一、             前言

玻璃釉電位器在我公司有二十多年的生產(chǎn)歷史，由于其性能穩(wěn)定、調(diào)節(jié)精細(xì)、可靠性高、在通訊設(shè)備、儀器儀表、彩、黑白電視機(jī)、軍用電子裝備、電子計(jì)算機(jī)及外用設(shè)備、辦公自動(dòng)化產(chǎn)品、家用電器等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，隨著現(xiàn)代化的發(fā)展和國內(nèi)外同行的競爭，已對(duì)其技術(shù)性能和可靠性水平提出了新的更高的要求。導(dǎo)電基體作為玻璃釉電位器的心臟部分，對(duì)其制作過程的工藝的控制，尤其是燒結(jié)工藝的控制是非常重要的。

二、             玻璃釉電位器結(jié)構(gòu)簡介

為了說明燒結(jié)條件對(duì)玻璃釉電位器性能參數(shù)的影響，在此先介紹一下玻璃釉電位器的結(jié)構(gòu)，玻璃釉電位器是一種在電路中調(diào)節(jié)電流或電壓的三端元件，它是由導(dǎo)電基體、接觸電刷、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及外殼等部件組成。其中導(dǎo)電基體是用金屬及其氧化物、玻璃釉、有機(jī)粘合劑的電阻漿料和電極料，在AI203陶瓷基體上經(jīng)絲網(wǎng)印刷，在專用厚膜燒結(jié)爐中高溫?zé)Y(jié)成型。漿料及其成型工藝確定了導(dǎo)電基體及電位器的基本性能：阻值、溫度系數(shù)、接觸電阻變化和旋轉(zhuǎn)壽命。在導(dǎo)電基體制造過程中影響玻璃釉電位器性能的因素很多，如印刷環(huán)境、電子漿料、印刷機(jī)、陶瓷基片瓷質(zhì)、印刷絲網(wǎng)精度、刮倒的硬度、印刷壓力、燒結(jié)條件等。下面我們僅介紹燒結(jié)條件。

三、             燒結(jié)工藝的要求及燒結(jié)過程

厚膜玻璃釉電位器是一種復(fù)雜的非均衡系統(tǒng)，其采用的電阻漿料含有非常細(xì)致的玻璃質(zhì)和導(dǎo)電粒子，在燒結(jié)條件下不斷變化時(shí)將引起了面電阻率和溫度系數(shù)的改變，厚膜電位器由于絲網(wǎng)漏印和燒結(jié)時(shí)引起的金屬遷移最終也將對(duì)其電性能產(chǎn)生影響。

推薦的燒結(jié)工藝要求如下：

1、  燒結(jié)時(shí)峰值溫度要求在850℃，峰值時(shí)間10min，燒結(jié)周期60分鐘；

2、  大批量燒結(jié)的工藝參數(shù)可根據(jù)試料在原曲線基礎(chǔ)上調(diào)整，但范圍必須在800—880℃之間；

3、  升降溫度率應(yīng)控制在60℃/ min內(nèi)；

4、  隧道爐要注意有效地排除有機(jī)揮發(fā)材料，保證燃燒后廢氣不能進(jìn)入燃燒區(qū)和冷卻區(qū)，避免造成廢棄污染導(dǎo)電基片。

燒結(jié)過程中，物理化學(xué)反應(yīng)比較復(fù)雜，現(xiàn)以釕系玻璃釉電阻漿料為例，分以下四個(gè)階段簡要說明整個(gè)燒結(jié)過程的變化。

1、  低溫預(yù)熱階段。此階段主要是有機(jī)粘合劑揮發(fā)、分解和燃燒，一般到350℃此過程基本完成。

2、  玻璃熔融階段。當(dāng)溫度升高到玻璃軟化點(diǎn)后，玻璃料開始軟化，逐漸熔融，一般溫度在550℃左右。

3、  電阻燒成階段。在850℃左右玻璃完全熔融，產(chǎn)生塑性流動(dòng)，對(duì)導(dǎo)電固體顆粒完全濕潤，由于玻璃阻力減少，導(dǎo)電固體顆粒間吸附性和擴(kuò)散性增強(qiáng)，粘接成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或鏈狀結(jié)構(gòu)形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。

4、  冷卻階段。經(jīng)過最高溫下保溫一定時(shí)間后，即可降溫，在降溫過程中玻璃逐漸冷卻硬化，到550℃左右便完全凝固，將膜固定并牢固地附著在基體上。

概括的講，燒結(jié)過程就是在一定氣氛下經(jīng)過熱處理，在低溫階段去掉有機(jī)粘合劑，高溫時(shí)玻璃熔融，顆粒相互“粘結(jié)”，并伴隨各組分子間的化學(xué)反應(yīng)及晶體長大等過程，最后形成一定的到店后膜牢固地附著在基體上。

四、             試驗(yàn)驗(yàn)證

一）、燒結(jié)氣氛對(duì)電位器性能的影響只是就低阻而言，因未調(diào)節(jié)好空氣氣氛，在燒結(jié)電阻時(shí)出現(xiàn)電極表面發(fā)烏的現(xiàn)像?，F(xiàn)采用1811杜邦漿料、WIW1036用進(jìn)口陶瓷基體，按照常規(guī)厚膜印刷工藝印刷10連片，每5連片分兩次燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)峰值溫度采用850℃、峰值時(shí)間10min，第一次開抽風(fēng)機(jī)，第二次關(guān)抽風(fēng)機(jī)，試驗(yàn)結(jié)果如下：開抽風(fēng)機(jī)時(shí)，基片表面外觀合格，阻值、TCR、CRV測試正常；不開抽風(fēng)機(jī)時(shí)，電極表面發(fā)黑，可焊性差，TCR、CRV測試合格。

二）、燒結(jié)溫度、時(shí)間、次數(shù)對(duì)電位器性能的影響

本實(shí)驗(yàn)主要對(duì)燒結(jié)溫度、時(shí)間、次數(shù)做三次實(shí)驗(yàn)，材料使用1821杜邦漿料，WIW1036用進(jìn)口陶瓷基體。

1、  不同峰值燒結(jié)溫度對(duì)阻值，TCR、CRV影響

按照常規(guī)的厚膜印刷工藝將1821漿料印在WIW1036陶瓷基體上，工印98連片，流平5 min后放入紅外線干燥箱內(nèi)烘干，再按工藝要求在隧道爐內(nèi)燒結(jié)，峰值溫度分別為700℃、800℃、825℃、835℃、850℃、865℃、875℃、900℃，峰值時(shí)間10min，每個(gè)峰值溫度測試10片，燒后測量阻值、溫度系數(shù)和接觸電阻變化，數(shù)據(jù)見表一。

表一

2、  測試燒結(jié)時(shí)間對(duì)阻值、TCR、CRV的影響

峰值溫度采用850℃峰值時(shí)間分別為6 min、8 min、10 min、12 min、14 min、15 min燒結(jié)，每個(gè)時(shí)間試燒三連片，測試并記錄阻值、TCR、CRV的數(shù)據(jù)。

表二

3、  燒結(jié)次數(shù)對(duì)阻值、TCR、CRV的影響

采用試驗(yàn)1中用峰值時(shí)間10 min燒結(jié)的導(dǎo)電基體，在峰值溫度800℃、825℃、850℃下重復(fù)燒結(jié)三次，每次記錄的數(shù)據(jù)分別見表三、表四、表五。

表三

表四

表五

五、             分析結(jié)論

在試驗(yàn)一中，燒結(jié)氣氛對(duì)低阻的影響主要是因?yàn)椋旱妥铦{料中玻璃粘結(jié)相含量低，在燒結(jié)過程中，玻璃相未全部覆蓋住電阻表面，從而使電阻膜內(nèi)的功能相多少地裸漏于大氣中，與其中的水分、氧及其它有害氣氛全部接觸，發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)而影響了穩(wěn)定性。

在試驗(yàn)二中，當(dāng)峰值溫度在800—850℃間時(shí)，阻值與溫度系數(shù)呈規(guī)律分布，在整個(gè)區(qū)間TCR與峰值溫度成正比，阻值與峰值溫度在800—850℃間成正比，850—880℃間成反比，在峰值溫度850℃時(shí)，阻值、TCR、CRV達(dá)到最佳值，而在700℃和900℃時(shí)阻值突變，TCR過大，CRV偏大。這是因?yàn)椋?821電阻漿料的燒成條件在峰值溫度850℃最適宜，在700℃時(shí)溫度過低，由于導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)形成不良，方阻相當(dāng)高，膜厚結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、性能低劣；在900℃時(shí)溫度過高玻璃相黏度迅速下降，使更多的導(dǎo)電顆粒在短時(shí)間內(nèi)相互連接成均勻的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，以至于晶粒大小懸殊，膜層結(jié)構(gòu)極不均勻，影響了膜層性能，從而引起阻止降低、TCR、CRV變大。

阻值在10min附近接近方阻、TCR、CRV達(dá)到最佳值，這主要因?yàn)椋悍逯禃r(shí)間的大小是反應(yīng)充分、膜層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、晶粒大小均勻的要求。

采用不同溫度進(jìn)行重?zé)?，隨著燒結(jié)次數(shù)的增加，阻值上升，TCR下降，但燒結(jié)超過一定的限度，重?zé)龑?duì)阻值和TCR影響不明顯，CRV變大。這主要是因?yàn)槎啻螣Y(jié)后導(dǎo)體表面有所改善，經(jīng)過多次燒結(jié)，玻璃幾乎軟化，處于液態(tài)時(shí)相應(yīng)變重的導(dǎo)電相下沉，導(dǎo)體表面玻璃相比導(dǎo)電相多，膜電阻率增加，所以阻值上升，TCR下降，另一方面，多次燒結(jié)后，氧化物產(chǎn)生的“合金反應(yīng)”反應(yīng)完全，即合金量多，所以阻值上升，而與電刷接觸的導(dǎo)體表面導(dǎo)電相減少，故CRV變大。但在生產(chǎn)中不能無限次地?zé)Y(jié)，一方面，到一定程度阻值、TCR變化不大，另一方面，多次燒結(jié)后CRV變大，玻璃釉電極中玻璃相上浮，電極的可焊性也明顯下降。

六、             結(jié)論

通過幾年從事基體制造工序的工藝控制管理，從實(shí)踐中摸索規(guī)律、經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，現(xiàn)基本總結(jié)出“燒結(jié)條件對(duì)玻璃釉電位器性能影響”的規(guī)律，從而確定出實(shí)際生產(chǎn)中的適宜燒結(jié)條件，共包括以下幾點(diǎn)：

1.        燒結(jié)時(shí)選用的峰值溫度應(yīng)優(yōu)選漿料廠家推薦工藝：峰值溫度850℃，峰值時(shí)間10min一次燒成。

2.        在實(shí)際生產(chǎn)中為了降低成本，可以在800—880℃之間通過重?zé)幚砘瑏碚{(diào)節(jié)阻值和TCR，但一般只允許處理兩次。

3.        低阻燒結(jié)時(shí)應(yīng)注意調(diào)節(jié)好燒結(jié)氣氛。