電子陶瓷金屬化的研究.pdf

1、電子陶瓷廣泛應(yīng)用于電子信息領(lǐng)域，是基礎(chǔ)的電子元器件，我國是電子陶瓷器件的生產(chǎn)大國，其產(chǎn)量占全球的三分之二。表面金屬化是電子陶瓷制備中一項(xiàng)關(guān)鍵工藝，直接影響到陶瓷的電性能、可靠性、焊接性能等，研制高品質(zhì)的電極是提高器件性能的關(guān)鍵性技術(shù)。迄今為止，國內(nèi)外主流電極金屬化工藝一直沿用著絲印、電鍍等傳統(tǒng)工藝技術(shù)，不僅成本高、可靠性差，而且能耗高、污染嚴(yán)重。隨著ROSH標(biāo)準(zhǔn)的全面實(shí)施，無鉛化的綠色環(huán)保工藝已然成為當(dāng)今電子產(chǎn)品制造的必然發(fā)展方向。采用

2、綠色環(huán)保的濺射工藝替代絲印電鍍進(jìn)行電子陶瓷金屬化，全面提升器件的質(zhì)量，勢在必行。
　　本文以電子陶瓷中應(yīng)用最廣泛的氧化鋅壓敏電阻和低居里點(diǎn)的熱敏陶瓷為主要對象，進(jìn)行陶瓷濺射金屬化技術(shù)的研究，系統(tǒng)研究了濺射工藝、膜層材料和結(jié)構(gòu)對電子陶瓷性能的影響，提出了最佳膜層結(jié)構(gòu)，并成功地實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。論文的主要研究工作與創(chuàng)新性成果有:
　　1.氧化鋅壓敏電阻采用濺射工藝進(jìn)行金屬化，是目前國際上尚未解決的重大技術(shù)難題，本研究分析了膜層與

3、陶瓷基體的附著機(jī)制、導(dǎo)電機(jī)制與焊接機(jī)制，系統(tǒng)地研究了膜系材料、微觀結(jié)構(gòu)、濺射工藝對器件機(jī)械、電氣和焊接性能的影響，并結(jié)合產(chǎn)業(yè)化的要求，提出了最佳多層膜系結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)原則，并成功地實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。研究結(jié)果表明，NiCr/Cu/Ag的濺射膜電極結(jié)構(gòu)，其抗拉強(qiáng)度高達(dá)13.9 MPa，作為器件可靠性指標(biāo)的高溫負(fù)荷壽命壓敏電壓變化率，從絲印的1.32％降低到0.61％，器件非線性系數(shù)、壓敏電壓和漏電流等主要技術(shù)參數(shù)均全面優(yōu)于絲印工藝，而其電極厚度

4、僅為絲印銀漿的四分之一，使制備成本降低了50～60％。
　　2.低居里點(diǎn)PTC難以采用絲印-高溫?zé)Y(jié)工藝進(jìn)行金屬化，即使采用常規(guī)的濺射工藝也極易影響其性能，本研究采用一定厚度的NiCr、Al作為過渡層和阻擋層，有效阻擋了銅或銀離子向瓷體擴(kuò)散，成功地解決了低居里點(diǎn)PTC熱敏陶瓷的金屬化難題。
　　3.以賤金屬材料做電極材料是陶瓷金屬化的一種必然發(fā)展趨勢，本課題首次研究成功了Al/Cu、NiCr/Cu的賤金屬膜系結(jié)構(gòu)的電極，規(guī)模

5、化投產(chǎn)結(jié)果表明，這種膜系電極的焊接性、通流能力、抗拉強(qiáng)度以及其它各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)均能達(dá)到指標(biāo)要求，其成本可以大幅度降低，這一技術(shù)具有很大的市場推廣前景。
　　4.NTC熱敏陶瓷濺射金屬化時，一直很難實(shí)現(xiàn)較高的膜層結(jié)合力，使得濺射技術(shù)在NTC上的應(yīng)用受到限制，我們從微觀角度進(jìn)行了分析研究，認(rèn)為原先絲印燒銀過程相當(dāng)于二次燒結(jié)，能有效改變晶粒尺寸，在一定程度上影響沉積電極與基體的結(jié)合力。這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了“NTC熱敏陶瓷絲印燒結(jié)工藝不影響晶體結(jié)