金屬漿料導(dǎo)電相的研究進展

金屬化漿料通常由金導(dǎo)電相、粘結(jié)相和有機載體組成，三者按照不同的比例混合均勻后制成金屬漿料，通過絲網(wǎng)印刷、噴槍噴涂或其它工藝涂覆至陶瓷基材表面，經(jīng)高溫共燒后將金屬與陶瓷進行封接。

導(dǎo)電相是指金屬漿料中導(dǎo)電的顆粒，按照其導(dǎo)電相的不同可將金屬漿料分為貴金屬漿料和賤金屬漿料。貴金屬漿料是指以貴金屬（如Au、Ag 等）及其合金為導(dǎo)電相的一類導(dǎo)電漿料，較多地應(yīng)用于厚膜元件及其電路中。貴金屬漿料的物理化學性能比較穩(wěn)定，但由于價格較貴而限制了其發(fā)展與應(yīng)用。為了尋找替代貴金屬漿料的材料，人們開始研究賤金屬材料。賤金屬漿料主要包括銅漿料、鎳漿料、鉬-錳漿料及其鎢漿料。

使用Cu作為導(dǎo)電相的金屬漿料有諸多優(yōu)點，如導(dǎo)電性較好，可用于多層結(jié)構(gòu)，容易印刷，并且生產(chǎn)成本低廉等。表1-3是各種Cu漿料的組成，其Cu 含量在73~80wt%之間，并含有微量的Mg、Ag、Mn 等物質(zhì)。

Cu漿料通常印刷于Al2O3陶瓷基片或厚膜介質(zhì)層上，干燥后在N2氣氛中燒成，但燒成氣氛中的O2的含量對漿料中的物質(zhì)會產(chǎn)生較大的影響。

Ni導(dǎo)電漿料通常印刷于玻璃基片表面，燒結(jié)氣氛一般為大氣或N2，有時在還原氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)溫度一般為600°C 左右。但是，Ni 的可焊性和導(dǎo)電性沒有Cu優(yōu)異，因此需要進行浸錫，錫焊區(qū)需要研磨或覆蓋Ag或Ag-Pb等導(dǎo)體。表1-4 列出了Ni 導(dǎo)電漿料與Al 導(dǎo)電漿料的特性。

Mo-Mn 漿料廣泛的應(yīng)用于陶瓷與金屬的封接工藝中，使用Mo-Mn漿料對陶瓷進行金屬化的方法通常稱為Mo-Mn法。Mo-Mn 法是將金屬Mo或Mo和Mn的混合粉末與有機載體混合成金屬漿料，再將漿料涂覆于陶瓷生坯表面，然后在濕氫或惰性氣氛中高溫燒結(jié)，在燒結(jié)后的金屬層表面鍍Ni后進行釬焊，實現(xiàn)金屬與陶瓷的封接。

綜合上述諸多學者的研究，陶瓷與金屬的封接機理主要包括以下兩個方面：

（1）玻璃相的遷移。在高溫燒結(jié)時，陶瓷基體中的玻璃相與金屬漿料中的玻璃相相互遷移，分別潤濕金屬顆粒和陶瓷，冷卻時將金屬與陶瓷封接在一起；

（2）化學反應(yīng)作用。陶瓷基體中的燒結(jié)助劑與金屬漿料中的無機氧化物會發(fā)生化學反應(yīng)形成新的化合物，有利于提高陶瓷與金屬的封接強度。

由于金屬W的熔點較高，達到3140oC，并且電熱轉(zhuǎn)換效率較高，因此在制備電熱材料時，鎢是許多電熱材料的首選原料。相比于使用Mo-Mn漿料金屬化Al2O3陶瓷，使用鎢漿料的研究相對較少。

[6] 林彬, 周曉華, 羅文忠, 等. 鎢漿料的穩(wěn)定性研究[J]. 電子元件與材料,2012,31(8):62-65.

[7] 蔣文娟, 孟凡濤, 潘光慎, 等. 鎢金屬化氧化鋁陶瓷基片的脫脂工藝研究[J]. 硅酸鹽通報, 2013,32(11):2366-2369.

[8] 尚華, 段冰, 毛晉峰, 等. BeO 高導(dǎo)熱陶瓷金屬化漿料配方與批產(chǎn)工藝研究[J]. 電子元件與材料, 2017,36(6):37-42.

[9] 夏慶水, 李海波, 曹坤. 多層共燒氮化鋁陶瓷金屬化工藝研究[J]. 電子與封裝,2009,9(11):34-36.

通過諸多學者對W漿料的不斷研究，總結(jié)出W漿料具有如下特點：

（1）線膨脹系數(shù)小，其值為4.6×10-6/oC，氧化鋁陶瓷的膨脹系數(shù)約為

6×10-6/oC，與鎢漿料膨脹系數(shù)較為接近，因此燒結(jié)時金屬與陶瓷的結(jié)合強度較高；

（2）鎢漿料的粘度可以根據(jù)粉料和有機載體的不同配比加以調(diào)節(jié)，滿足不

同條件下的絲網(wǎng)印刷要求；

（3）鎢漿料中鎢顆粒粒徑一般<2μm，具有較好的分散性；

（4）可用于較高溫度的金屬與陶瓷共燒；

（5）適用于1300~1700oC 高溫

【金屬陶瓷發(fā)熱體的制備和電阻溫度系數(shù)的調(diào)控】

武漢理工大學工學碩士學位論文

作者姓名：朱峰