基于导电浆料的渗流调控制备新型可印刷电流熔断器

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1、清华大学基于导电浆料的渗流调控制备新型可印刷电流熔断器(申请清华大学工程硕士专业学位论文)培养单位：材料科学与工程系工程领域：材料工程申请人：杨瑞指导教师：杨诚副研究员联合指导教师：高官明高级工程师二○一七年五月NovelPrintedFuse-LinkBasedontheControlofPercolationConductivityinElectricallyConductiveCompositesThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementfor

2、theprofessionaldegreeofMasterofEngineeringbyYangRui(MaterialsEngineering)ThesisSupervisor:AssociateProfessorYangChengAssociateSupervisor:SeniorEngineerZhouShaoqiangMay,2017摘要摘要金属纳米材料的低温烧结性能使其能在较低的温度下形成优异的导电/导热联接，长期以来被广泛研究。但是，在过度烧结情况下，金属纳米结构的“熔缩”行为及其在电子器件中的应用却鲜有报道。本文采用室温液相还原法合成

3、具有三维辐射状结构的微纳米结构银粉，包括树枝状银粉、亚微米花状银粉和纳米海绵银粉。通过对其进行“低温熔缩”性能研究，验证了将这一特性用于印刷电子产品制备的可行性，例如可印刷电流熔断器。作为重要的电路保护元件，电流熔断器自被发明以来几乎没有发生显著的变化。将树枝状银粉作为导电浆料的导电填料，结合印刷电子技术，制备的导电浆料熔断体明显优于商用熔断器产品。例如，导电浆料熔断体具备简便的制备工艺、较低的熔断电流（仅为Littelfuse467系列最低值的40%）、较快的响应速度（1.5倍额定电流下的响应时间仅为Littelfuse2920L030的3.35

4、%），以及工作稳定性。测试过程中具有更低的表面温升（比FGMB低16.89oC）和电压降（仅为FGMB的24.26%），而且产品灵活性高，能够批量化制备。利用树枝状银粉优异的低温熔断性能开发的可印刷熔断器表现出一系列的优异性能，例如规格尺寸小，熔断电流可调范围大，响应速度快，可靠性高等优势。此外，设计并制备了三种新型的熔断器：1）面向未来高集成度、低功耗电路系统，特征尺寸小、熔断电流低的微型熔断器；2）致力于提高锂离子电池安全性能的垫片式熔断器；3）适用于可拉伸电子器件的，塑性较好、可返工且具有自愈合功能的硅脂基“便利贴”熔断器。这些基于导电填料低

5、温熔断性能的高性能熔断器，在未来的电力电子保护中具有广阔的应用前景，同时有助于其他分立式元件的开发。关键词：树枝状银粉；导电浆料；低温熔断；印刷电子；熔断器IAbstractAbstractNano-sizedmetallicmaterialshavelongbeenstudiedfortheirlow-temperaturesinteringbehavior,whichcanrenderexcellentelectric/thermalinterconnectionapplicationsundermildconditions.However,t

6、hefuseblowingpropertyofmetallicnanostructuresbyexcessivesinteringhasrarelybeenexplored,notevenbeenconsideredforelectronicdeviceapplications.Herein,wehavesynthesizedseveralmicro-/nano-silverproductswith3-Dradialconfigurationbyliquidphasereducingmethodatambienttemperature,includ

7、ingsilvermicro-dendrites,submicronsilverflowersandsilvernano-sponges.Andthen,wesystematicallyinvestigatethelong-neglectedlow-temperaturefusingbehaviorofthesesilverstructuresanddemonstratethefeasibilityofemployingthisintriguingpropertyfortheprintedelectronicsapplication,i.e.pri

8、ntedfuse-link,whichhasexperiencedinsignificantchangessincethe