 Fig.2 Resistivity of ECPs with various conductive fillers 3.2 湿热实验结果
表1和图3为铜粉、片状银粉及镀银铜粉导电试样在60℃相对湿度100%条件下进行湿热实验时电阻率随时间的变化。铜粉导电试样24小时电阻升高近5倍,三天已完全不导电,银粉导电试样在24小时内电阻有所下降,然后基本保持不变。镀银铜粉中银起到导电通路的作用,因此可达到基本与银相同的导电稳定性。Table1 Resistivity change of various ECPs with time in humid-heat test
  3.3 迁移试验结果
表2和图4是直流偏压为5V时,不同导电试样电迁移试验时电流随时间的变化曲线,银导电试样在约200秒时电流开始快速增大,约700秒内已增至mA级电流,在滤纸条上可清晰的观察到黑色的枝状沉淀物,两电极已经连通,表明已经短路;而铜导电试样电极经 20000 秒的试验,电流稳定在 15-30 μA之间,并未短路,滤纸上可见一条蓝色细线,表明铜也发生溶解,形成铜离子,但未形成枝晶状沉淀;镀银铜粉导电试样电极同样经 20000 秒试验,电流稳定,没有短路,在滤纸上可见一条蓝色细线,在阴极附近有少量褐色物质。 Table 2 Current changes of various ECPs with time in electro- migration test
  3 . 4 镀银铜粉抗迁移机理探讨
前人的许多研究已经证实,含银的复合材料及金属银容易迁移短路,其发生的机理大致如下:在直流偏压和水膜共同作用下,银在阳极溶解产生Ag ,在阴极发生H 还原,析出氢气。同时OH-向阳极移动与向阴极迁移的Ag 相结合,当OH-和Ag 的量达到一定浓度在阳极附近形成胶体状的AgOH,而不稳定的AgOH会分解形成黑色无定性的Ag2O沉淀。由于Ag 和Ag2O存在如下的平衡关系:
Ag2O H2O=2AgOH=2Ag 2OH-
而AgOH在20℃的溶解度常数KAgOH为1.5×10-8,假设水为纯水,Ag 和OH-离子浓度相等,则Ag 浓度达1.2×10-4M将达成以上平衡。一旦平衡建立,则Ag 就会向阴极迁移,并在阴极还原形成枝状生长的银,进一步降低溶液电阻,导致电流增加,枝状生长加速,最终导致短路。
同样地,铜粉也存在溶解和Cu2+的迁移,但是其形成枝晶的速率大大低于金属银。
而镀银铜粉之所以具有类似于铜粉的抗迁移性能,这可用电偶腐蚀理论来解释,即镀银铜粉中银与铜组成了众多的电偶对,铜为阳极,银为阴极,在发生氧化反应时,铜将作为阳极抑制银阴极的氧化。铜的溶解被促进。由于银的溶解量降低,因此形成枝晶的几率就大大降低了。
Y.Charle Guan曾用旋转圆盘电极研究铜银合金在充气的氨水溶液中的氧化还原行为。他也认为铜银合金溶解时电偶作用很明显,阳极的反应面积愈大,对阴极的抑制作用愈明显,阴极的面积愈大对阳极的溶解促进作用亦愈大。他发现甚至在某种比例的铜银合金中,几乎没有银的溶解。
由于所制镀银铜粉含银量不超过30%,属于阳极面积大于阴极面积,主要表现出阳极对阴极的抑制作用,因此,在迁移实验中镀银铜粉具有良好的抗迁移性能。
4.结论
采用精选的化学镀工艺,制备出导电性良好,导电稳定性高的镀银铜粉,以该粉末为导电填料制备的导电涂料具有较高的导电性,导电稳定性和抗迁移能力。电偶作用是该粉末具有抗迁移作用的主要因素,铜抑制银的溶解,从而降低银形成枝晶的几率。 ( |