敏感陶瓷表面濺射金屬化分析

敏感陶瓷表面濺射金屬化分析以負溫度系數(shù)(NTC)熱敏陶瓷為例，采用直流磁控濺射技術在陶瓷表面制備了過渡層+阻擋層+焊接層的復合濺射膜電極，其中Ni-V薄膜作為過渡層兼阻擋層，Ag作為焊接層。并對NTC熱敏陶瓷的各項電性能，電極的結(jié)合力等開展了測試，采用掃描電鏡、能量色散X射線譜等技術研究了濺射膜電極的作用機理和微觀形貌。實驗結(jié)果說明:Ni能與NTC熱敏陶瓷產(chǎn)生良好的歐姆接觸，并提高了電極層與陶瓷表面的附著力，而且Ni膜能夠有效阻擋Ag擴散進入陶瓷體內(nèi)，防止了燒銀電極中Ag向瓷體內(nèi)擴散的缺點，同時Ni還能很好地耐受高溫無鉛焊錫的溶蝕，保證焊接質(zhì)量。

負溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻是指其阻值隨溫度升高而成指數(shù)關系降低的敏感電阻，它具有很大的電阻溫度系數(shù)，穩(wěn)定的性能，寬廣的使用溫區(qū)等優(yōu)點。依據(jù)NTC熱敏電阻的阻溫特性和伏安特性，廣泛應用于電子電路的溫度補償、溫度的測量控制和抑制浪涌電流、功率計等方面。除了NTC陶瓷本身的特性，附著在電阻瓷體表面的電極層對NTC熱敏電阻的性能起著至關重要的影響。

近年來，NTC電阻的材料配方和生產(chǎn)工藝都得到了巨大的發(fā)展，但是，目前國內(nèi)外對其電極的制備仍沿用著銀漿燒滲法的傳統(tǒng)工藝?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，采用銀漿燒滲法制備敏感陶瓷的電極存在諸多嚴重的缺陷，比方成本高，附著強度低、易脫落，制備過程污染環(huán)境等，更重要的是銀遷移將可能影響熱敏電阻性能的長期穩(wěn)定性，難以制造高穩(wěn)定性的熱敏電阻元件。而采用磁控濺射法制備敏感陶瓷的電極，真空技術網(wǎng)(http:///)認為不僅能從本質(zhì)上克服燒銀電極的種種缺陷，制備過程綠色環(huán)保，成本低廉，而且制得的電極膜具有膜層致密，厚度均勻，附著性強等優(yōu)點，能夠很好地滿足電子器件行業(yè)中電極應具有良好的導電性能、歐姆接觸性能、易焊接性能、附著牢固性、成本低等要求。相比于在PTC熱敏陶瓷上制備濺射膜電極已有相對成熟的研究和應用，濺射膜電極在NTC熱敏電阻電極上的應用還有待研究。本文的目的在于通過在NTC熱敏電阻表面制備濺射膜Ni/V-Ag電極來研究NTC敏感陶瓷表面濺射金屬化的可行性。1、實驗部分

為了準確評估真空濺射電極的性能，選取某公司批量生產(chǎn)線上的50片NTC熱敏陶瓷片(Φ9mm×1.2mm，Imax為4A)作為實驗基片。實驗前需將基片先后放入去離子水和丙酮溶液中各超聲清洗20min，以去除基片表面的油垢和雜質(zhì)。隨后將基片烘干。預處理完成后將基片放入**大學薄膜與射頻實驗室自行研制的多靶磁控濺射儀中，依次在瓷片表面濺鍍500nm的Ni/V膜和200nm的Ag膜，其中Ni/V靶93%為Ni，7%為V。濺射參數(shù)如下:本底真空為3.0×10-3Pa，工作氣壓為0.5Pa，靶基距為100mm，Ni/V靶和Ag靶的濺射功率分別為450和370W。同時取50片同型號燒銀電極的NTC熱敏電阻作為比照樣品。

本實驗選用的NTC熱敏電阻的最大工作電流Imax為4A，通過加嚴老化來測試濺射膜電極的性能。加嚴老化試驗是指將樣品置于150℃恒溫箱內(nèi)通5A(>120%Imax)電流老化1000h。然后采用Fluke8846a臺式萬用表在25℃下測量樣品的阻值，觀察樣品的阻值變化情況和本體溫度變化情況。另外，本文通過平均抗拉強度來表示電極與陶瓷間的結(jié)合強度。在瓷片表面將引線焊在面積約為3～4mm2的錫點上，樣品固定在測試臺上，用測力計(K-50H，***，中國)測量作用在引線上的拉力，附著力是指勻速拉試樣至電極與瓷片脫落時所需的拉力，抗拉強度是附著力與脫落點面積的比值。采用掃描電鏡(SEM)和能量色散X射線譜(EDX)等技術觀察了電極/NTC陶瓷界面的橫截面的微觀形貌及界面擴散情況。3、結(jié)論

本文采用磁控濺射技術在NTC敏感陶瓷表面制備了Ni/V-Ag電極，通過對Ni/V-Ag電極NTC熱敏電阻各項性能的研究，發(fā)現(xiàn)Ni/V膜作為電極的過渡層和阻擋層，不僅能與NTC熱敏陶瓷產(chǎn)生良好的歐姆接觸，并與陶瓷表面的附著力良好，而且能夠有效阻擋Ag擴散進入陶瓷體內(nèi)，同時Ni還能很好地耐受高溫無鉛焊錫的溶蝕，這些保證了NTC熱敏電阻在高溫連續(xù)負