陶瓷传感器的工艺原理(3)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-29 原文发表时间:2007-06-30 人气:1

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4传感器生产中的厚膜技术

厚度为10～100μm的多晶膜已被用来制作传感器。它们的结构与陶瓷的结构相类似，因而把它们归为陶瓷膜。制备这些被称为厚膜的工艺与陶瓷工艺有许多共同之处，但也有一些不同。原则上，每一种传感器陶瓷都可以做成厚膜形式的。厚膜中生成的孔隙将成为制成的传感器的活性媒体。与整块陶瓷制成的传感器相比，用厚膜工艺有可能制出具有较快响应时间的传感器，同时厚膜的重量也比整块传感器的轻。由于这些原因，对厚膜传感器的兴趣与日俱增。厚膜工艺称之为丝网印刷，它的发展已很成熟，并已在工程技术的不同领域中得到了应用，例如在生产厚膜混合集成电路中。厚膜工艺技术的起始材料是那种称之为浆料的材料，它们被印刷到陶瓷片上，陶瓷片称为基板。最常见的基板是用Al2O3制成的。

4.1厚膜工艺用的浆料

任何一种用于制备厚膜的浆料都包含三种成份：基本成份；粘结剂；胶合相。

基本成份决定了厚膜的性质，因而它是按设定的要求选用的，根据这些基本成份的性质，浆料有绝缘性的、半导体和导电性的。但不管那种情况都是使用粉末状材料，其颗粒大小不应超过5μm。对绝缘体和半导体浆料来说，所用的粉状材料采用节2.3.1和2.3.2中讨论的一些方法制取。金属粉末用化学方法制备，或者利用一些高电导性氧化物制造导电性浆料。粘结剂起的是粘结作用，并保证厚膜与其载体基板之间有足够的亲合性。粘结剂实际上是某种很容易融化的，以Bi2O3、PbO、CdO和SiO2等氧化物为基质的活性玻璃。最常用的一种粘结剂含有重量比为1的硼酸盐-硅酸盐玻璃和按重量比为2的Bi2O3。基本成份和粘合剂间的比例一般从15:1到20:1。

胶合相材料为浆料提供可塑能力，并在热处理之前保障厚膜在基板上有足够的粘着力。胶合相是一种包含多种有机物的混合物，以此提高粘附力。它的构成物约占整个浆料重量的25%。

浆料经混合，并使其中成份达到很高的均一性，以作后用。

4.2厚膜工艺

清洗基板，除去机械和有机的沾污物。使用喷管、通过丝网将浆料印刷在表面上。随后烘干已涂覆的膜，以去除含在粘合浆料中的有机溶剂，随即按制定的规范升温，直到浆料的烧结温度，然后在此温度中保温一定的时间。这样，厚膜的结构形成了，并且它与基板的结合也牢固了。在烧结温度中，粘结剂处于融化的状态，从而与基板牢固地相结合。另一方面，它也加速了厚膜的形成过程，并在一定程度上将陶瓷晶粒凝固在一起。粘结剂进入到了厚膜的成份中，因此有时会使传感器的参数恶化，因为它增加了传感器的阻抗。浆料在空气介质中烧结，温度在400～1 200℃之间，烧结温度取决于它的成份组成。烧结好的膜应缓慢冷却，

防止在其体内产生机械应力。

4.3用于陶瓷传感器电极制造的导电浆料

对传感器的正常工作来说，它的导电电极应该满足下述要求：

具有多孔结构(对气敏和湿敏传感器而言)；
低阻抗；
在陶瓷表面粘结良好；
在它之上可焊接引出线；
与陶瓷不发生化学性互作用；
热稳定；
化学性能稳定。

贵金属可以满足这些要求，如Au、Pt、Pd或Ag，因此导电浆料以它们为基材制成。已知有两类浆料：单成分浆料(以金和银为基材)；双成分浆料(以Ag-Pd、Au-Pt、Au-Pd体系为基材)。银浆料的烧结温度最低(760℃以下)，但银与其他金属相比稳定性较差。在腐蚀性环境中，应用双成份浆料，它们的烧结温度达到1000℃。

一些导电性氧化物厚膜，例如PdO2，SnO2，In2O3，TiO3，也用作高温电极材料。另一些导电性化合物，诸如钙钛矿盐(LaCoO3、PrCoO3、La0.7Sr0.3CrO3、La0.7Sr0.3FeO3)，对以固体电介质为基础的传感器来说，是非常稳定的电极材料。氧化物导电膜还有一个优势是很容易生成多孔结构。

4.4结论

文献中的资料表明，厚膜工艺技术已经广泛地用于传感器的制造。它与陶瓷工艺相比具有下述优点：用料少；烧结温度较低；并且在厚膜情况下可获得较快的响应速度。厚膜工艺的缺点是，为准备浆料就需要有较长的制造过程，成本也较高。挑选合适的基板非常重要，而且要获得对湿敏、气敏、热敏传感器合理的电阻值也比较困难。 (

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