银粉对片式电阻器用电阻功能浆料的影响

张 帅，周宝荣，吴高鹏，马小强，王 鹏

（西安宏星电子浆料科技股份有限公司，陕西 西安）

片式电阻技术在推动混合集成电路应用器件小型化的发展起到关键性作用，广泛的应用在移动通讯、计算机、消费电子、汽车电子等领域[1-4]。其中片式电阻器用电阻功能浆料为片式电阻器的核心原材料，氧化钌、钌酸铅、钯粉等材料作为低阻段电阻浆料的主要导电相对电阻器的性能有很大的影响。陆冬梅、柴倓[5-9]等人研究了用于电阻浆料的二氧化钌及钌酸铅粉体的制备以及在电阻浆料中的应用，发现二氧化钌和钌酸铅的粒径、比表面积等物理指标对电阻浆料的方阻、温度系数和静电放电等电性能有直接的影响。马喜宏[10-11]等人报道了使用钯粉作为导电相研制厚膜电阻浆料。刘昊[12]等人研究了银粉对导电胶等电子浆料性能的影响，发现银粉尺寸越大，导电胶体积电阻率和剪切强度越低、热导率越高。熊胜虎[13]等人研究了银粉颗粒形貌和粒径大小对导电胶电阻率的影响，发现不同形貌的银粉体系的电阻率存在数量级上的差异，填充片状银粉的体系电阻率与银粉平均粒径成反比。

迄今为止，很少有文献研究银粉的物理指标对片式电阻器用电阻功能浆料性能的影响，本文选取5 种不同粒径、振实密度和比表的球形银粉，研究其对低阻段片式电阻浆料膜层结构和性能的影响，为银粉在片式电阻浆料领域的应用提供新的思路。

1 实验

1.1 主要原料与试剂

实验所用5 种西安宏星浆料自制不同粒径的银粉，物理指标见表1 所示。

表1 银粉物理指标及其使用还原剂种类

实验银粉试用浆料为宏星浆料片式电阻器用电阻功能浆料R-8100 系列低阻段R-8110 配方。

1.2 仪器与设备

主要使用的设备有：扫描电镜、布勒三辊研磨机、膜厚仪、静电放电设备、电阻仪、TCR 测试设备、丝网印刷机、烧结炉、电子天平。

1.3 电阻浆料及测试样片的制备

按照配方要求使用电子天平将所需有机载体、玻璃粉、导电相等原材料称量至表面皿，使用刮铲将粉体和有机载体充分混合，一直到粉体被有机载体完全浸润。然后在三辊研磨机上按照特定工艺进行辊轧制备，期间浆料达到规定细度。

通过丝网印刷机在表面印烧完银电极的氧化铝陶瓷基板上印刷200 mm×1 mm 的电阻测试图形和1206 规格片式图形，烘干后在850 ℃的烧结炉烧结10 min，高温冷却后得到测试样片。

1.4 测试与表征

膜厚、方阻、温度系数HTCR、负温度系数CTCR和静电放电ESD 方法参考Q/RY 506-2020。

2 结果与讨论

2.1 银粉对浆料烧结表面的影响

由图1 电阻浆料烧结表面可知，不同银粉对应的电阻浆料烧结表面致密性由高到低排序为Ag1 >Ag2 = Ag3 > Ag4> Ag5，Ag1 的烧结表面无气孔和裂纹，平整且均一，其余样片表面均有局部的气孔和裂纹。由图2 电阻浆料烧结背光形貌进一步验证以上现象，可以看到Ag1 背光无透光点，Ag2 和Ag3 局部有个别的透光点，Ag4 表面有较多的透光点，Ag5 表面布满了透光点。

图1 不同银粉对应的R-8110 电阻浆料1206 片式图形烧结表面形貌

图2 不同银粉对应的R-8110 电阻浆料1206 片式图形烧结表面背光形貌

图3 为不同银粉对应的电阻浆料电阻浆料1206片式图形烧结表面SEM形貌，在微观层面，可以看到Ag1 表面平整，孔洞较少，没有较深的贯穿式孔洞。Ag2 表面的细孔洞变多，贯穿式孔洞很少。Ag3 表面的细孔洞较Ag2 变少，但是局部出现细孔洞相交的现象。Ag4 和Ag5 表面平整，但是出现很深的贯穿式孔洞，尤其是孔洞相交的现象变多。

图3 不同银粉对应的R-8110 电阻浆料1206 片式图形烧结表面SEM 形貌

不同银粉制备的电阻浆料烧结表面的微观形貌解释了宏观表面的孔洞和透光点现象，银粉的粒径越小，在浆料的高温烧结过程中越容易熔融，同时随着流动的玻璃液填充孔隙，得到均匀和致密的膜层结构。随着银粉粒径的增大，银粉自身的熔融程度降低，同时随着熔融玻璃流动的程度降低，导致在退火过程中银粉与周围玻璃的结合变差，同时由于两者的热膨胀系数差异大，导致电阻浆料烧结表面出现孔洞。当银粉粒径（D50）到1.5 μm 时甚至出现多个孔洞相交，导致贯穿孔洞的出现，结构变疏松。当粒径（D50）大于1.7 μm 时浆料表面的细孔变少，出现更多的贯穿式孔洞，结构更疏松，但是烧结表面变得平整。这是由于在高温烧结过程中，表面较大的孔隙有利于难熔成分随玻璃熔融态流到膜层内部，故导致膜层表面平整。

2.2 银粉对浆料性能的影响

通过对5 种银粉制备的片式电阻器用电阻功能浆料进行电性能测试，见表2 所示，可知银粉粒径对电阻浆料的ESD 影响较大，随着粒径增大，静电放电ESD 性能变差，当粒径（D50）到1.7 μm 时ESD 极速变差。同时，银粉的粒径对浆料的方阻、TCR 影响不明显，说明在粒径（D50）在0.9～1.9 μm 内，银粉的粒径变化优先考虑对ESD 的影响。

表2 5 种银粉制备电阻浆料的电性能

由文章前述银粉对浆料烧结表面的影响研究可知，银粉的粒径较小时有利于电阻浆料烧结膜层结构的均匀和致密性，而膜层结构的致密性和均匀性与其抗静电放电ESD 性能有直接的关系，当膜层的结构致密程度高、疏松结构较少时，能够承受更高的外界电压负载而安全工作。

3 结论

银粉粒径对片式电阻器用电阻功能浆料的性能有直接的影响。银粉的粒径越小，电阻浆料的烧结膜层越均一和致密，其抗静电放电ESD 性能越好，但对方阻和温度系数的影响较小。

综合考虑，在研发具有抗静电放电ESD 性能的片式电阻器用低阻段电阻功能浆料时，优先考虑使用较小粒径的银粉，更有利于提升浆料的耐电压性能。