气敏元件的制备技术4

气敏元件的制备方法1、气敏元件的结构

2、气敏元件制备流程

3、电子浆料的配制

电子浆料有多种分类方法，按用途可分为导体浆料、电阻浆料、介质浆料、磁性浆料；按主要材料与性能可分为贵金属浆料、贱金属浆料；按热处理条件可分为高温(>1000℃)、中温(1000~300℃)及低温(300~100℃)烧结浆，低温浆料又可称为导电胶。

电子浆料主要由导电相(功能相)、粘结相(玻璃相)和有机载体三部分组成。

（1）导电相(功能相)

导电相(功能相)通常以球形、片状或纤维状分散于基体中，构成导电通路。导电相决定了电子浆料的电性能，并影响着固化膜的物理和气敏性能。

电子浆料用的导电相有碳、金属、金属氧化物三大类。

（2）粘结相(玻璃相)

粘结相通常由玻璃、氧化物晶体或二者的混合物组合而成，其主要作用是在厚膜元件的烧结过程中连接、拉紧、固定导电相粒子，并使整个膜层与基体牢固地粘结在一起。粘结相的选择对成膜的机械性能和电性能有一定的影响。根据在玻璃相中的主要作用，氧化物大致可分为三类:

第一类为构成玻璃基本骨架的氧化物，如SiO2、B2O3等，它们能单独形成机械性能和电性能优良的玻璃;

第二类是调节玻璃的物理、化学性能的氧化物，如Al2O3、PbO、BaO、ZnO，它们可改善玻璃的热膨胀系数、机械强度、热和化学稳定性等;

第三类用于改进玻璃性能的氧化物，如PbO、BaO、B2O3、CaF2，它们能降低玻璃的熔化温度，同时还保证了玻璃的电性能和化学性能。

配方1（典型的硼硅酸铅玻璃粉配方）

氧化铅63%，氧化硼25%，二氧化硅12%。玻璃粉约占浆料配方的2%~3%(wt)。

配方2（改进配方）

氧化铋71%，氧化硼13%，氧化铅10%，二氧化硅5%，氧化锑1%。最高烧结温度为800度（要高于融化温度约100度，其融化温度约650度）。

配方3（无铅配方）

1#：二氧化硅50%，氧化铋20%，氧化锌20%，氧化硼10%，熔融温度814.8度

2#：二氧化硅40%，氧化铋30%，氧化锌10%，氧化硼20%，熔融温度772.5度

制备方法：

按1#所示称取各组分于刚玉坩埚中，加热至1200~1500℃熔化，熔制完成后将熔融态玻璃进行水淬处理水淬后烘干样品进行球磨，球磨3 h后，过筛制得所需的无铅玻璃粉。

使用方法：

（1）该无铅导电银浆配方最佳质量分数w(银粉)72%，w(玻璃粉)3%和w(有机载体)25% （2）烧结峰值温度为580℃，保温时间为5min，烧结银膜可以获得最好的结构和电性能。

配方4 （Bi2O3-B2O3系玻璃的配方）

w(Bi2O3) w(B2O3) w(ZnO) w(Sb2O3) w(Al2O3)

65 25 5 3.5 1.5

原料：采用化学纯Bi2O3、H3BO3、ZnO、Al(OH)3和Sb2O3。

玻璃粉的制备方法与配方3相同

随着w(Bi2O3)的增加，玻璃的t f（软化温度）缓慢下降并维持在490℃左右，熔封温度为550~600℃并具有良好的流动性，这种Bi2O3-B2O3系玻璃粉具有低熔点低膨胀特性。

使用方法

厚模电阻材料（指氧化锡）与玻璃粉的比例保持在8：1和7：1之间。

本实验室采用的玻璃粉为Bi2O3-B2O3系玻璃粉，其配方可在下列比例的基础上收进。

w(Bi2O3) w(B2O3) w(ZrO2) w(Al2O3) w(SiO2) w(ZnO2)

70 30 0 0 0 0

70 27 2 1 0 0

（3）有机载体

有机载体是溶解于有机溶剂的聚合物溶液，它是功能相和粘结相微粒的运载体，起着控制浆料的流变特性，调节浆料的粘稠度，使固体形态的导电相、粘结相和其他作用的固体微粒混合物分散成具有流体特性的浆料，以便于转印到基板上，形成所需图形。

有机载体应具有以下特点：粘度适中，保证浆料有一定的流动性适合丝网印刷；触变性，印刷后能使浆料保持好的形态；润湿性，均匀的分散粘结相和功能相而不产生团聚和沉淀；挥发性，具有层次性而不是集中在某一温度范围以避免出现孔隙或裂痕。

有机载体主要由有机溶剂和增稠剂组成，为了改善其流动性，可加入表面活性剂；为了提高浆料的触变性，要加入触变剂、胶凝剂等。

有机溶剂主要有松油醇、萜品醇(分子量:154.3)、丁基卡必醇、丁酸丁基卡必醇、异丙醇或甲苯等，含量要求为91%~95%。

增稠剂也称有机粘结剂，其作用是提高浆料的粘度，覆盖固体微粒以阻止微粒的凝聚、结块和沉淀，并赋予浆料合适的流变特性，在浆料印刷、干燥后，使固体微粒粘结在一起，具有一定的强度。常用的增稠剂有乙基纤维素、硝基纤维素、丙烯酸树脂、丁醛树脂、聚异乙烯、聚己烯乙醇、聚α-甲基苯乙烯、聚己烯醋酸酯和苯乙烯等，以调节有机溶剂的粘度。加入聚甲基丙烯酸脂或邻苯二甲酸二丁脂可以改善介质浆料的成型和流平性。

电子浆料最常用的有机载体是将乙基纤维素溶于溶剂中形成的一种粘性液体。有机载体黏度用乙基纤维素的质量分数来调节，通常要求有机载体的黏度在一定的范围。根据被分散物质的比表面积、密度和对电子浆料的黏度要求不同，有机载体的黏度要求也不一样。一般要求在保证固含量为80%左右时，配制的浆料黏度达到150 Pa·s左右（NDJ型黏度计检测）。

本实验室采用的有机载体配方：

配方1：按松油醇15mL（约14g，wt93%），乙基纤维素1克（wt6.6%）的比例配制。

配方2：w(乙基纤维素)=5%；w(丁基卡必醇醋酸酯)=28.5%；w(松油醇)=57%；w(邻苯二甲酸二丁酯)=9.5%。

配方3：w(乙基纤维素)=5%；w(松油醇)=83%；w(邻苯二甲酸二丁酯)=12%。

配方1制备方法：

按配比称取有机溶剂、乙基纤维素等成分于广口瓶中，在搅拌下，水浴80-90℃加热，直