玻璃粉對浪涌保護器閥片用銀漿拉力的影響

2019-06-03 08:51:44劉顯杰湯俊祥魏益濤

船電技術 2019年5期

劉顯杰，黃帥，湯俊祥，游立，魏益濤

玻璃粉對浪涌保護器閥片用銀漿拉力的影響

劉顯杰，黃帥，湯俊祥，游立，魏益濤

（武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064）

銀層拉力不好是浪涌保護器閥片用銀漿的一種常見問題。本文研究了不同軟化點玻璃粉對銀漿燒結后銀層拉力的影響。結果表明，軟化點過高或過低的玻璃粉都會導致銀層拉力不佳，玻璃粉軟化點與燒結溫度相匹配，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浪涌保護器閥片

0 引言

電子元器件如浪涌保護器閥片對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指標，銀漿在浪涌保護器閥片表面的拉力直接影響其機械性能和可靠性，而這些性能是浪涌保護器能夠實際應用的基礎[1,2]。銀漿燒結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試，提高銀層在閥片表面的拉力對浪涌保護器的可靠性和穩定性的提高至關重要。

銀漿燒結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工藝的影響。一般情況下，銀漿的不同使用廠家的實際燒結工藝不盡相同，銀漿的燒結工藝分為烘干和還原兩個過程，烘干過程主要是低沸點溶劑的少量揮發，銀層固化，形成初始附著力，讓銀層具有一定的機械強度；還原過程是有機溶劑和有機載體的燒失、玻璃相的軟化和沉降、導電相的晶界融合，從而形成致密導電相的過程[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揮出優異的性能，這就要求銀漿本身具有很寬的適燒性，能夠在不同的燒結工藝條件下同樣表現出良好的拉力性能[4]。

玻璃相對銀漿的拉力影響至關重要。玻璃相主要包含一定軟化點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、沉降至銀層和基片界面上，根據玻璃相接觸機理，形成附著力，經過退溫后形成良好的拉力[5,6]。

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

1 實驗過程

1.1 主要試劑

超細銀粉、玻璃粉為自制，乙基纖維素（K110）、有機溶劑等為外購。

1.2 銀漿的制備

1.2.1實驗條件

1）銀粉：使用同一批次制備的超細銀粉制備銀漿。

2）玻璃粉：采用不同軟化溫度的玻璃粉分別制備銀漿進行燒結。

3）有機載體：使用相同的有機載體和比例制備銀漿。

1.2.2銀漿的制備和燒結

1）制備：根據上述實驗方案，保持玻璃粉的單一變量，分別選用軟化點為：420℃、390℃、360℃、345℃的四種不同的玻璃粉，按比例稱取銀粉、玻璃粉、有機載體，然后通過三輥研磨機進行軋漿，軋制出的銀漿分別對應編號：PS-Ag-A, PS-Ag-B。PS-Ag-C，PS-Ag-D。

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

3）適燒性：選取上述實驗中拉力表現最好的一款銀漿，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試情況。

1.2.3銀漿性能測試

1）粘度：用數顯粘度計在25 ℃環境下測定銀漿粘度，保持四種銀漿粘度均為40 Pa.S。

2）細度：用刮板細度計檢測銀漿細度，保證四種漿料的細度均小于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）拉力測試：用拉力機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片測試。

2 結果與討論

2.1 玻璃粉對銀層外觀的影響

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，四種不同軟化點玻璃粉所對應的銀漿還原后的銀層表面，外觀均完整、光亮、無氣泡和毛刺等缺陷。該結果表明玻璃粉的軟化點對還原后的銀層表面外觀影響不大。

2.2 玻璃粉對銀層致密度的影響

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，軟化點為360 ℃的玻璃粉對應的銀漿還原后的銀層致密性最好，軟化點相對還原溫度過高或者過低，都會導致銀層致密性較差。

圖2 被銀閥片銀層金相顯微鏡圖

2.3 玻璃粉對銀層拉力的影響

四種類型銀漿對應的銀層拉力測試圖分別如圖3、圖4、圖5、圖6所示。PS-Ag-A銀層拉力測試如圖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，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，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，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，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，軟化點為360℃的玻璃粉對應的銀漿還原后的銀層拉力最佳。

圖3 PS-Ag-A銀層拉力測試圖

圖4 PS-Ag-B銀層拉力測試圖

圖5 PS-Ag-C銀層拉力測試圖

圖6 PS-Ag-D銀層拉力測試圖

2.4 玻璃粉的適燒性

PS-Ag-C銀漿分別在540℃、560℃、580℃、600℃中還原后的拉力測試如圖7所示。由圖可知當還原溫度為540℃時，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；由圖可知當還原溫度為560℃時，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；由圖可知當還原溫度為580℃時，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；由圖可知當還原溫度為600℃時，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，均表現出優異的拉力性能，說明該軟化點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際生產需求。