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)是一種鐵電半導體材料,由于其優(yōu)良的電學特性,廣泛地用作各種溫度傳感、溫度補償、過熱過載的主流產(chǎn)品,在移動通信、藍牙技術、局域網(wǎng)、計算機、手提電腦、高清晰度彩電、車載電臺、汽車電子、軍用電子產(chǎn)品等方面都有廣闊的應用市場,全球片式PTC的年產(chǎn)用量已經(jīng)突破萬億只大關,且以27％的年增長率遞增。當前,國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。國際上日本等發(fā)達國家已經(jīng)開始嘗試用濺射技術進行金屬化,我國是一個PTC器件生產(chǎn)大國,但是,國內金屬化的現(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)工藝存在嚴重污染,金屬化膜層中含有違禁物質,金屬化膜層也不能適應高溫無鉛焊料的溶蝕,特別是隨著國際銀價的持續(xù)走高,國內的PTC企業(yè)幾乎到了無利可圖的尷尬境地。降低成本、解決污染、全面提高金屬化質量是我國

3、電子陶瓷行業(yè)的當務之急。
　　 本文分析了電極層與鈦酸鋇基PTC陶瓷的歐姆接觸機制,研究了制備工藝參數(shù)對金屬化性能的影響,采用磁控濺射技術和多層膜系結構,制備了十種能適合不同要求的電極薄膜對PTC進行無害金屬化,并研制出了能實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)的PTC濺射金屬化生產(chǎn)線,在多個企業(yè)實施了產(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陶瓷的歐姆接觸機制,研究了不同金屬化電極層對PTC性能的影響,成功地

4、制備了十種能適應不同要求的PTC電極薄膜,實驗室研究和大規(guī)模生產(chǎn)應用的結果均表明,所制備的底電極與鈦酸鋇基PTC陶瓷的歐姆接觸電阻可達到1歐姆以下,電極與瓷片問附著力達0.59Mpa,能經(jīng)受400℃的高溫無鉛焊錫熔蝕,高溫老化試驗后性能幾乎沒有改變,同時電學性能和可靠性能好,所制出的電極質量優(yōu)于傳統(tǒng)的化學鍍鎳／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,適合用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)中。這項研究在國內尚屬首次,技術水平達到國際

5、先進水平。研究成果分別發(fā)表于第18屆國際真空學術年會以及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)對薄膜性能的影響,得出最佳的工藝參數(shù)。研究結果表明,基片在金屬化前進行徹底的清潔十分重要；選擇20W／cm2的濺射功率密度,此時對于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,同時選擇8cm的靶面間距與0.5Pa左右的濺射工作氣壓進行濺射成膜時,能同時保證較佳的金屬化質量與較高的成膜速率。
　　 3.研究出“過渡層+阻擋層+焊接層”的多層膜系電極結構進行PTC金屬化,這種多層膜系的金屬化電極結構具有結合力強、接觸電阻低、可焊性好、抗高溫焊錫溶蝕力強、成本低等一系列優(yōu)點。這一用于PTC金屬化的膜系結構及其制備方法在國際