敏感陶瓷表面溅射金属化分析

敏感陶瓷表面溅射金属化分析以负温度系数(NTC)热敏陶瓷为例，采用直流磁控溅射技术在陶瓷表面制备了过渡层+阻挡层+焊接层的复合溅射膜电极，其中Ni-V薄膜作为过渡层兼阻挡层，Ag作为焊接层。并对NTC热敏陶瓷的各项电性能，电极的结合力等开展了测试，采用扫描电镜、能量色散X射线谱等技术研究了溅射膜电极的作用机理和微观形貌。实验结果说明:Ni能与NTC热敏陶瓷产生良好的欧姆接触，并提高了电极层与陶瓷表面的附着力，而且Ni膜能够有效阻挡Ag扩散进入陶瓷体内，防止了烧银电极中Ag向瓷体内扩散的缺点，同时Ni还能很好地耐受高温无铅焊锡的溶蚀，保证焊接质量。

负温度系数(NTC)热敏电阻是指其阻值随温度升高而成指数关系降低的敏感电阻，它具有很大的电阻温度系数，稳定的性能，宽广的使用温区等优点。依据NTC热敏电阻的阻温特性和伏安特性，广泛应用于电子电路的温度补偿、温度的测量控制和抑制浪涌电流、功率计等方面。除了NTC陶瓷本身的特性，附着在电阻瓷体表面的电极层对NTC热敏电阻的性能起着至关重要的影响。

近年来，NTC电阻的材料配方和生产工艺都得到了巨大的发展，但是，目前国内外对其电极的制备仍沿用着银浆烧渗法的传统工艺。现已发现，采用银浆烧渗法制备敏感陶瓷的电极存在诸多严重的缺陷，比方成本高，附着强度低、易脱落，制备过程污染环境等，更重要的是银迁移将可能影响热敏电阻性能的长期稳定性，难以制造高稳定性的热敏电阻元件。而采用磁控溅射法制备敏感陶瓷的电极，真空技术网(http:///)认为不仅能从本质上克服烧银电极的种种缺陷，制备过程绿色环保，成本低廉，而且制得的电极膜具有膜层致密，厚度均匀，附着性强等优点，能够很好地满足电子器件行业中电极应具有良好的导电性能、欧姆接触性能、易焊接性能、附着牢固性、成本低等要求。相比于在PTC热敏陶瓷上制备溅射膜电极已有相对成熟的研究和应用，溅射膜电极在NTC热敏电阻电极上的应用还有待研究。本文的目的在于通过在NTC热敏电阻表面制备溅射膜Ni/V-Ag电极来研究NTC敏感陶瓷表面溅射金属化的可行性。1、实验部分

为了准确评估真空溅射电极的性能，选取某公司批量生产线上的50片NTC热敏陶瓷片(Φ9mm×1.2mm，Imax为4A)作为实验基片。实验前需将基片先后放入去离子水和丙酮溶液中各超声清洗20min，以去除基片表面的油垢和杂质。随后将基片烘干。预处理完成后将基片放入**大学薄膜与射频实验室自行研制的多靶磁控溅射仪中，依次在瓷片表面溅镀500nm的Ni/V膜和200nm的Ag膜，其中Ni/V靶93%为Ni，7%为V。溅射参数如下:本底真空为3.0×10-3Pa，工作气压为0.5Pa，靶基距为100mm，Ni/V靶和Ag靶的溅射功率分别为450和370W。同时取50片同型号烧银电极的NTC热敏电阻作为比照样品。

本实验选用的NTC热敏电阻的最大工作电流Imax为4A，通过加严老化来测试溅射膜电极的性能。加严老化试验是指将样品置于150℃恒温箱内通5A(>120%Imax)电流老化1000h。然后采用Fluke8846a台式万用表在25℃下测量样品的阻值，观察样品的阻值变化情况和本体温度变化情况。另外，本文通过平均抗拉强度来表示电极与陶瓷间的结合强度。在瓷片表面将引线焊在面积约为3～4mm2的锡点上，样品固定在测试台上，用测力计(K-50H，***，中国)测量作用在引线上的拉力，附着力是指匀速拉试样至电极与瓷片脱落时所需的拉力，抗拉强度是附着力与脱落点面积的比值。采用扫描电镜(SEM)和能量色散X射线谱(EDX)等技术观察了电极/NTC陶瓷界面的横截面的微观形貌及界面扩散情况。3、结论

本文采用磁控溅射技术在NTC敏感陶瓷表面制备了Ni/V-Ag电极，通过对Ni/V-Ag电极NTC热敏电阻各项性能的研究，发现Ni/V膜作为电极的过渡层和阻挡层，不仅能与NTC热敏陶瓷产生良好的欧姆接触，并与陶瓷表面的附着力良好，而且能够有效阻挡Ag扩散进入陶瓷体内，同时Ni还能很好地耐受高温无铅焊锡的溶蚀，这些保证了NTC热敏电阻在高温连续负