Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

Композиционные и оксидные проводящие материалы

Композиционные материалы

Композиционные материалы представляют собой механическую смесь проводящего наполнителя с диэлектрической связкой.

Изменением состава и характера распределения компонентов можно управлять электрическими свойствами композиционных материалов.

Особенностью всех композиционных материалов является частотная

зависимость проводимости γ(f), старение при длительной нагрузке и, нелинейность электрических свойств.

В качестве компонентов проводящей фазы используются: металлы, графит, сажа, некоторые оксиды и карбиды.

Функции связующего вещества могут выполнять органические и неорганические диэлектрики.

Из многообразия композиционных проводящих материалов наиболее широко используются контактолы и керметы.

Композиционные и оксидные проводящие материалы

Композиционные материалы

К о н т а к т о л ы, используются в качестве токопроводящих клеев, красок, покрытий и эмалей, представляют собой маловязкие, либо пастообразные полимерные композиции.

Связующими веществами в них служат органические соединения синтетические смолы – эпоксидные, формальдегидные, кремнийорганические и др., а токопроводящим наполнителем является мелкодисперсный порошок металла ( серебра, никеля, палладия, меди).

Необходимая вязкость контактолов перед их нанесением на поверхности обеспечивается введением растворителей (ацетон, спирт и др.).

Отверждение контактолов, как правило, происходит в процессе нагревания их до определенной температуры .

Композиционные и

оксидные проводящие материалы

Композиционные материалы

К о н т а к т о л ы

Большую роль в формировании контактов между частицами металлов в композиции играют внутренние напряжения, возникающие при отверждении в результате усадки из-за улетучивания растворителя и полимеризации связующего вещества.

По сравнению с мягкими припоями контактолы обладают более высокой прочностью, эластичностью, хорошими адгезионными и

антикоррозионными свойствами. Но их объемное удельное электрическое сопротивление примерно на порядок выше, чем у припоев.

Наиболее высокой проводимостью и стабильностью свойств при различных климатических воздействиях отличаются контактолы, содержащие серебро.

Наиболее дешевыми являются проводящие клеи на основе графитового наполнителя.

Композиционные и

оксидные проводящие материалы

Композиционные материалы

К о н т а к т о л ы

Контактолы применяют:

для создания контактов между металлами, металлами и полупроводниками, металлами и графитом или электропроводящей резиной;

для создания электродов или токопроводящих коммуникаций на диэлектрических подложках.

Их используют:

при монтаже гибридных интегральных микросхем, изготовлении электродов к керамическим конденсаторам, при соединении кварцевых элементов пьезодатчиков, при экранировании помещений и приборов от помех,

в гибких волноводах и других изделиях электронной техники.

Композиционные и

оксидные проводящие материалы

Композиционные материалы

К е р м е т ы

К е р м е т а м и называют металлодиэлектрические композиции с

неорганическим связующим.

Они предназначены для изготовления тонкопленочных резисторов. Преимуществом керметных пленок является возможность варьирования удельного сопротивлением в широких пределах.

Наибольшее распространение получила микрокомпозиция Сr—SiO, тонкие пленки которой изготавливают методом термического испарения и конденсации в вакууме с последующей термообработкой для стабилизации свойств.

При термообработке за счет взаимодействия компонентов происходит вытеснение оксидной прослойки между зернами с образованием фазы Cr3Si (силицид хрома). В результате сопротивление изоляционных

прослоек между зернами заменяется сопротивлением контактирования.

Композиционные и

оксидные проводящие материалы

Композиционные материалы

К е р м е т ы

В толстопленочных микросхемах используют резисторы, получаемые на основе композиции стекла с палладием и серебром.

Стекло размалывают в порошок до размера зерен 3...5 мкм, смешивают с порошком серебра и палладия, вспомогательной органической связкой и растворителем.

Получаемую пасту наносят на керамическую подложку и спекают в обычной атмосфере.

Удельное сопротивление пленок зависит от процентного содержания проводящих компонентов и режима спекания.

Композиционные и оксидные проводящие материалы

Проводящие материалы на основе оксидов

Большинство чистых оксидов металлов в нормальных условиях являются хорошими диэлектриками.

Но при неполном окислении (при нарушении стехиометрического состава из-за образования кислородных вакансий), а также при введении некоторых примесей проводимость оксидов резко повышается.

Такие материалы можно использовать в качестве контактных и резистивных слоев.

Наибольший практический интерес представляют диоксиды олова и индия (SnO2, In2O3). В радиоэлектронике они используются

преимущественно в виде тонких пленок.

Композиционные и оксидные проводящие материалы

Проводящие материалы на основе оксидов

Пленки SnO2 и In2O3 получают различными способами:

термическим вакуумным испарением и конденсацией с последующим отжигом на воздухе, окислением пленок металлического олова, осажденного на диэлектрическую подложку, реактивным катодным или ионно-плазменным распылением и др.

Оксидные пленки SnO2 отличаются высокой адгезией к керамическим или

стеклянным подложкам. Прочность сцепления достигает 20 МПа, что намного больше, чем у металлических пленок.

Удельное сопротивление пленок зависит от степени нарушения стехиометрического состава и может составлять 10–8 Ом∙м.

Нагрев пленок SnO2 выше 240°С приводит к необратимому изменению сопротивления в результате более полного окисления.

Вместе с тем пленки устойчивы ко многим химическим средам — разрушаются только плавиковой кислотой и кипящей щелочью.

Композиционные и оксидные проводящие материалы

Проводящие материалы на основе оксидов

Тонкие слои диоксида олова обладают ценным оптическим свойством — высокой прозрачностью в видимой и инфракрасной частях спектра.

Собственное поглощение пленок SnO2 толщиной до 2 мкм в видимой части спектра не превышает 3 %.

Сочетание высокой оптической прозрачности и повышенной электрической проводимости пленок SnO2 и In2О3 обусловливает их

применение в качестве проводящих покрытий на внутренних стенках стеклянных баллонов электровакуумных приборов, электродов электролюминесцентных конденсаторов и жидкокристаллических индикаторов, передающих телевизионных трубок, преобразователей и усилителей изображения и др.