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陶瓷金属化技术-被银法

作者:佚名    文章来源:网络    点击数:    更新时间:2008-6-14

被银法又称烧银法,是指在陶瓷表面烧渗一层银,作为电容器、滤波器的电极或集成电路基片的导电网络。由于银的导电能力很强,抗氧化性能好,在银面上可直接焊接金属。但对于电性能要求较高的材料,如在高温、高湿和直流电场作用下使用,则不宜采用被银法。
被银法的工艺流程:
瓷件预处理->银浆的配制(含银原料、熔剂、粘合剂)->涂敷->烧银
(1)、瓷件的预处理
瓷件在涂敷银浆之前必须预先进行净化处理。处理的方法很多,通常用70-80℃的肥皂水浸洗,在用清水冲洗。也可采用合成洗涤剂超声波振动清洗。清洗后在100-110℃烘箱中烘干。当对银层的质量要求较高时,可在电炉中煅烧500-600℃,烧去瓷坯表面的各种有机污秽。


(2)、银浆的配制
1、含银原料 含银原料主要有Ag2CO3、Ag2O、Ag 。
Ag2CO3在烧渗中放出大量CO2容易使银层气泡或起鳞皮,由于它分解为氧化银,使得银浆的性能不稳定,因此用的不多。
Ag2O由Ag2CO3分解得到,颗粒一般较细,烧渗后的
银层质量较好,但也可采用化学纯Ag2O,由于颗粒较
粗,烧渗后的银层质量不如前者。

Ag可直接用三乙醇胺[N(CH2CH2OH)3]还原Ag2CO3得到 ,Ag2CO3+N(CH2CH2OH)3=N(CH2COOH)3+12Ag+6CO2+3H2O
  也可用AgNO3加入氨水后用甲醛或甲酸还原得到。

AgNO3+NH4OH=AgOH+NH4NO3
2AgOH=Ag2O+H2O
Ag2O+CH2O=2Ag+HCOOH

2、熔剂
为了降低烧银温度,并使银与基体牢固结合,
需要加入适量熔剂。这种熔剂在较低的温度
下能与基体起反应,形成良好的中间过渡层,
使金属银牢固紧密地与基体结合。熔剂一般
包括熔块和低熔点化合物。
   铅硼熔块配方:二氧化硅26%,铅丹46%, 硼酸17%,二氧化钛4.3%,碳酸钠6.7%,混合研磨后在1000-1100 ℃熔融。
 铋镉熔块配方:氧化铋40.5%,氧化镉11.1%,二氧化硅13.5%,硼酸33%,氧化钠1.9%。混合后在800 ℃熔融。
以上熔块熔融后,水淬冷却,清洗,粉磨,过万孔筛。
低熔点化合物根据具体配方不同可直接采用化学试剂
或预先合成,如:硼酸铅采用PbO与H3BO3 熔融
(600=620 ℃ )PbO+ H3BO3 = PbB2O3 +3H2O,经过水
淬冷后,用蒸馏水煮3-6小时,去除未反应完全的
H3BO3,洗净烘干,研磨,过万孔筛

3.粘合剂
粘合剂的作用是使银浆具有一定的粘稠性,能很好的粘附在瓷件表面。但不参与银的烧渗过程,要求它在低于350 ℃的温度下烧除干净且不残存灰分。
常用的粘合剂有松香,乙基纤维素,硝化纤维等,溶剂主要影响银浆的稀稠及干燥速度,常用松节油,松油醇及环己酮等。
将制备好的含银原料,熔剂和黏合剂按一定配比进行配料后,在刚玉球磨罐中球磨70-90小时,以达到一定要求的细度和混合均匀度。

(3)、涂敷

涂银的方法很多,有手工,机械,浸涂,喷涂或丝网印刷。涂敷前要将银浆搅拌均匀,必要时加入一定的溶剂,如松节油。根据银层厚度要求,可采用二次被银一次烧银,二次被银二次烧银,和三次被银三次烧银。

(4)、烧银
烧银前要在烘箱里把银层烘干,使部分溶剂挥发,
以免烧银时银层起鳞皮。

烧银可分四个阶段:

1,室温-350 ℃ [主要除去黏合剂,这时有大
  量气体产生,所以通风排气升温速度不超过   
  每小时150-200 ℃,并分阶段进行,避免气   
  泡,开裂。]
2,350-500℃,碳酸银与氧化银分解为银。
升温速度比第一阶段稍快点,但由于有气泡产生,也应适当控制。
3,500℃-最高烧渗温度。硼酸铅先熔化成玻璃态,氧化铋也熔化,与银颗粒构成悬浮态玻璃液,使银颗粒彼此黏结。玻璃液润湿瓷件并渗入起反应。形成过渡层,使银层与瓷件牢固结合。银的熔点为960 ℃,所以烧银温度不超过910 ℃。
4,冷却阶段,冷却要快,获得了结晶细密的银层。

烧银的整个过程都要保持氧化气氛,因为碳酸银,氧化银的分解是可逆的。要及时排除CO2,否则银层还原不足,增大了银层的电阻和损耗。
烧渗第一阶段主要变化:
200℃左右,溶剂挥发,继续升温,所有粘合剂碳化分解。
此阶段有大量气体产生,要注意通风排气,升温速度≯150~200℃/h
烧渗第二阶段主要变化:
碳酸银及氧化银分解还原为金属银。 Ag2CO3=Ag2O+CO2↑ 2Ag2O=4Ag+O2↑
此阶段升温速度可稍快,但因有气体逸出,也应适当控制。
烧渗第三阶段主要变化:
500~600℃左右,硼酸铅先熔化为玻璃态。随着温度升高,氧化铋等也相继熔化,与银粒构成悬浮态的玻璃液,使银粒晶体彼此粘结,玻璃液渗入瓷件表面,形成中间层,使银层与瓷件牢固粘结。
最佳的烧渗温度最高不超过910℃,一般在825±20℃,并高温保温15~20min。这一阶段的升温速度≯300℃/h。
烧渗第四阶段主要变化:
银层渐渐硬结
为了缩短周期及获得结晶致密的优质银层,冷却速度越快越好,但降温过快也要防止瓷件开裂。