全印制氧化锌压敏电阻电极制备技术研究

摘要

ZnO压敏电阻因具有优良的非线性伏安特性和通流能力，在电子、电力领域得到了迅速发展和广泛应用。金属电极是ZnO压敏电阻的重要组成部分，是影响其电气功能特性的关键因素之一。本论文针对目前ZnO压敏电阻电极制备技术工艺能耗高、贵金属用量大等问题，研究了基于全印刷电子技术的ZnO压敏电阻贱金属电极制备技术。采用数字喷墨印刷技术，将溶液型功能性油墨喷印于经预处理的ZnO压敏陶瓷基板表面，实现电极微图形化，再经化学沉积制备贱金属铜电极。论文主要研究工作如下：
　　探讨了电极铜层扩散的影响机制，研究了电极图形化高精度的工艺控制措施，通过提高ZnO压敏陶瓷基板温度和优化溶液型功能性油墨的粘度及表面张力等工艺条件，解决电极铜层扩散的问题，实现了ZnO压敏电阻电极的高精度图形化制备。实验结果表明：温度为80℃，时间为40 min的加热处理，溶液型功能性油墨的粘度及表面张力优化值分别为2.4~2.8 mPa·s和36.4~39.4 mN/m时，可有效抑制电极铜层的扩散。
　　研究了电极铜层高质量沉积的技术实现手段。优化了ZnO压敏陶瓷基板预处理工艺，探讨了喷印距离、喷印墨量、化学沉积工艺条件等关键因素对沉积铜层微观形貌及组织结构的影响规律，获得了优化的ZnO压敏电阻电极制备工艺：碱性除油20 min，喷印距离2 mm，喷印墨量85％，沉积温度45℃，沉积时间40 min。此条件下可实现均匀致密、附着力优良的ZnO压敏电阻电极制备。
　　以优化的溶液型功能性油墨为喷印油墨，采用优化的制备工艺进行ZnO压敏电阻电极样品制备，对其铜层成分、形貌、结构、基本电性能、可焊性、封装性及耐雷击性能进行表征，其压敏电压在530~560 V范围内，漏电流约10μA，非线性系数大于72，可焊性、封装性良好，通流能量可达20 kA。