厚膜电阻浆料的研究现状与发展趋势

李　娟，谢　泉，黄　晋，吴良庆，贺晓金

(贵州大学 大数据与信息工程学院，贵州 贵阳 550025)



厚膜电阻浆料的研究现状与发展趋势

李娟，谢泉，黄晋，吴良庆，贺晓金

(贵州大学 大数据与信息工程学院，贵州 贵阳 550025)

针对厚膜电阻浆料的研究现状，探讨厚膜电阻浆料中功能相的种类和粒度，玻璃相、有机载体的成分及含量等因素对厚膜电阻浆料的印刷性能和电性能的影响，简述了添加剂的种类对厚膜电阻的电导率等电性能的影响。因此，厚膜电阻浆料的性能参数是各因素相互作用的结果，通过改变各组分的成分、含量等，获得高性能厚膜电阻浆料配方。

厚膜电阻浆料；功能相；玻璃相；有机载体；添加剂

随着电子技术呈现出高频化、微型化、多维化以及高集成度的发展趋势。集成电路是21世纪现代电子技术发展的重要结晶，厚膜混合集成电路是集成电路的一个重要组成部分。电子浆料作为电子元器件的基础材料，在厚膜混合集成电路中也得到了广泛使用。厚膜电阻作为厚膜电路及混合集成电路中最重要的元器件，其发展最早，制造技术也最成熟[1]。厚膜电阻器的电阻体是电阻浆料经丝网印刷、后续烧结等工艺，在陶瓷、玻璃或硅等基片上经过固化或烧结后形成的导电膜层[2]。

1　厚膜电阻浆料的组成

电子浆料按用途功能划分为电阻浆料、导体浆料、介质浆料等3大类[3]，其中，制备工艺最复杂、技术含量最高的是厚膜电阻浆料。构成厚膜电阻浆料的各组分复杂，可分为功能相、玻璃相、有机载体和各种改性剂[4]。

(1)功能相。在厚膜电阻中，功能相主要是通过分散在有机载体中的导电颗粒构成的导电通路来传导电流；(2)玻璃相。玻璃相在烧结过程中软化熔融，浸润导电相中的导电颗粒，连接、拉紧、固定导电相粒子，并使整个膜层与基片牢固地相粘结；(3)有机载体。有机载体的作用是使浆料具有适宜的粘度、挥发性和流平性，以获得良好的印刷性能，使浆料经丝网印刷后可获得均匀、致密、清晰和平整的电阻膜层；(4)改性剂也称添加剂。一般是在降低浆料成本的情况下扩大厚膜电阻的方阻范围。

2　厚膜电阻浆料中各组分及性能影响

2.1功能相

电阻浆料用的功能相材料的种类众多，但主要可分为以下几类。

表1　电阻浆料中功能相材料种类及其优缺点

除了功能相的种类对其影响外，功能相的粒径大小对厚膜电阻的方阻值、电阻温度系数及重烧变化率等性能有较大影响[5]，其直接决定厚膜电阻的电性能参数、稳定性、可靠性等。郑晓慧等[6]研究了钌酸铋颗粒平均粒径大小对厚膜电阻的方阻值和电阻温度系数的影响，发现粉体颗粒越小，导电颗粒越能在厚膜电阻膜层中分布得更加均匀，膜层稳定性提高。

2.2玻璃相

玻璃相作为电阻膜层的一部分，其成分、含量、粒度等对厚膜电阻的方阻、电阻温度系数等性能均有直接影响[7]。

(1)玻璃相成分对厚膜电阻浆料性能的影响。根据玻璃工艺学原理，玻璃的结构和性能主要由其成分决定。玻璃相的成分不同，其粘温特性和热膨胀系数各不相同，因而影响厚膜电阻浆料的性能。杨华荣等[8]发现厚膜电阻玻璃相的成分对电性能的影响是热膨胀系数和粘温特性共同作用的结果。可通过调整玻璃相中各种氧化物成分和含量，制备出与基片和导电相相匹配及粘温特性合适玻璃相。另外，软化点高或低的玻璃相，在厚膜电阻制备的过程中会形成缺陷，造成导电结构中断链的几率增大。郝武昌[9]选定软化点高中低合理搭配的三种玻璃粉作为粘结相，研制出的电阻浆料，其方阻范围宽，稳定性好，工艺适应性强；

(2) 玻璃相含量对厚膜电阻浆料电性能的影响。玻璃相在电阻表面会形成过剩玻璃层，对电阻有一定的表面保护作用，在烧结的过程中也可减少膜层的氧化，但玻璃粉的含量过高也会影响膜层中导电颗粒的接触，从而影响膜层导电性。李亚东等[10]研究了玻璃相的质量分数与Mn-Co-Ni系厚膜NTC热敏电阻电性能的关系：电阻性能参数随玻璃相质量分数的增加而显著增长；当玻璃相质量分数为30%以上时，制备的厚膜NTC 热敏电阻器具有良好的工艺性和热稳定。唐高峰等[11]采用钙硼硅玻璃作为无机粘结相制备了厚膜电阻浆料，发现当浆料固相成分中玻璃相的质量分数为3%～9%时，制备的LSCO厚膜电阻浆料方阻变化范围为1 kΩ/□～10 MkΩ/□；

(3)玻璃相的粒度对厚膜电阻浆料电性能的影响。厚膜电阻在烧成时，根据能量最低原理，导电相粒子一般均是沿着玻璃相粒子的表面分布的[12]。在同等条件下，玻璃粉粒径大小直接决定了其表面缺陷和表面能量的多少，这两个因素影响其在烧结过程中结构的致密化和析晶能力。郑晓慧等[5]研究了玻璃粉粒径对钌酸铋/银系厚膜电阻性能的影响，发现玻璃粉体有一最佳平均粒径，在该值下，厚膜电阻的方阻值和电阻温度系数的绝对值达到最小，且重烧变化率最接近于零。

2.3有机载体

(1)有机载体的组成。有机载体主要由溶剂、增稠剂、流变剂和表面活性剂等组成。1)溶剂，溶解纤维素之类的增稠剂和其他有机化学物质，使浆料较好地混合和分散成一个有机整体；2)增稠剂，提高浆料的粘稠性和塑形，使浆料形成悬浮液；3)流变剂，调节浆料的流平性，丝网印刷后膜层致密，导电性能较为稳定；4)表面活性剂，降低浆料中的固体微粒接触界面的表面张力，使有机载体充分润湿固体微粒表面，抑制固体微粒的凝聚和结块。

(2)有机载体的成分与含量对厚膜电阻浆料的影响。虽然电阻浆料中有机载体的研究迅速，但现实中仍存在诸多所需改进之处。张君启等[13]发现，合理的调整混合溶剂中具有不同挥发特型的各溶剂的相对含量，可获得具有不同层次挥发特性的有机载体，由其构成的浆料在后续的烧结过程中产生气孔或裂痕等缺陷的几率减小。有机载体在厚膜电阻浆料中的含量对厚膜电阻浆料的性能也有较大影响。黄照林等[14]发现，有机载体与粉料的比例对浆料的流动性、可印刷性及电阻膜层的质量有较大影响；两者比例过高或过低均会使浆料的流动性和可印刷性降低，导致烧成的电阻膜层孔洞等缺陷较多。

2.4添加剂

添加剂的种类较多，表2列出几种常见添加剂及其性能参数。

表2　厚膜电阻浆料常用几种典型的添加剂及其性能参数

不同的氧化物加入到电阻料中，对电阻性能产生不同的影响。王元欣[15]研究了V2O5添加剂对RuO2系厚膜电导率的影响，发现随着V2O5的浓度从2%增加到6%，片电阻率从235 kΩ/□下降到10 kΩ/□。M.H.ShahrokhAbadi等[16]对膜半导体气体传感器进行了研究，发现掺杂剂可通过修改一些结构属性进而改变混合粉对气体的敏感度。

3　厚膜电阻浆料的制备

3.1出三相的制备

导电相的制备主要采用机械活化—高温固相合成。具体做法：称取一定质量比的原料混合放入球磨罐中，球磨一定的时间得到混合均匀的粉体，将粉体放入高温烧结炉中进行固相合成反应，将冷却后的产物经研磨、分散等得到所需粒度的功能相。

玻璃相通常是由多种氧化物按一定的配比在电炉中熔炼，将水淬所得到的玻璃渣装入玛瑙球磨罐进行球磨，并将球磨后得到的玻璃粉烘干、分散即得所需粒度分布的玻璃粉。

有机载体的制备采用的是水浴法[17]，如图1所示是有机载体实验设备示意图。

图1　有机载体实验设备示意图

首先将溶剂和纤维素之类的增稠剂按照一定的比例混合，经90 ℃水浴加热并搅拌。当增稠剂完全溶解后，加入其他的添加剂，继续水浴加热搅拌均匀，即可得到有机载体。

3.2浆料的调制

将导电相和玻璃相按照一定的比例混合、称量，放入玛瑙球磨罐中，用球磨机低速球磨混合，之后抽滤、烘干、研磨分散。最终将混合后的粉末按一定的比例加入到之前制备好的有机载体，并放入搅拌机内进行搅拌。待搅拌充分均匀后，装瓶待用[18-19]。如图2是厚膜电阻浆料制备工艺的流程图。

图2　电阻浆料制备工艺流程

4　结束语

文中探讨了厚膜电阻浆料中功能相的种类和粒度、玻璃相的成分和含量、有机载体的成分及含量等因素对厚膜电阻浆料的印刷性能和电性能的影响，可以看出，厚膜电阻浆料各性能参数不是受单一因素的影响，而是各因素相互作用的结果，在获得厚膜电阻浆料的初级配方的情况下，研究各因素对厚膜电阻各性能的影响，以获得高性能的厚膜电阻浆料。

在全球电子信息产业迅猛发展的形势下，厚膜电阻浆料向低成本、无铅化、高性价比等方向[20]发展。随着新材料、新技术的发展，厚膜电阻浆料的性能得到较大程度上的优化。作为导电相材料的某些贱金属材料在某些方面的特性，已引起广泛关注，这样一来使得电阻浆料的生产成本大幅降低[21]。高性价比的电子浆料是发展方向，可通过复合[22]来获取具有高性价比的电子浆料，使厚膜电阻能在特殊环境下呈现出良好的电性能。

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Research Progress and Development Trend of the Thick Film Resistor Paste

LI Juan, XIE Quan, HUANG Jin, WU Liangqing, HE Xiaojin

(College of Big Data and Information Engineering,GuizhouUniversity, Guiyang 550025, China)

The influence on the thick film resistor paste’s printing properties and electrical properties of the functional phase and sizes, and the composition and content of glass phase and organic carrier is studied. The impact of paper additives on the thick film resistor conductivity electrical properties is discussed. It is found that the performance parameters of thick film resistor paste are the result of the interaction of various factors. A formula of high performance thick film resistor paste is obtained by changing the composition and content of components.

sthick-film resistor paste; functional phase; glass phase; organic carrier; additive

2016- 01- 01

国家自然科学基金资助项目(61264004)；科技部国际科技合作专项项目(2008DFA52210)；贵州省科技攻关项目(黔科合GY字[2011]3015);贵州省科技创新人才团队建设专项资金项目(黔科合人才团队[2011]4002);贵州省国际科技合作项目(黔科合外G字[2012]7004，[2013]7003);贵阳市科技计划项目(筑科合同[2012]1012-16);贵州省自然科学基金资助项目(黔科合J字[2014]2052);贵州大学引进人才科研资助项目(贵大人基合字[2012]022);贵州省青年英才培养工程项目(黔省专合字[2012]152);贵州省科技厅、贵州大学联合资金资助项目(黔科合LH字[2014]7610)

李娟(1990-)，女，硕士研究生。研究方向：新型固体电子材料与器件。谢泉(1964-)，男，教授，博士后。研究方向：功能材料。

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2016.09.025

TN452

A

1007-7820(2016)09-090-04