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第二章 导电材料1本章内容v金属导电材料v电极及电刷材料v厚膜导电材料v薄膜导电材料v导电聚合物材料2v导电材料是电子元器件和集成电路中应用最广泛的一种材料，用来制造传输电能的电线电缆，传导电信息的导线、引线和布线v根据使用目的不同，除了导电性外，有时还要求有足够的机械强度、耐磨、弹性、耐高温、抗氧化、耐蚀、耐电弧、高的热导率等vIEC(国际电工委员会标准)规定，电阻率为1.7241cm的标准软铜的电导率作为100，其他材料的电导率与之比较，以百分电导率表示v导电材料最主要的性质是良好的导电性能32导电材料的电气性质 (1)电阻与电阻率导体的电阻材料与长度L成正比、与断面A成反比，可表示为R=L/A， 是物质固有的参数，指1m3(或1cm3)材料的电阻，称为材料的电阻率，单位为m 或cm2)电阻温度系数 导体的电阻随温度的变化而变化温度为T的电阻可表示为 RT=RT11+aT1(T-T1) 式中，RT1为在基准温度T1的电阻, aT1为在基准温度T1的电阻温度系数 一般金属导体的电阻随温度升高而增大5 导电材料的电阻率与电阻温度系数同材料的纯度和完整性有十分密切的关系，既所谓是结构敏感的。

所以对于同一种材料，由于制备方法不同，电阻率与电阻温度系数会存在一定差别6 3导电材料的标准(1) 标准软铜的电阻温度系数 在20时为 1/254.5=0.00393-1，在T1()的电阻温度系数用1/254.5+(T1-20) -1表示2) 电导率和百分电导率电阻率的倒数为电导率，用来表示导体的导电度这个电导率与国际标准软铜的电导率之比的百分率，称为百分电导率或称为IACS(国际退火铜标准)电导率7 (3) 国际标准软铜作为导体电导率的表示基 准的标准软铜其特性在1913年的国际电 器标准 会议上规定如下： 各部分的切面积的均等面积为mm2的标准软铜，在20 时，长度m的电阻为1/58 ，即电阻率为0.17241 m(100%IACS) 在20 时的密度为8.89g/cm3 标准软铜在20 时的电阻温度系数为1/254.5=0.00393 -184影响导体电阻值的因素 杂质、缺陷、温度、应力是影响导体电阻的主要原因一般纯金属的电导率比其合金的高合金的电导率由于合金的组成不同而各异，例如，在二元合金中由于成分相互溶解而生成固溶体如果在纯金属中加入少量的其他金属，则电导率将急剧下降9 5导电材料应具备的性质v作为金属导电材料，用得最多的是铜，其次是铝、铁等。

v作为导电材料应具备的条件：电导率大、易连接、较大的抗拉强度、易弯曲、容易加工成型、耐腐蚀、产量大、价格低等但是，由于纯金属的抗拉强度都比较低，所以在对抗拉强度要求高的场合，应采用热处理的金属或合金102.2 电极和电刷材料2.2.1 电容器电极材料电极是电容器的重要组成部分，它在电容器中起着形成电场，聚集电荷的作用尽管电极的形式随着电容器的结构不同而有变化，但作用是相同的因此，作为电容器的电极材料，其质量的好坏和选用是否合理，对电容器的性质、质量、制造工艺、重量、成本都有重要影响应根据电极的要求来选用适当的电极材料11电极材料的主要要求： 应具有优良的导电性能，体积电阻率要小； 具有良好的化学稳定性和抗腐蚀性，不易氧化，并 且对介质材料的老化、催化作用要小； 应有良好的机械性能如不易变形、压延性和柔韧 性要好、抗拉强度高、与电容器工艺匹配； 密度小，热导率大； 易于焊接，具有适当的熔点和沸点； 材料来源广泛，价格便宜122.2.2 引出线 电子元件的引出线与印制电路板联接，形成整机的功能部件整机的可靠件在很大程度上取决于引线的可靠性 电子元件引出线所用的导电材料，因基材成分、镀(涂)层种类、含杂量、厚度和生产工艺不同，各种引出线在机械性能、电性能、热性能、磁性能，耐蚀性和可焊性上各有不同。

13选用电子元件引出线时应考虑： 引出线对电子元件本身的影响，如引出线的导电 性、 接触电阻、离子和分子的迁移、化学变化和电化学影响 是否适应电子元件生产工艺，如引出线是否适于清洗、 烘干、对焊、熔焊、轧扁、铆接、涂漆、烘漆、电气老 化、机械设备的牵引打弯是否适应高速连续生产，能 经受气体污染等 引出线对电子元件密封性影响，引出线与电子元件包 封料的亲和性引出线的热胀系数及其熔封性 引出线是否适应整机的工作环境，能否确保整机不因引出线而发生故障，如能经受高温、低温、潮热、盐雾、震动等恶劣工作条件 引出线是否适于整机的高密度群焊技术，其电子元件能 否长期储存142.2.3 电刷与弹性材料在电位器（用于分压的可变电阻器）中，电刷是沿电阻体滑动的导电构件，也称接点或接触刷：在许多重要或特殊要求的电位器中，电刷单独制造，然后借助于钎焊、点焊、铆接或夹装与弹性簧片组成构件，而使电刷获得支承和弹力源一般情况下，接触簧片带有接点的簧片、用弹性材料直接加工成型电刷材料与弹性材料是相互联系且不可分割的一组材料弹性材料还可用来制造其他弹性元件，如簧片和弹性集流片15v电阻与电阻体之间的匹配情况，影响电刷与电阻体之间的接触电阻、接触噪声、平滑性、稳定性和耐磨性等，从而影响电位器的输出特性；v对电刷与弹性材料和电阻体匹配的具体要求电刷与弹性材料应具有良好的物理性能、化学稳定性和优良的机械性能，应具有良好的导电仪、导热性、无磁性。

电刷与电阻体要有良好的匹配，接触电阻要小而稳定，磨损要小，应当有小的摩擦系数和适育的硬度16电位器电刷与弹性材料的分类172.3 厚膜导电材料在厚膜混合集成电路中，厚膜导电材料的作用是固定分立的有源器件和无源器件（需能/电源的器件叫有源器件，无需能/电源的器件就是无源器件有源器件一般用来信号放大、变换等，无源器件用来进行信号传输，或者通过方向性进行“信号放大” 容、阻、感都是无源器件，IC、模块等都是有源器件） ，作为元件之间的互连线及作为厚膜电容的上下电极及外引线的焊区等18 由于贵金属价格上涨，需要寻求价格低廉而性能优良的新导体材料，因此出现了一起贱金属厚膜导电材料常见的有铜、镍硼、铝硼，其中，铜导体是比较成熟的，目前已应用在混合电路中厚膜导电浆料是厚膜工艺中使用的一种浆料现在常用的浆料是含贵金属的厚膜导电浆料，它们在空气中烧结，所用的贵金属主要为金、银金以及银、铂、钯的二元或三元合金这些厚膜导电材料的电导性能很好，并且铂金导体具有非常好的抗焊料溶解性192.3.1 厚膜导电材料的特性v厚膜导电材料应具有很低的电阻率、容易进行焊接、焊点有良好的机电完整性、与基片的粘附牢固等特点v影响厚膜导电材料性能的主要因素是功能相（导电体）和粘接剂（玻璃）的优劣，基片的化学性质和表面平整度对导体膜的粘附性（常称为键合）影响也很大。

v厚膜导电材料用的导电相材料，要求有良好的导电性通常用两种或多种金属，形成二元或多元合金，以提高厚膜导电材料的性能202.3.2 厚膜导电材料用贵金属原材料v1银制备：以甲醛、甲酸、抗坏血酸、葡萄糖、对苯二酚等作还原剂，以硝酸银为原料制备银粉v2. 钯(1) 甲酸制备钯粉(2) 抗坏血酸、氯亚铅酸制备钯粉(3) 甲醛、氯亚钯酸制备钯粉v3. 金制备：用氯化金(氯金酸)溶液加碱溶液生成黄棕色的沉淀物Au(OH)，然后还原v4. 铂制备：以抗坏血酸、新生态的氢(锌、镁、铁与硫酸作用)、肼、羟胺、甲酸或甲酸钠、甘汞、氯化亚铬、三氯化钛等作还原别可将H2PtCl6还原成铂粉经过滤、洗涤、烘干即可使用212.3.3 厚膜导电材料用的有机载体 有机载体的功能 是把金属粉和作粘合用的玻璃粉及其他固体粉末混合分散成膏状浆料，以便用丝网印刷方法将其印刷在陶瓷基片上 有机载体的组成 由溶剂(挥发成分)、增稠刑(非挥发成分又叫凝聚剂）、流动性控制剂、表面活性剂等组成，每种成分可以由一种或数种材料组成22对有机载体的要求：应是化学惰性物质载体与固体粉粒接触(包括在加热情况下)时，不能发生化学反应能形成悬浮体，载体与固体粉粒相接触的界面上，表面张力应小，以保证固体与液体之间很好地浸润。

液体中应有使电解质稳定的极性基团，不应有过量的凝结剂，避免浆料在长期仔放时发生凝结变质有合适的流变性载体与固体粉粒结合，可能提供网状结构的成分，形成塑流型触变系统载体的粘度要适中，可调节有适度的挥发性载体在室温下饱和蒸气压要低但在一定的温度下，其中的溶剂应易挥受，在高温下能够迅速挥发，使网印的浆料不产生二次流动现象粘结性能好载体能浸润陶瓷基片表面，因此其表面张力应适当，使其能牢固地粘附在基片上其他特性载体应无固定沸点，在加热过程中逐步汽化、燃烧避免造成电阻膜上的针孔在一定的高温下应完全燃烧而不留灰分23有机载体的组成v1溶剂：能溶解纤维素之类的增稠剂组分；v2增稠剂：提高浆料的料稠性和塑性；v3. 流动性控制剂：使载体在熔融前不断升华 而增加粘稠性；v4表面活性剂：用来降低载体与固体粉粒界 面的表面张力，使有机载体能充分润湿固 体粉粒的表面有机载体的制备 将增塑剂、溶剂混合并在水浴锅中加热使增塑剂完全溶解，然后将预先溶解好的流动性控制剂、稀释剂等加热搅拌均匀即得有机裁体242.3.4 贵金属厚膜导电材料 贵金厚膜导电材料包括金、钯金、铂钯金、钯银等，应用较为广泛的是钯银、金、铂金等特点: 有很好的导电性，工艺简单，可在空气中 烧成，工艺敏感性差，重复性好， 导电膜 性能稳定。

252.3.5 贱金属厚膜导电材料 贱金属厚膜导电材料是一种新型导体，常见的有厚膜铜导体、镍导体和铝导体等这些贱金属导体浆料有的可以在空气中烧成，有些则必须在中性(N2，Ar)或还原性(N2-H2)气氛中烧成 贱金属导体有许多优点，如电阻低、可焊性和抗焊溶性好、无离子迁移等 其缺点是时工艺要求很高，老化性能不如贵金属好262.4 薄膜导电材料v在集成电路中，薄膜导体在电路内部元器件的互连线；薄膜电阻的端头电极、薄膜电容的电极、薄膜电感线圈、微带线、外贴元器件的焊区、外引线焊区等起着重要作用v对薄膜导电材料的主要要求是：导电性好、附着性好、化学稳定性高、可焊性和耐焊接性好、成本低v薄膜导电材料的电阻率高于同种的块状材料，这是由于薄膜的厚度较薄所产生的表面散射效应，以及薄膜具有较高的杂质和缺陷浓度所成的结果连续金属薄膜的电阻率为声子、杂质、缺陷、晶界和表面对电子散射所产生的电阻率之和27薄膜导电材料的分类v单元素薄膜系指用单一金属形成的薄膜导电材料主要材料是铝膜v多层薄膜系指不同的金属膜构成的薄膜导电材料有二元系统(如 铬-金)、三元系统(如 钴-钯-金)、四元系统(如 钴-铜-镍-金)等。

28v底层：也称为粘附层，主要起粘附作用，使顶层 导体膜能牢固地附着在基片上多层膜结构v顶层：主要起导电和焊接作用v薄膜的附着性取决于膜层与基片的结合形式v薄膜混合集成电路中，应用最为广泛的薄膜导电材料是多层结构薄膜这是因为多层薄膜能较好地满足对薄膜导电材料的要求292.4.9 透明导电薄膜v透明导电膜的用途：用于透明电极、仪器仪表的防静电及电磁屏蔽窗口、防霜玻璃以及电子记录材料等领域v透明导电薄膜的分类：根据导电膜的情况，可分成金属型、半导体型和多层膜复合型三种302.4.10 薄膜导电材料在半导体集成电路中的应用v21世纪的集成电路将冲破来自工艺技术和物理因素等方面的限制继续以高速度向着高频、高速、高集成度、低功耗和低成本等方向迈进对集成电路的薄膜电极系统、互联技术就有较高的要求311. 电极系统v集成电路的电极系统起着传递器件电功率的作用它要求电极系统本身不消耗电功率，仅起传递作用，且电极系统必须可靠v器件电极系统的组成：金属化层、引线键合、芯片与座底的欧姆接触32理想的金属化电极系统的特点 电导率高(电阻率小于10cm) ； 与SiO2或其他淀积介质薄膜粘附性好； 能够与半导体材料形成低阻的欧姆接触； 便于淀积和光刻； 化学性能稳定，在淀积过程中不会引起半。