燒滲法也叫被銀法。這種方法是在陶瓷的表面燒滲一層金屬銀,作為電容器、濾波器的電極或集成電路基片的導電網絡。銀的導電能力強,抗氧化性能好,在銀面上可直接焊接金屬。燒滲的銀層結合牢固,熱膨脹系數與瓷坯接近,熱穩定性好。此外燒滲的溫度較低,對氣氛的要求也不嚴格,燒滲工藝簡單易行。因此它在壓電陶瓷濾波器、瓷介電容器、印刷電路及裝置瓷零件的金屬化上用得較多。
被銀法也有缺點,例如金屬化面上的銀層往往不勻,甚至可能存在單獨的銀粒,造成電極的缺陷,使電性能不穩定。此外在高溫、高濕和直流(或低頻)電場作用下,銀離子容易向介質中擴散,造成介質的電性能劇烈惡化。因此在上述條件下使用的陶瓷元器件,不宜采用被銀法進行表面金屬化。
燒滲法制備銀電極的主要工序為:①陶瓷的表面處理;②銀電極漿料的配制;③印刷或涂覆;④燒滲。
(1)陶瓷的表面處理
在涂覆銀漿前,瓷體表面必須進行清潔處理,即用30~60℃熱皂水進行超聲波清洗,再用50~80℃清水沖洗2~5min,然后在100~140℃條件下烘干備用。
(2)銀電極漿料的制備
不同的電子陶瓷元器件由于用途不同,對電極漿料的性能要求也不相同。常用的銀漿有碳酸銀漿、氧化銀漿和粉銀漿,以粉銀漿的銀含量最高。銀漿通常由銀或其化合物、膠黏劑和助熔劑組成。銀和它的化合物粉料(Ag、Ag2O)、Ag2CO3)是銀漿的主要成分,它應有足夠的細度和化學活性。通常通過化學反應制得銀及其化合物粉料。
銀電極漿料中的助熔劑主要有Bi2()3、PbB4O7等,主要起到降低銀漿燒滲溫度的助熔作用,還有增強銀層與瓷體表面附著力的作用。硼酸鉛的熔點約600℃,Bi2O3的熔點約800℃,附著力Bi2O3優于硼酸鉛。
黏結劑在銀漿中的作用是使銀漿中的各種固體粉末均勻分散,保持懸浮狀態,使銀漿具有一定的黏度和膠合作用,涂覆時不易流散變形,烘干后成為有一定強度的膠膜,附于瓷體表面不脫落。黏合劑不一定參與銀層燒滲的還原過程,在400℃以下就應完全分解揮發。不同的銀漿采用不同的黏合劑,這取決于銀或銀化合物種類、細度和被銀工藝的要求等。對黏合劑的要求主要是具有符合要求的懸浮能力、黏結性和揮發性。黏合劑由高分子有機物和有機溶劑兩部分組成。常用的黏合劑有松香,多以松節油作為溶劑;乙基纖維素多以松油醇為溶劑;硝化纖維常以乙二醇乙醚或環已酮加香蕉水為溶劑。高分子有機物提供懸浮力和黏結性,有機溶劑影響黏度和干燥能力。
一般銀漿配制時進行球磨時間較長,約48~96h,個別的還達到168h,以保證使銀及其化合物粉末與膠黏劑、助熔劑等混合均勻,符合使用要求。球磨時多用玻璃球或高鋁球。
(3)涂覆工藝
被銀的方法主要有涂布法、印刷法和噴銀法。
涂布法是一種把銀漿用毛筆、泡沫塑料筆或抽吸等方法使銀漿浸潤陶瓷表面的涂覆方法,有手工和機械兩種。這種方法對陶瓷件的尺寸和平整度要求不高,適應性強,但被銀的質量差,產品合格率低。
印刷法所用設備為絲網印刷機,在自動生產線中應用廣泛,印刷一次能獲得10~30μm厚的銀層。印刷法容易實現自動化,產品質量好,合格率高,但對瓷體形狀、尺寸要求嚴格。
噴銀法由于銀漿浪費嚴重,很少采用。
(4)燒滲銀工藝
燒滲銀的目的是在高溫下在瓷件表面上形成連續、致密、附著牢固、導電性良好的銀層。
燒滲銀的工藝過程大致可以分為以下四個階段。
①從室溫至400℃這一階段主要是黏合劑的揮發、分解、碳化及燃燒,排出大量氣體。并開始發生銀的還原,導致大量的熱量從瓷片表面被吸走,容易引起瓷片應力加劇,甚至炸裂,膠黏劑的過快揮發,也容易引起銀層氣泡。因此這一階段升溫要慢,并應加強通風,使有機物充分氧化、燃燒,把大量的氣體排出。
②400~500℃這一階段主要是氧化銀的還原過程,氣體排出量很少,可較快升溫。
③由500℃升至燒滲銀終了溫度 這一階段主要是助熔劑熔化,銀層本身相互結合,銀層與瓷件表面形成良好牢固的結合,大多數瓷介電容器最終燒銀溫度為(840±20)℃,保溫20min。溫度過高,可能會出現飛銀,即在瓷件表面形成銀珠;溫度過低,銀層的附著力和可焊性不好。選擇最佳燒銀溫度應以能形成附著力大,可焊性好,表面光亮、致密,導電性良好的銀層為依據。
④降溫冷卻過程 通常隨爐冷卻,主要是防止瓷件炸裂。整個燒滲過程約需3h左右。
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:陶瓷材料表面金屬化——燒滲法
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