NL8503142A

NL8503142A - N-type geleidend keramisch elektrisch onderdeel met contactlagen.

Info

Publication number: NL8503142A
Application number: NL8503142A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1985-11-15
Filing date: 1985-11-15
Publication date: 1987-06-01
Also published as: KR870005417A; EP0223303A1; JPS62123612A; JPH0357601B2

Description

EHN 11562 1 N.V. Philips'Gloeilairpenfabrieken te Eindhoven.

N-type geleidend keramisch elektrisch onderdeel met contactdagen.

De uitvinding heeft betrekking op een keramisch elektrisch onderdeel, dat n-type geleiding vertoont en van contactdagen met Ohm's geleidingsgedrag is voorzien.

Teneinde Ohm's geleidingsgedrag van een contact op n-type 5 keramisch materiaal te verkrijgen is het noodzakelijk, dat tenminste de laag, die grenst aan dit materiaal, bestaat uit een metaal met reducerende eigenschappen.

Dit is bijvoorbeeld beschreven in het ÜS-PS 3 027 529, waarin zulk een laag wordt toegepast en die versterkt is met een 10 galvanisch qpgehraehte of opgebrande laag koper, zilver of een legering van deze metalen op de dunne opgedampte laag van een metaal met reducerende eigenschappen, zoals aluminium. Aan de buitenste laag moet als regel de eis van goede soldeerbaarheid worden gesteld.

Voor bepaalde toepassingen moet het keramische oppervlak 15 een mechanische bewerking ondergaan, zoals slijpen, polijsten of zagen en het is nu gebleken, dat zulk een op bekende wijze van ccntact-lagen voorzien onderdeel bij een gebruikstemperatuur van 350°C of hoger onvoldoende stabiliteit vertoont. Bovendien blijken zulke onderdelen de duurproef in warme vochtige lucht (40°C - 90S RV) niet 2q te doorstaan.

De uitvinding verschaft een keramisch elektrisch onderdeel, dan n-type geleiding vertoont en van ccntactlagen met Ohm's geleidingsgedrag is voorzien.

Volgens de uitvinding is het onderdeel van de bovengenoemde 25 configuratie daardoor gekenmerkt, dat de laag grenzend aan de door opdampen aangebrachte laag met reducerende eigenschappen bestaat uit een mengsel van de volgende samenstelling in gew.%: een glasachtig bindmiddel 10-25 gew.% aluminiumdeeltjes 5 gew.% 3q zilverdeeltjes - 50 gew.%.

Het onderdeel dat aan dit kenmerk voldoet , weerstaat herhaald verblijf op een gebruikstemperatuur van zelfs 450°C cp voortreffelijke wijze en weerstaat ook de bovengenoemde warme vochtproef.

y-. · *7 M f v· . «i ; 5 Λ * y

o' "'C

PHN 11562 2

De aanwezigheid van zilver in de bovenste laag van de contact-lagen volgens de uitvinding is niet noodzakelijk, wanneer het gaat cm resistentie van de onderdelen, die een mechanisch bewerkt oppervlak bezitten. Het is essentieel, dat de laag met reducerende eigenschap-5 pen door opdampen wordt opgebracht.

Voor sommige toepassingen van een n-geleidend keramisch onderdeel worden echter hogere eisen dan gewoonlijk aan de slijtvast-heid van de contactlagen gesteld. Dit is o.a. het geval bij een motor-beveiligingsinrichting, die bestaat uit een weerstand met positieve 10 tenperatuurcoefficient van de weerstand, waar het contactoppervlak bij iedere inschakeling van de motor door een bewegend contact wordt beroerd.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding, die bijzonder op toepassingen met bijzondere eisen ten aanzien van de 15 slijtvastheid van de contactlagen van het onderdeel is gericht, is het onderdeel daardoor gekenmerkt, dat de laag grenzend aan die met reducerende eigenschappen de volgende samenstelling in gew.% bezit: een glasachtig bindmiddel 10-25 gew.% aluminiumdeeltjes ^ 5 gew.% 20 zilverdeeltjes 20-50 gew.%

Als glasachtig bindmiddel kan iedere samenstelling worden ge bruikt, mits het glas geen oxyderende bestanddelen bevat en de ver-wekingsteraperatuur beneden ongeveer 650°C ligt. In de pasta, dat als uitgangsproduct voor het aanbrengen van de contactlagen worden gebruikt, 25 wordt het glas in de vorm van een gemalen frit met een deeltjesgrootte van bijvoorbeeld 10 ^um gebruikt en ook de me taaldeel tj es worden bijvoorbeeld van deze grootte toegepast.

Geschikte glassamenstellingen zijn bijvoorbeeld:

PbO 36,0 gew.% 74,0 gew.% 53,5 gew.% 44,4 gew.% 30 BaO - " - " 18,3 " - "

Si02 20,6 " 18,6 " 20,2 " 26,1 "

SrO - " - - " 20,5 " B203 5,0 " 5,0 " 5,4 " 6,1 " A1203 2,4 " 2,4 " 2,6 " 2,9 " 35 Bi203 36,0 " - en ook andere bekende, in de zogenaamde dikke film-technologie gebruikte glazen, zijn toepasbaar.

De rol van het glasachtige bindmiddel is deze, dat de natuur- ~ ^ Λ 4 4 Λ «» V j {) i V L· PHN 11562 3 lijke oxidelaag, die cp de aluminiuindeeltjes aanwezig is, erin oplost, zodat het metaal vrijkomt.

Voor het aanbrengen van de pasta wordt deze aangemaakt met een tijdelijk bindmiddel, dat tijdens het uitstoken vervluchtigt 5 en/of verbrandt. Zulk een bindmiddel wordt toegevoegd teneinde de pasta de geschikte reologische eigenschappen te verlenen. Een voorbeeld van zulk een bindmiddel is een mengsel van benzylbenzoaat en ethyl-cellulose of een oplossing van ethylcellulose in een mengsel van butanol-1 en butylcarbitolacetaat.

10 De uitvinding zal aan de hand van een tweetal voorbeelden worden toegelicht.

Voorbeeld 1:

De eigenschappen van enkele contactlagen op n-geleidend BaTiOy t.w.

15 a) een combinatie van een in vacuo opgedanpte laag ter dikte van 0,1 ^um van NiCr in de atoanverhoudlng 80:20, een opgedampte laag zilver van 0,3 ^um en een bekende zilverpasta, die door zeefdrukken in een dikte van 5-10 ^um op de opgedanpte zilverlaag wordt aangebracht en het geheel gedurende 5 minuten cp 450°C wordt gebakken, 20 b) een combinatie van een door zeefdrukken in de vorm van een pasta opgebrachte In-Ga-Ag-laag, die 1,47-15,0 gew.% In, 3,65-3,75 gew.% Ga, 73,5-75,2 gew.% Ag en 6 a 8% van een emailpoeder bevat en een eveneens door zeefdrukken hierop aangebrachte Ag-pasta ter dikte van 5-10 ,um, waarbij na aanbrengen van de eerste laag gedurende 25 20 minuten op 620 C wordt gebakken en het geheel, na aanbrengen van de tweede laag, gedurende 10 minuten op620°C wordt gebakken, c) een combinatie van een door zeefdrukken opgebrachte In-Ga-Ag-laag van dezelfde samenstelling ai eveneens gedurende 20 minuten op 620°C gebakken en een laag ter dikte van 5-10 yum van een Al-pasta 30 die In de droge stof ca. 20 gew.% glaspoeder en 80% Al-poeder bevat, waarna het geheel gedurende 20 minuten cp 620°C wordt gebakken, worden vergeleken met een viertal cmtactlagen-ccmbinaties volgens de uitvinding en wel de volgende: d) een in vacuo opgedanpte laag aluminium ter dikte van 2 ^um waarop 35 een gezeefdrukte laag met een dikte van 5-10 ^,um van een Al-pasta, die in de droge stof ca. 20 gew.% glaspoeder en 80% Al-poeder bevat, waarna het geheel gedurende 20 minuten cp 650°C wordt gebakken, PHN 11562 4 e) een combinatie van een in vacuo opgedampte laag ter dikte van 0,1 yUin van NiCr in de atocmverhouding 80:20, een opgedampte laag zilver van 0,3 ^um en hierop een gezeefdrukte laag van een Al-pasta van dezelfde dikte en samenstelling als d), waarna het geheel even- 5 eens gedurende 20 minuten op 650°C wordt uitgestookt, f) gelijk aan d) behalve dat de laag van de Al-pasta niet door zeefdrukken, doch door cpspuiten wordt aangebracht, g) gelijk aan e), behalve dat de laag van de Al-pasta niet door zeefdrukken, doch door opspuiten wordt aangebracht.

10 In de volgende tabel wordt een overzicht van de verkregen eigenschappen gegeven en wel de kwaliteit van het Obmse contact, de stabiliteit ten aanzien van de duurproef in vochtige lucht van 40°C met 90% KV en de stabiliteit bij verblijf op een aantal temperaturen.

De resultaten zijn door middel van de volgende kwalificaties 15 weergegeven: ++ zeer goed + goed +- acceptabel - slecht 20 — zeer slecht

Tabel:

25 contact- Ohms- stabili- stabiliteit I

lagen- contact teit in bij verblijf op temperatuur in °C j comb. warme ---;-r- ......

vochtige 200 250 300 350 | 400 450

lucht J I

i ! : i * 20 a +— ++ ++ + | +— — — —— b +— — +4- ++ ++ + — — i i ; i c +- j — ;++++++:+ — — d ++ ++ ++++;++;++++++! 1 1 i e ++ ++ ·Η++ί-Η·;+4·++-Η-· 25 f ++ ++ I ++ 4*+ ++ -H- ++ +4- g 4+ ++ ++ ++ ++ ; ++ ++ -H- : Ί 3 1 4 2 * HJN 11562 5

De slij tvastheidseigenschappen werden bepaald van een aantal combinaties van lagen op het oppervlak van n-geleidend BaTiO^ a) een in vacuo cpgedampte caribinatie van NiCr (80:20) dikte van 0,1 yum en hierop een laag zilver ter dikte van 0,3 ^um en een Al-pasta, die 5 20% glas en 80% Al bevat op de cpgedampte caribinatie door zeefdrukken in een dikte van 40 ^um aangebracht, b) dezelfde cpgedampte caribinatie als a), waarop een pasta door zeefdrukken is aangebracht, die in de anorganische stof 47 gew.% Ag en 5,5 gew.% Al. rest glasfrit bevat, 10 c) dezelfde opgedampte combinatie als a), waarop door zeefdrukken een pasta is aangebracht, die in de anorganische stof 35 gew.% Al, rest glas bevat.

De mechanische slijtage werd door middel van de volgende duurproef getest. Een enkelvoudige pen van een zg. motorstartccntact 15 wordt over een afstand van 0,5 itm met een frequentie van 16x per minuut· heen en weer bewogen. De druk op het veercontact bedraagt ongeveer 3N.

De gehele montage wordt verticaal geplaatst teneinde het gevormde stof te laten ontwijken. Als maat voor de slijtvastheid wordt de tijdsverloop gemeten, waarbij onderbreking van de door het n-geleidende BaTiO^, 20 een weerstand met positieve tenperatuurcoefficient, gestuurde stroom optreedt.

Bij contact a) treedt onderbreking na 40 minuten cp, bij b) na 25 uur en bij c) zelfs pas na 100 tot 400 uur.

Andere samenstellingen van de in het kader van de uitvinding 25 bruikbare Al-Ag-pasta's zijn:

Ag23, Al 40 gew.% rest glas (in de anorganische stof)

Ag 55,5 Al 16,6 gew." rest glas (in de anorganische stof),

De laatstgenoemde samenstelling wordt bijvoorbeeld in de volgende vorm aangebracht: 30 Ag 40,0 gew.%

Al 12,0 gew.% glasfrit 20,0 gew.% (bijvoorbeeld samenstelling 3 zoals boven gespecificeerd) 28,0 gew.% van een oplossing van een organisch bindmiddel in 35 een organisch oplosmiddel.

— *

Claims

1. Keramisch elektrisch onderdeel/ dat n-type geleiding vertoont/ en van contactlagen met Ohm's geleidingsgedrag is voorzien, waarbij de contactlagen uit tenminste twee deellagen bestaan, waarvan de aan het keramisch oppervlak grenzende laag reducerende eigenschappen bezit, 5 en door opdampen is aangebracht, met het kenmerk, dat de laag grenzend aan die met reducerende eigenschappen bestaat uit een mengsel van de volgende samenstelling: een glsachtig bindmiddel 10-25 gew.% aluminiumdeeltjes 5 gew.% 10 zilverdeeltjes £ 50 gew.%

2. Keramisch elektrisch onderdeel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de laag grenzend aan die met reducerende eigenschappen de volgende samenstelling bezit: een glasachtig bindmiddel 10-25 gew.% 15 aluminiumdeeltjes .) 5 gew.% zilverdeeltjes 20-50 gew.% 20 25 30 35 ' o . O i -ï £