрической пасты на основе сферического субмикронного титаната бария, включающий ряд этапов: 1) взвешивание на лабораторных весах сферического субмикронного титаната бария с размером частиц 0,7-1,0 мкм, выступающего в качестве твердого наполнителя; 2) проведение поверхностной обработки титаната бария в воде при постоянном перемешивании и нагревании водного раствора олеата аммония; 3) добавление диспергирующей смачивающей добавки; 4) добавление тиксотропной добавки на основе аэросила; 5) добавление высококипящего растворителя – дибутилгликоля; 6) добавление пленкообразователя на основе поливинилбутираля; 7) растворение пленкообразователя поливинилбутираля в дибутилгликоле при нагревании и перемешивании; 8) механическое перемешивание титаната бария, диспергирующей добавки, тиксотропной добавки и органического связующего с растворенным пленкообразователем на основе высококипящего растворителя – дибутилгликоля; 9) перетир на пастотерке с контролируемым зазором между циркониевыми валами при режиме: степень зазора – 5 мкм, скорость вращения 30±2 об/мин; 10) мокрый просев пасты через нейлоновое сито с размером ячейки 70-75 мкм.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве диспергирующей смачивающей добавки используют CFC-6350K.