氧化锌压敏电阻电极-引线低成本高可靠性封装技术研究

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1、硕士学位论文氧化锌压敏电阻电极-引线低成本高可靠性封装技术研究作者姓名陈国良工程领域材料工程校内指导教师张新平教授校外指导教师刘树英高级工程师所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年1月Researchoflow-costandhigh-reliabilityinterconnettechnologyforjoiningelectrodeandlead-wireofZnOvaristorAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ChenGuo-LiangSupervisor：Prof.ZhangXin-PingDr.

2、LiuShu-Ying(SeniorEngineer)SouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China摘要以氧化锌（ZnO）为代表的氧化物压敏电阻器（Metaloxidevaristor,MOV）因具有优良的非线性伏-安特性和耐冲击能力而常作为电路保护用元器件广泛应用于电力电子系统中。ZnO压敏电阻材料成型后的制造技术中，表面金属化和电极-引线钎焊是非常关键的环节。表面金属化工艺仍以传统的丝网印刷银电极为主，然后采用高银含量锡-银-铜钎料（如Sn-3.0Ag-0.5Cu，即SAC305）实现电极-引线间互连，该工艺的主要缺点是用

3、银量较多致使生产成本很高；此外，银浆烧结过程中存在环境污染、能耗高等问题，而且银电极ZnO压敏电阻产品良率和可靠性还有待进一步提高。目前，ZnO压敏电阻电极贱金属化以代替银电极正成为行业发展的必然趋势，且实现电极-引线钎焊材料的低银化也有望进一步降低ZnO压敏电阻生产成本。本文研究首先评价了一种低银含量Sn-0.3Ag-0.7Cu（SAC0307）锡膏和两种商用高银含量Sn-3.0Ag-0.5Cu（SAC305）锡膏在银电极钎焊过程中的工艺性能及对产品可靠性的影响。然后通过铝/铜（Al/Cu）贱金属复合电极结构设计以及控制变量法和正交试验法对喷涂工艺参数进行优化，成功制备出

4、了满足产品性能要求的贱金属电极的ZnO压敏电阻；随后在最佳喷涂工艺条件下进一步研究了电极层厚度和热处理对ZnO压敏电阻性能的影响，全面评价了贱金属电极ZnO压敏电阻的环境可靠性。最后，评价了三种锡膏在贱金属电极ZnO压敏电阻产品应用中的工艺性能及可靠性。研究结果表明，采用电弧喷涂技术制备的Al/Cu双层复合金属电极是实现ZnO压敏电阻低成本高可靠性封装制造较为理想的选择，铝电极作为“连接层”对ZnO压敏电阻可靠性影响较大，而铜电极层作为“可焊层”对其可靠性影响不大；采用最优喷涂工艺制备的Al/Cu电极层在浸焊条件下具有与银电极相似的可焊性，而Al/Cu电极层具有更小的方阻及

5、更优的抗溶蚀性；对ZnO陶瓷基体进行热处理可以降低压敏电阻器的压敏电压，增大漏电流，同时能改善其抗雷击性能。回流焊用锡膏对ZnO压敏电阻产品的电气性能几乎没有影响，锡膏在电极表面的润湿性能与焊点力学性能没有必然的关系，应根据具体应用背景选用合适的锡膏。针对丝网印刷银电极ZnO压敏电阻，锡膏中助焊剂会对银电极产生腐蚀，因此应选用活性较弱的锡膏；针对电弧喷涂的Al/Cu复合金属电极ZnO压敏电阻，由于Cu电极层表面氧化严重，则应选用活性较强的锡膏。关键词：ZnO压敏电阻；贱金属电极；电弧喷涂；Sn-Ag-Cu锡膏；可靠性IAbstractMetaloxidevaristors(

6、MOV),typicallyrepresentedbyZnOvaristor,arewidelyemployedforapplicationsinthetransientprotectionofelectroniccircuitsandpowersystemsduetotheirexcellentnonlinearvolt-amperecharacteristicsandhighsurgecurrentcapacity.InmanufacturingprocessofZnOvaristorcomponents,surfacemetallizationoftheelectod

7、eandelectrode-wire(lead)solderingaretwokeytechniques.Atpresent,surfacemetalizedelectrodeisstillmainlypreparedbyusingconventionalscreenprintedsilverprocess,andtheelectricalinterconnectbetweentheelectrodeandwire(lead)isrealizedbysolderingprocessusinghighAg-conta