玻璃粉對(duì)浪涌保護(hù)器閥片用銀漿拉力的影響

劉顯杰，黃 帥，湯俊祥，游 立，魏益濤

玻璃粉對(duì)浪涌保護(hù)器閥片用銀漿拉力的影響

劉顯杰，黃 帥，湯俊祥，游 立，魏益濤

（武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，武漢 430064）

銀層拉力不好是浪涌保護(hù)器閥片用銀漿的一種常見問題。本文研究了不同軟化點(diǎn)玻璃粉對(duì)銀漿燒結(jié)后銀層拉力的影響。結(jié)果表明，軟化點(diǎn)過高或過低的玻璃粉都會(huì)導(dǎo)致銀層拉力不佳，玻璃粉軟化點(diǎn)與燒結(jié)溫度相匹配，更有利于提高銀層拉力。同一種玻璃粉在不同的工藝條件下，可以表現(xiàn)出同樣良好的拉力性能，具有一定的適燒性，這有利于提高銀漿的適用性。

銀層拉力 玻璃粉 軟化點(diǎn) 浪涌保護(hù)器閥片

0 引言

電子元器件如浪涌保護(hù)器閥片對(duì)銀漿的拉力要求很高，拉力是銀漿眾多性能中較為核心的技術(shù)指標(biāo)，銀漿在浪涌保護(hù)器閥片表面的拉力直接影響其機(jī)械性能和可靠性，而這些性能是浪涌保護(hù)器能夠?qū)嶋H應(yīng)用的基礎(chǔ)[1,2]。銀漿燒結(jié)后在閥片表面具有良好的拉力能夠更有利于閥片電極的后處理以及電性能的測(cè)試，提高銀層在閥片表面的拉力對(duì)浪涌保護(hù)器的可靠性和穩(wěn)定性的提高至關(guān)重要。

銀漿燒結(jié)后的銀層在閥片表面的拉力主要受銀漿本身玻璃相以及燒結(jié)工藝的影響。一般情況下，銀漿的不同使用廠家的實(shí)際燒結(jié)工藝不盡相同，銀漿的燒結(jié)工藝分為烘干和還原兩個(gè)過程，烘干過程主要是低沸點(diǎn)溶劑的少量揮發(fā)，銀層固化，形成初始附著力，讓銀層具有一定的機(jī)械強(qiáng)度；還原過程是有機(jī)溶劑和有機(jī)載體的燒失、玻璃相的軟化和沉降、導(dǎo)電相的晶界融合，從而形成致密導(dǎo)電相的過程[3]。此外，各銀漿使用廠家的還原曲線各有差異。因而在不同的使用工藝條件下，要求銀漿同樣能夠發(fā)揮出優(yōu)異的性能，這就要求銀漿本身具有很寬的適燒性，能夠在不同的燒結(jié)工藝條件下同樣表現(xiàn)出良好的拉力性能[4]。

玻璃相對(duì)銀漿的拉力影響至關(guān)重要。玻璃相主要包含一定軟化點(diǎn)的玻璃粉和氧化物添加劑。在銀漿的還原過程中，玻璃相軟化后從銀層表面流動(dòng)、沉降至銀層和基片界面上，根據(jù)玻璃相接觸機(jī)理，形成附著力，經(jīng)過退溫后形成良好的拉力[5,6]。

本文選用四種不同軟化點(diǎn)玻璃粉制備銀漿，在相同的燒結(jié)條件下制備被銀閥片，然后分別進(jìn)行拉力測(cè)試，探究并分析了不同軟化點(diǎn)玻璃相對(duì)銀層拉力的影響。并選取上述拉力表現(xiàn)最好的一款銀漿在不同的燒結(jié)工藝條件下進(jìn)行了拉力測(cè)試，探究并驗(yàn)證了其適燒性。

1 實(shí)驗(yàn)過程

1.1 主要試劑

超細(xì)銀粉、玻璃粉為自制，乙基纖維素（K110）、有機(jī)溶劑等為外購(gòu)。

1.2 銀漿的制備

1.2.1實(shí)驗(yàn)條件

1）銀粉：使用同一批次制備的超細(xì)銀粉制備銀漿。

2）玻璃粉：采用不同軟化溫度的玻璃粉分別制備銀漿進(jìn)行燒結(jié)。

3）有機(jī)載體：使用相同的有機(jī)載體和比例制備銀漿。

1.2.2銀漿的制備和燒結(jié)

1）制備：根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)方案，保持玻璃粉的單一變量，分別選用軟化點(diǎn)為：420℃、390℃、360℃、345℃的四種不同的玻璃粉，按比例稱取銀粉、玻璃粉、有機(jī)載體，然后通過三輥研磨機(jī)進(jìn)行軋漿，軋制出的銀漿分別對(duì)應(yīng)編號(hào)：PS-Ag-A, PS-Ag-B。PS-Ag-C，PS-Ag-D。

2）燒結(jié)：采用規(guī)格為（220目，30 mm×30mm）的方形絲網(wǎng)進(jìn)行刷銀，烘干溫度是150℃，周期是1~3 min ；然后通過燒銀爐進(jìn)行還原，燒結(jié)峰值溫度是580 ℃，周期10 min。

3）適燒性：選取上述實(shí)驗(yàn)中拉力表現(xiàn)最好的一款銀漿，分別在540 ℃、560m ℃、580 ℃、600 ℃中還原，然后觀察不同還原溫度條件下的拉力測(cè)試情況。

1.2.3銀漿性能測(cè)試

1）粘度：用數(shù)顯粘度計(jì)在25 ℃環(huán)境下測(cè)定銀漿粘度，保持四種銀漿粘度均為40 Pa.S。

2）細(xì)度：用刮板細(xì)度計(jì)檢測(cè)銀漿細(xì)度，保證四種漿料的細(xì)度均小于10 μm。

3）銀層致密性：用金相顯微鏡分別觀察四種銀漿還原后的銀層致密度。

4）拉力測(cè)試：用拉力機(jī)鉗口夾住電極向銀片最易脫落的方向用力拉，瓷片與電極分離后，目測(cè)電極與瓷片表面附著情況，若瓷片表面黑色瓷體與電極一同拉下面積大于焊接接觸面積的50%以上即為合格，每種類型銀漿做4片測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 玻璃粉對(duì)銀層外觀的影響

圖1 被銀閥片外觀圖

閥片采用四款不同銀漿進(jìn)行被銀，還原后銀層外觀如圖1所示。由圖1可知，四種不同軟化點(diǎn)玻璃粉所對(duì)應(yīng)的銀漿還原后的銀層表面，外觀均完整、光亮、無(wú)氣泡和毛刺等缺陷。該結(jié)果表明玻璃粉的軟化點(diǎn)對(duì)還原后的銀層表面外觀影響不大。

2.2 玻璃粉對(duì)銀層致密度的影響

被銀閥片銀層金相顯微鏡圖如圖2所示。由圖2可知，四種類型的銀漿還原后的銀層致密度各有差異，其中PS-Ag-A的銀層致密性差，空隙率較大，且存在較多缺陷；PS-Ag-B的銀層致密性差，空隙率大，完整度差；PS-Ag-C的銀層致密性好，空隙率小，完整度高；PS-Ag-D的銀層致密性差，空隙率較大，存在一定程度缺陷。綜上所得，軟化點(diǎn)為360 ℃的玻璃粉對(duì)應(yīng)的銀漿還原后的銀層致密性最好，軟化點(diǎn)相對(duì)還原溫度過高或者過低，都會(huì)導(dǎo)致銀層致密性較差。

圖2 被銀閥片銀層金相顯微鏡圖

2.3 玻璃粉對(duì)銀層拉力的影響

四種類型銀漿對(duì)應(yīng)的銀層拉力測(cè)試圖分別如圖3、圖4、圖5、圖6所示。PS-Ag-A銀層拉力測(cè)試如圖3所示。由圖3可知，圖中上半部分是被拉脫電極后的銀層表面，只有極少量的瓷體裸露出來(lái)，圖中下半部分是被拉脫的電極，粘附極少量的瓷體。電極被拉脫后，只有極少量的瓷體被拉掉，拉掉面積小于50%，判斷為不合格；PS-Ag-B銀層拉力測(cè)試圖如圖4所示。由圖4可知，圖中上半部分是被拉脫電極后的銀層表面，一部分瓷體裸露出來(lái)，圖中下半部分是被拉脫的電極，粘附少量的瓷體。電極被拉脫后，只有少量瓷體被拉掉，拉掉面積小于50%，判斷為不合格；PS-Ag-C銀層拉力測(cè)試如圖5所示。由圖5可知，圖中上半部分是被拉脫電極后的銀層表面，絕大部分瓷體裸露出來(lái)，圖中下半部分是被拉脫的電極，幾乎粘滿瓷體。銀層被拉脫后，絕大部分瓷體被拉掉，拉掉面積大于50%，判斷為合格；PS-Ag-D銀層拉力測(cè)試圖如圖6所示。由圖6可知，圖中上半部分是被拉脫電極后的銀層表面，少量的瓷體裸露出來(lái)，圖中下半部分是被拉脫的電極，粘附少量的瓷體。銀層被拉脫后，少量瓷體被拉掉，拉掉面積小于50%，判斷為不合格；綜上所述，軟化點(diǎn)為360℃的玻璃粉對(duì)應(yīng)的銀漿還原后的銀層拉力最佳。

圖3 PS-Ag-A銀層拉力測(cè)試圖

圖4 PS-Ag-B銀層拉力測(cè)試圖

圖5 PS-Ag-C銀層拉力測(cè)試圖

圖6 PS-Ag-D銀層拉力測(cè)試圖

2.4 玻璃粉的適燒性

PS-Ag-C銀漿分別在540℃、560℃、580℃、600℃中還原后的拉力測(cè)試如圖7所示。由圖可知當(dāng)還原溫度為540℃時(shí)，電極被拉脫后，大部分瓷體被拉脫，拉掉面積大于50%，判斷為合格；由圖可知當(dāng)還原溫度為560℃時(shí)，電極被拉脫后，過半瓷體被拉脫，拉掉面積大于50%，判斷為合格；由圖可知當(dāng)還原溫度為580℃時(shí)，電極被拉脫后，絕大部分瓷體被拉脫，拉掉面積大于50%，判斷為合格；由圖可知當(dāng)還原溫度為600℃時(shí)，電極被拉脫后，大部分瓷體被拉脫，拉掉面積大于50%，判斷為合格。綜上所知，軟化點(diǎn)為360℃的玻璃粉制備出的銀漿，在540℃、560℃、580℃、600℃四種不同的還原條件下，均表現(xiàn)出優(yōu)異的拉力性能，說明該軟化點(diǎn)的玻璃粉具有較好的適燒性，能更好地滿足不同銀漿使用廠家的實(shí)際生產(chǎn)需求。

圖7 在540℃、560℃、580℃、600℃中還原后的拉力測(cè)試圖

3 結(jié)論

1）玻璃粉的軟化點(diǎn)不同，對(duì)銀漿還原后的銀層表觀影響不大。均能獲得具有金屬光澤、表面平整、無(wú)外觀缺陷的銀層。

2）在580℃的還原條件下，軟化點(diǎn)為360℃的玻璃粉對(duì)應(yīng)銀層的拉力最佳。玻璃粉的軟化點(diǎn)與還原工藝需要一定的匹配性，才能表現(xiàn)出優(yōu)異的拉力性能。

3）軟化點(diǎn)為360℃的玻璃粉對(duì)應(yīng)的銀漿，在540℃、560℃、580℃、600℃四種不同的還原條件下，均表現(xiàn)出優(yōu)異的拉力性能。玻璃粉具有一定的適燒性，在不同的工藝條件下，同一種玻璃粉都表現(xiàn)出良好的拉力性能。

[1] 譚富彬, 譚浩巍. 電子元器件的發(fā)展及其對(duì)電子漿料的需求[J]. 貴金屬, 2006, 27(1): 51-54.

[2] 趙德強(qiáng), 馬立斌, 楊君等. 銀粉及電子漿料產(chǎn)品的現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J]. 電子元件與材料, 2005, 24(6): 54-56.

[3] 馬小強(qiáng), 朱曉云, 龍晉明等. 玻璃粉對(duì)銅導(dǎo)體漿料燒結(jié)膜性能的影響[J]. 材料研究學(xué)報(bào), 2017, 31(6): 472-480.

[4] 甘衛(wèi)平, 羅林, 熊志軍等. 玻璃粉軟化溫度對(duì)晶硅太陽(yáng)能電池性能的影響[J]. 材料導(dǎo)報(bào), 2013, 27(22): 12-16.

[5] 張亞萍, 楊云霞, 鄭建華等. 玻璃粉的潤(rùn)濕性對(duì)硅太陽(yáng)電池性能的影響[J]. 硅酸鹽學(xué)報(bào), 2008, 36(7): 1022-1026.

[6] 熊德竹, 董寧利, 張曉燁等. ZnO壓敏電阻銀漿拉力性能研究[J]. 世界有色金屬, 2017, (17): 260-261.

Effect of Glass Powder on the Pulling Force of Silver Paste Used in Surge Protective Device Valve

Liu Xianjie, Huang Shuai, Tang Junxiang, You Li, Wei Yitao

（Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China）

TF123

A

1003-4862（2019）05-0001-03

2018-12-17

劉顯杰（1980-），男，高工。研究方向：貴金屬材料和電子導(dǎo)電漿料。E-mail: 1057101566@qq.com