CN100411213C - 一种适用于压电陶瓷元器件的电极及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

一种适用于压电陶瓷元器件的电极及其制备方法。以往的压电陶瓷元器件的电极一般为银材料，以真空蒸镀方式沉积在压电陶瓷基片上的银电极与基片之间的附着力不强，因此在元器件焊接工序中往往出现焊接可靠性很难控制，耐焊性不好，特别是采用浸锡焊时，银层容易被锡吸蚀，造成产品的可靠性差，合格率低，若采用磁控溅射和离子镀设备镀银，则设备昂贵，使产品成本太高，失去市场竞争力。用本发明所述的制备方法，制成了压电陶瓷元器件的锡或锡合金电极。经测试，压电陶瓷元器件的锡电极与以往的银电极相比，抗拉力大1.38kg/mm²，成本每10万只振子减少430.6元，而产品的其他性能不差于镀银产品性能。

Description

一种适用于压电陶瓷元器件的电极及其制备工艺

【技术领域】

本发明涉及一种适用于压电元器件及其制备工艺，具体说是一种适用于压电陶瓷元器件的电极及其制备工艺。

【背景技术】

压电陶瓷是一类重要的功能材料。这类材料在经过一定条件下处理之后，能够实现力与电之间的相互转换，这种效应称之为“压电效应或逆压电效应”。简单地说如给陶瓷体施加一定的压力，在陶瓷体内可产生一定量电荷(压电效应)；如在陶瓷体施加一定的电场则陶瓷体可发生形变(逆压电效应)。压电陶瓷元器件正是利用了压电陶瓷所特有压电/逆压电效应，而被广泛应用于现代电子信息、通讯、家电等消费类电子等领域。压电陶瓷为绝缘体，为使其具有压电性，必须在陶瓷基片上下两面被覆导电层(电极)。再将其置放于直流电场中极化，经过极化后的陶瓷即可用于各种电子元器件的制作如：压电陶瓷滤波器、谐振器、鉴频器、陷波器等。由于这类器件大多在弱电状态下工作，要求陶瓷基片的电极具有极好的导电性，且好的化学稳定性。因此银是目前压电陶瓷元器件制作行业中最主要的(外层)电极材料。压电陶瓷银电极的制备主要有两种：一种是将涂敷在陶瓷基片上的银浆在高温下烧渗得到；一种是采用物理将金属银沉积在陶瓷基片上，其中包括真空蒸镀、磁控溅射、离子镀等。真空蒸镀的镀层与陶瓷基片的结合强度不高，附着力不强，因此在元器件的焊接工序中往往表现出焊接可靠性很难控制、耐焊性不好，特别是采用浸锡焊时，银层容易被锡吸蚀，造成产品的可靠性能下降，合格率降低。而磁控溅射或离子镀虽然镀层与基片结合强度较真空蒸镀好，但是这类设备价格过于昂贵，使得制造成本上升，同时也在一定程度上给企业带来一定的资金压力。另一方面银作为一种贵重金属，其本身价格随市场波动较大，且呈逐步上升趋势。因此银的价格直接影响着压电陶瓷元器件成本。

【发明内容】

为克服现有压电陶瓷电极采用银材料及真空蒸镀银层焊接可靠性差，合格率低，和磁控溅射或离子镀银设备昂贵，产品成本高等缺陷，

本发明的目的是寻找一种能替代银的压电陶瓷元器件电极材料，以及用这种非银金属材料作为压电陶瓷电极的制备方法。

为解决其技术问题，本发明采用的技术方案是：经过本发明人多年的研究和实验，最终研制出一种适合用于压电陶瓷元器件的非银金属材料电极，所述非银金属材料为锡或锡合金材料的电极，且压电陶瓷元器件锡或锡合金电极上的锡或锡合金层的厚度为0.2～5μm时效果最佳。

本发明的有益效果是：①因本发明的压电陶瓷电极采用价格较低的锡或锡合金材料替代了价格昂贵的银材料，从而解决了银作为电极材料而使电器成本过高的难题；同时因镀锡比镀银容易，且镀层均匀、牢固，因此解决了以往真空蒸镀银电极在(无铅)焊接中可靠性差，产品合格率低的技术难题。②用本发明所述工艺方法制备的镀锡或锡合金压电陶瓷电极，比以往的镀银电极在抗拉力实验中有明显的进步，且加工成本显著下降，而产品性能不差于镀银产品。其中镀锡电极可承受的平均拉力为17.93kg/mm²，而镀银电极可承受的拉力为16.55kg/mm²，镀锡电极优于镀银电极1.38kg/mm²；镀锡电极的成本为23.8464元/10万只振子，而镀银电极的成为454.4748/10万只振子，每10万只振子的成本减少430.6284元。在浸锡焊接方面，镀锡产品可长时间在锡锅浸焊，而镀银产品则不能长时间浸焊。在产品的性能方面，镀锡产品性能不差于与镀银产品性能。

【附图说明】

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是实施例1中向瓷片基体沉积锡时，镀锡滤波器的波形图。

图2是实施例1中向瓷片基体沉积银时，镀银滤波器的波形图。

图3是实施例1中向瓷片基体沉积锡时，镀锡谐振器波形图。

图4是实施例1中向瓷片基体沉积锡时，镀银谐振器波形图。

图5是实施例1中向瓷片基体沉积锡时，镀锡陷波器波形图。

图6是实施例1中向瓷片基体沉积银时，镀银陷波器波形图。

【具体实施方式】

实施例1：用蒸镀设备向陶瓷基片沉积锡和银电极试验

一、试验条件：用TM-800A蒸镀设备，向陶瓷基片沉积电极层。所用的设备工艺参数为：真空度，1.5×10^-2～3.0×10^-2Pa；蒸发源离工件的距离，15～30cm；蒸发电流：1000～1600A。用以上条件分别向瓷片基体沉积锡和银，其附着力参见实验结果：

二、实验结果：

镀锡和镀银拉力对比：(单位KG焊点面积为1mm²)

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	平均
												镀锡瓷片	17.9	18.2	19	18.7	15.6	19.8	17.5	20	15	17.6	17.93
镀银瓷片	18.3	16.5	18.5	17.6	18	16	15.5	18.1	7.8	19.2	16.55

镀锡和镀银成本对比：(单位元/10万只振子)

每10万振子成本减少：430.6284元。以年产5亿只振子为例，年节约成本＝5★10⁸★430.6284/10⁵＝215.3142万元

三、几种型号的镀锡与镀银产品的性能对比：

①图1和图2分别是镀锡与镀银滤波器的性能波形图。

②图3和图4分别是镀锡与镀银谐振器的性能波形图。

③图5和图6分别是镀锡与镀银陷波器的性能波形图。

从以上三种产品的波形图可以看出，镀银产品和镀锡产品在性能上并无大的差异，从整体上看镀锡产品比镀银产品要好。

实施例2：本发明所述压电陶瓷元器件的锡或锡合金电极的制备方法，包括如下步骤：

①制造出压电陶瓷元器件的内层铜电极；

②用真空蒸镀方式，以TM-800A真空蒸镀设备，在真空度为1.5×10^-23×10^-2pa，蒸发源离工件的距离为15～30cm，蒸发电流为1000～1600A条件下，向压电陶瓷内层铜电极上沉积金属锡或锡合金外层电极，使锡或锡合金镀层的厚度为0.5～5um；

③在对经过极化后的陶瓷片进行老化时，对锡或锡合金电极采取了抗氧化工艺处理；

④用芯片倒装浸锡焊接工艺进行压电陶瓷的元器件组装；

⑤检验、入库。

Claims (4)

1. 一种适用于压电陶瓷元器件的电极，其特征在于：所述电极内层为铜电极，外层为锡或锡合金电极，外层锡或锡合金的厚度为0.2～5μm。

2. 一种权利要求1所述电极的制备方法，其特征在于：它包括如下步骤：

①制造出压电陶瓷元器件的内层铜电极；

②用物理方法在压电陶瓷内层铜电极上沉积金属锡或锡合金外层电极；

③在对经过极化后的陶瓷片进行老化时，对锡或锡合金电极采取了抗氧化工艺处理。

3. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述物理方法是指用真空蒸镀、磁控溅射或离子镀的方法。

4. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述真空蒸镀向陶瓷基片内层铜电极上沉积锡或锡合金外层电极层，是用TM-800A蒸镀设备，所用工艺参数为：真空度1.5×10^-2～3×10^-2pa，蒸发源离工件的距离为15～30cm，蒸发电流1000～1600A。

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