鈦酸鋇基PTC陶瓷濺射金屬化的研究.pdf

1、基于鈦酸鋇基的正溫度系數(shù)熱敏陶瓷(PTCR)是一種鐵電半導(dǎo)體材料,由于其優(yōu)良的電學(xué)特性,廣泛地用作各種溫度傳感、溫度補(bǔ)償、過(guò)熱過(guò)載的主流產(chǎn)品,在移動(dòng)通信、藍(lán)牙技術(shù)、局域網(wǎng)、計(jì)算機(jī)、手提電腦、高清晰度彩電、車(chē)載電臺(tái)、汽車(chē)電子、軍用電子產(chǎn)品等方面都有廣闊的應(yīng)用市場(chǎng),全球片式PTC的年產(chǎn)用量已經(jīng)突破萬(wàn)億只大關(guān),且以27％的年增長(zhǎng)率遞增。當(dāng)前,國(guó)際上熱敏陶瓷向著超低阻、高耐壓、高可靠性、綠色制造方向發(fā)展。
　　 “陶瓷金屬化”是在陶瓷表

2、面鍍覆符合特定工業(yè)要求的電極。國(guó)際上日本等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始嘗試用濺射技術(shù)進(jìn)行金屬化,我國(guó)是一個(gè)PTC器件生產(chǎn)大國(guó),但是,國(guó)內(nèi)金屬化的現(xiàn)狀是:幾乎所有PTC生產(chǎn)企業(yè)都普遍沿用電鍍-絲網(wǎng)印刷含鉛銀漿的落后工藝,不僅能耗大、生產(chǎn)成本高,而且生產(chǎn)工藝存在嚴(yán)重污染,金屬化膜層中含有違禁物質(zhì),金屬化膜層也不能適應(yīng)高溫?zé)o鉛焊料的溶蝕,特別是隨著國(guó)際銀價(jià)的持續(xù)走高,國(guó)內(nèi)的PTC企業(yè)幾乎到了無(wú)利可圖的尷尬境地。降低成本、解決污染、全面提高金屬化質(zhì)量是我國(guó)

3、電子陶瓷行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。
　　 本文分析了電極層與鈦酸鋇基PTC陶瓷的歐姆接觸機(jī)制,研究了制備工藝參數(shù)對(duì)金屬化性能的影響,采用磁控濺射技術(shù)和多層膜系結(jié)構(gòu),制備了十種能適合不同要求的電極薄膜對(duì)PTC進(jìn)行無(wú)害金屬化,并研制出了能實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)的PTC濺射金屬化生產(chǎn)線,在多個(gè)企業(yè)實(shí)施了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn).論文的主要工作和研究成果如下:
　　 1.分析金屬電極層與PTC陶瓷的歐姆接觸機(jī)制,研究了不同金屬化電極層對(duì)PTC性能的影響,成功地

4、制備了十種能適應(yīng)不同要求的PTC電極薄膜,實(shí)驗(yàn)室研究和大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用的結(jié)果均表明,所制備的底電極與鈦酸鋇基PTC陶瓷的歐姆接觸電阻可達(dá)到1歐姆以下,電極與瓷片問(wèn)附著力達(dá)0.59Mpa,能經(jīng)受400℃的高溫?zé)o鉛焊錫熔蝕,高溫老化試驗(yàn)后性能幾乎沒(méi)有改變,同時(shí)電學(xué)性能和可靠性能好,所制出的電極質(zhì)量?jī)?yōu)于傳統(tǒng)的化學(xué)鍍鎳／燒滲銀電極制備方法。且該電極制備方法的生產(chǎn)成本低、可控性強(qiáng),適合用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)中。這項(xiàng)研究在國(guó)內(nèi)尚屬首次,技術(shù)水平達(dá)到國(guó)際

5、先進(jìn)水平。研究成果分別發(fā)表于第18屆國(guó)際真空學(xué)術(shù)年會(huì)以及SCI期刊。
　　 2.研究了前處理工藝、膜層厚度、膜層材料和濺射工藝參數(shù)包括濺射功率、靶片間距、真空度等工藝參數(shù)對(duì)薄膜性能的影響,得出最佳的工藝參數(shù)。研究結(jié)果表明,基片在金屬化前進(jìn)行徹底的清潔十分重要；選擇20W／cm2的濺射功率密度,此時(shí)對(duì)于Ag靶、Al靶、Ni靶、Cr靶、Ni-Cu靶、Ni—Cr靶、Ti靶的成膜速率分別為70nm／min、68 nm／min、60 nm

6、／min、50nm／min、40 nm／min、33nm／min、15nm／min時(shí),同時(shí)選擇8cm的靶面間距與0.5Pa左右的濺射工作氣壓進(jìn)行濺射成膜時(shí),能同時(shí)保證較佳的金屬化質(zhì)量與較高的成膜速率。
　　 3.研究出“過(guò)渡層+阻擋層+焊接層”的多層膜系電極結(jié)構(gòu)進(jìn)行PTC金屬化,這種多層膜系的金屬化電極結(jié)構(gòu)具有結(jié)合力強(qiáng)、接觸電阻低、可焊性好、抗高溫焊錫溶蝕力強(qiáng)、成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)。這一用于PTC金屬化的膜系結(jié)構(gòu)及其制備方法在國(guó)際