銀粉對片式電阻器用電阻功能漿料的影響

張 帥，周寶榮，吳高鵬，馬小強(qiáng)，王 鵬

（西安宏星電子漿料科技股份有限公司，陜西 西安）

片式電阻技術(shù)在推動混合集成電路應(yīng)用器件小型化的發(fā)展起到關(guān)鍵性作用，廣泛的應(yīng)用在移動通訊、計算機(jī)、消費電子、汽車電子等領(lǐng)域[1-4]。其中片式電阻器用電阻功能漿料為片式電阻器的核心原材料，氧化釕、釕酸鉛、鈀粉等材料作為低阻段電阻漿料的主要導(dǎo)電相對電阻器的性能有很大的影響。陸冬梅、柴倓[5-9]等人研究了用于電阻漿料的二氧化釕及釕酸鉛粉體的制備以及在電阻漿料中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)二氧化釕和釕酸鉛的粒徑、比表面積等物理指標(biāo)對電阻漿料的方阻、溫度系數(shù)和靜電放電等電性能有直接的影響。馬喜宏[10-11]等人報道了使用鈀粉作為導(dǎo)電相研制厚膜電阻漿料。劉昊[12]等人研究了銀粉對導(dǎo)電膠等電子漿料性能的影響，發(fā)現(xiàn)銀粉尺寸越大，導(dǎo)電膠體積電阻率和剪切強(qiáng)度越低、熱導(dǎo)率越高。熊勝虎[13]等人研究了銀粉顆粒形貌和粒徑大小對導(dǎo)電膠電阻率的影響，發(fā)現(xiàn)不同形貌的銀粉體系的電阻率存在數(shù)量級上的差異，填充片狀銀粉的體系電阻率與銀粉平均粒徑成反比。

迄今為止，很少有文獻(xiàn)研究銀粉的物理指標(biāo)對片式電阻器用電阻功能漿料性能的影響，本文選取5 種不同粒徑、振實密度和比表的球形銀粉，研究其對低阻段片式電阻漿料膜層結(jié)構(gòu)和性能的影響，為銀粉在片式電阻漿料領(lǐng)域的應(yīng)用提供新的思路。

1 實驗

1.1 主要原料與試劑

實驗所用5 種西安宏星漿料自制不同粒徑的銀粉，物理指標(biāo)見表1 所示。

表1 銀粉物理指標(biāo)及其使用還原劑種類

實驗銀粉試用漿料為宏星漿料片式電阻器用電阻功能漿料R-8100 系列低阻段R-8110 配方。

1.2 儀器與設(shè)備

主要使用的設(shè)備有：掃描電鏡、布勒三輥研磨機(jī)、膜厚儀、靜電放電設(shè)備、電阻儀、TCR 測試設(shè)備、絲網(wǎng)印刷機(jī)、燒結(jié)爐、電子天平。

1.3 電阻漿料及測試樣片的制備

按照配方要求使用電子天平將所需有機(jī)載體、玻璃粉、導(dǎo)電相等原材料稱量至表面皿，使用刮鏟將粉體和有機(jī)載體充分混合，一直到粉體被有機(jī)載體完全浸潤。然后在三輥研磨機(jī)上按照特定工藝進(jìn)行輥軋制備，期間漿料達(dá)到規(guī)定細(xì)度。

通過絲網(wǎng)印刷機(jī)在表面印燒完銀電極的氧化鋁陶瓷基板上印刷200 mm×1 mm 的電阻測試圖形和1206 規(guī)格片式圖形，烘干后在850 ℃的燒結(jié)爐燒結(jié)10 min，高溫冷卻后得到測試樣片。

1.4 測試與表征

膜厚、方阻、溫度系數(shù)HTCR、負(fù)溫度系數(shù)CTCR和靜電放電ESD 方法參考Q/RY 506-2020。

2 結(jié)果與討論

2.1 銀粉對漿料燒結(jié)表面的影響

由圖1 電阻漿料燒結(jié)表面可知，不同銀粉對應(yīng)的電阻漿料燒結(jié)表面致密性由高到低排序為Ag1 >Ag2 = Ag3 > Ag4> Ag5，Ag1 的燒結(jié)表面無氣孔和裂紋，平整且均一，其余樣片表面均有局部的氣孔和裂紋。由圖2 電阻漿料燒結(jié)背光形貌進(jìn)一步驗證以上現(xiàn)象，可以看到Ag1 背光無透光點，Ag2 和Ag3 局部有個別的透光點，Ag4 表面有較多的透光點，Ag5 表面布滿了透光點。

圖1 不同銀粉對應(yīng)的R-8110 電阻漿料1206 片式圖形燒結(jié)表面形貌

圖2 不同銀粉對應(yīng)的R-8110 電阻漿料1206 片式圖形燒結(jié)表面背光形貌

圖3 為不同銀粉對應(yīng)的電阻漿料電阻漿料1206片式圖形燒結(jié)表面SEM形貌，在微觀層面，可以看到Ag1 表面平整，孔洞較少，沒有較深的貫穿式孔洞。Ag2 表面的細(xì)孔洞變多，貫穿式孔洞很少。Ag3 表面的細(xì)孔洞較Ag2 變少，但是局部出現(xiàn)細(xì)孔洞相交的現(xiàn)象。Ag4 和Ag5 表面平整，但是出現(xiàn)很深的貫穿式孔洞，尤其是孔洞相交的現(xiàn)象變多。

圖3 不同銀粉對應(yīng)的R-8110 電阻漿料1206 片式圖形燒結(jié)表面SEM 形貌

不同銀粉制備的電阻漿料燒結(jié)表面的微觀形貌解釋了宏觀表面的孔洞和透光點現(xiàn)象，銀粉的粒徑越小，在漿料的高溫?zé)Y(jié)過程中越容易熔融，同時隨著流動的玻璃液填充孔隙，得到均勻和致密的膜層結(jié)構(gòu)。隨著銀粉粒徑的增大，銀粉自身的熔融程度降低，同時隨著熔融玻璃流動的程度降低，導(dǎo)致在退火過程中銀粉與周圍玻璃的結(jié)合變差，同時由于兩者的熱膨脹系數(shù)差異大，導(dǎo)致電阻漿料燒結(jié)表面出現(xiàn)孔洞。當(dāng)銀粉粒徑（D50）到1.5 μm 時甚至出現(xiàn)多個孔洞相交，導(dǎo)致貫穿孔洞的出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)變疏松。當(dāng)粒徑（D50）大于1.7 μm 時漿料表面的細(xì)孔變少，出現(xiàn)更多的貫穿式孔洞，結(jié)構(gòu)更疏松，但是燒結(jié)表面變得平整。這是由于在高溫?zé)Y(jié)過程中，表面較大的孔隙有利于難熔成分隨玻璃熔融態(tài)流到膜層內(nèi)部，故導(dǎo)致膜層表面平整。

2.2 銀粉對漿料性能的影響

通過對5 種銀粉制備的片式電阻器用電阻功能漿料進(jìn)行電性能測試，見表2 所示，可知銀粉粒徑對電阻漿料的ESD 影響較大，隨著粒徑增大，靜電放電ESD 性能變差，當(dāng)粒徑（D50）到1.7 μm 時ESD 極速變差。同時，銀粉的粒徑對漿料的方阻、TCR 影響不明顯，說明在粒徑（D50）在0.9～1.9 μm 內(nèi)，銀粉的粒徑變化優(yōu)先考慮對ESD 的影響。

表2 5 種銀粉制備電阻漿料的電性能

由文章前述銀粉對漿料燒結(jié)表面的影響研究可知，銀粉的粒徑較小時有利于電阻漿料燒結(jié)膜層結(jié)構(gòu)的均勻和致密性，而膜層結(jié)構(gòu)的致密性和均勻性與其抗靜電放電ESD 性能有直接的關(guān)系，當(dāng)膜層的結(jié)構(gòu)致密程度高、疏松結(jié)構(gòu)較少時，能夠承受更高的外界電壓負(fù)載而安全工作。

3 結(jié)論

銀粉粒徑對片式電阻器用電阻功能漿料的性能有直接的影響。銀粉的粒徑越小，電阻漿料的燒結(jié)膜層越均一和致密，其抗靜電放電ESD 性能越好，但對方阻和溫度系數(shù)的影響較小。

綜合考慮，在研發(fā)具有抗靜電放電ESD 性能的片式電阻器用低阻段電阻功能漿料時，優(yōu)先考慮使用較小粒徑的銀粉，更有利于提升漿料的耐電壓性能。