电子陶瓷金属化的研究

发布时间：2017-09-22 11:42

  本文关键词：电子陶瓷金属化的研究

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【摘要】：电子陶瓷广泛应用于电子信息领域,是基础的电子元器件,我国是电子陶瓷器件的生产大国,其产量占全球的三分之二。表面金属化是电子陶瓷制备中一项关键工艺,直接影响到陶瓷的电性能、可靠性、焊接性能等,研制高品质的电极是提高器件性能的关键性技术。迄今为止,国内外主流电极金属化工艺一直沿用着丝印、电镀等传统工艺技术,不仅成本高、可靠性差,而且能耗高、污染严重。随着ROSH标准的全面实施,无铅化的绿色环保工艺已然成为当今电子产品制造的必然发展方向。采用绿色环保的溅射工艺替代丝印电镀进行电子陶瓷金属化,全面提升器件的质量,势在必行。本文以电子陶瓷中应用最广泛的氧化锌压敏电阻和低居里点的热敏陶瓷为主要对象,进行陶瓷溅射金属化技术的研究,系统研究了溅射工艺、膜层材料和结构对电子陶瓷性能的影响,提出了最佳膜层结构,并成功地实现了产业化应用。论文的主要研究工作与创新性成果有：1.氧化锌压敏电阻采用溅射工艺进行金属化,是目前国际上尚未解决的重大技术难题,本研究分析了膜层与陶瓷基体的附着机制、导电机制与焊接机制,系统地研究了膜系材料、微观结构、溅射工艺对器件机械、电气和焊接性能的影响,并结合产业化的要求,提出了最佳多层膜系结构及设计原则,并成功地实现了产业化应用。研究结果表明,NiCr/Cu/Ag的溅射膜电极结构,其抗拉强度高达13.9 MPa,作为器件可靠性指标的高温负荷寿命压敏电压变化率,从丝印的1.32%降低到0.61%,器件非线性系数、压敏电压和漏电流等主要技术参数均全面优于丝印工艺,而其电极厚度仅为丝印银浆的四分之一,使制备成本降低了50-60%。2.低居里点PTC难以采用丝印-高温烧结工艺进行金属化,即使采用常规的溅射工艺也极易影响其性能,本研究采用一定厚度的NiCr、Al作为过渡层和阻挡层,有效阻挡了铜或银离子向瓷体扩散,成功地解决了低居里点PTC热敏陶瓷的金属化难题。3.以贱金属材料做电极材料是陶瓷金属化的一种必然发展趋势,本课题首次研究成功了Al/Cu、NiCr/Cu的贱金属膜系结构的电极,规模化投产结果表明,这种膜系电极的焊接性、通流能力、抗拉强度以及其它各项技术参数均能达到指标要求,其成本可以大幅度降低,这一技术具有很大的市场推广前景。4.NTC热敏陶瓷溅射金属化时,一直很难实现较高的膜层结合力,使得溅射技术在NTC上的应用受到限制,我们从微观角度进行了分析研究,认为原先丝印烧银过程相当于二次烧结,能有效改变晶粒尺寸,在一定程度上影响沉积电极与基体的结合力。这一发现挑战了“NTC热敏陶瓷丝印烧结工艺不影响晶体结构”传统论述,为NTC溅射金属化提供了理论指导。
【关键词】：电子陶瓷 金属化 磁控溅射 复合电极
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.756
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 1 绪论14-34
• 1.1 电子陶瓷14-28
• 1.1.1 ZnO压敏电阻15-20
• 1.1.2 热敏电阻20-28
• 1.2 电子陶瓷的金属化28-30
• 1.2.1 陶瓷制备流程28
• 1.2.2 金属化工艺方法28-30
• 1.3 国内外研究状况30-31
• 1.4 研究动机31-32
• 1.5 本文主要工作和结构安排32-34
• 2 薄膜成膜机制和复合膜系结构的设计34-44
• 2.1 薄膜成膜机理34-35
• 2.2 薄膜特性35-41
• 2.2.1 附着力36-37
• 2.2.2 内应力37-39
• 2.2.3 焊接性能39-40
• 2.2.4 导电性能40-41
• 2.2.5 抗溶蚀性41
• 2.3 膜系结构设计41-43
• 2.4 本章小结43-44
• 3 磁控溅射法制备电极膜层44-51
• 3.1 磁控溅射技术44-47
• 3.1.1 磁控溅射原理44-45
• 3.1.2 磁控溅射主要参数45-47
• 3.2 实验设备47-49
• 3.3 实验流程49-50
• 3.3.1 靶材处理49
• 3.3.2 样品预处理49-50
• 3.3.3 磁控溅射50
• 3.4 本章小结50-51
• 4 ZnO压敏电阻溅射金属化的研究51-61
• 4.1 表面电极制备51-52
• 4.2 氧化锌压敏电阻技术指标52-53
• 4.3 性能测试和结果分析53-59
• 4.3.1 机械性能53-55
• 4.3.2 电气性能55-57
• 4.3.3 微观结构57-58
• 4.3.4 焊接性能58-59
• 4.5 产业化应用研究59
• 4.6 本章小结59-61
• 5 PTC、NTC热敏电阻溅射金属化研究61-68
• 5.1 PTC热敏电阻61-64
• 5.1.1 焊接性能62-63
• 5.1.2 电气性能63-64
• 5.2 NTC热敏电阻64-67
• 5.3 本章小结67-68
• 6 总结与展望68-70
• 6.1 论文主要内容68
• 6.2 论文主要创新点68-69
• 6.3 论文主要不足点69-70
• 参考文献70-74
• 作者简历74

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本文编号：900651