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1、第二章第二章 导电材料导电材料1本章内容本章内容v金属导电材料金属导电材料v电极及电刷材料电极及电刷材料v厚膜导电材料厚膜导电材料v薄膜导电材料薄膜导电材料v导电聚合物材料导电聚合物材料2v导电材料是电子元器件和集成电路中应用最广泛的一种材料，用来制造传输电能的电线用来制造传输电能的电线电缆，传导电信息的导线、引线和布线电缆，传导电信息的导线、引线和布线。v根据使用目的不同，除了导电性外，有时还要求有足够的机械强度、耐磨、弹性、耐高温、抗氧化、耐蚀、耐电弧、高的热导率等。vIEC(国 际 电 工 委 员 会 标 准 )规 定 ， 电 阻 率 为1.7241cm的标准软铜的电导率作为100，其他
2、材料的电导率与之比较，以百分电导率表示。v导电材料最主要的性质是良好的导电性是良好的导电性能。32.1 金属导电材料金属导电材料2.1.1 金属导电材料概论金属导电材料概论 1. 定义定义 导导电电材材料料是是指指电电流流容容易易通通过过的的材材料料。常常用用作作电极、电刷、电线等。电极、电刷、电线等。作作为为导导电电材材料料，希希望望其其电电阻阻率率尽尽可可能能地地小小(10-6 m)。但但是是，为为了了满满足足其其他他条条件件，例例如如机机械械强强度度、加加工工性性、耐耐腐腐蚀蚀性性、经经济济性性等等，在在许许多情况也会使用电阻率较大的。多情况也会使用电阻率较大的。42导电材料的电气性质导
3、电材料的电气性质 (1)电阻与电阻率电阻与电阻率导导体体的的电电阻阻材材料料与与长长度度L成成正正比比、与与断断面面A成成反反比比，可可表表示示为为R= L/A， 是是物物质质固固有有的的参参数数，指指1m3(或或1cm3)材材料料的的电电阻阻，称称为为材材料料的的电电阻阻率率，单单位位为为 m 或或 cm。(2)电阻温度系数。电阻温度系数。 导体的电阻随温度的变化而变化。温度为的电导体的电阻随温度的变化而变化。温度为的电阻可表示为阻可表示为 RT=RT11+aT1(T-T1) 式中，式中，RT1为在基准温度为在基准温度T1的电阻的电阻, aT1为在基准温度为在基准温度T1的电阻温度系数的电阻
4、温度系数。 一般金属导体的电阻随温度升高而增大一般金属导体的电阻随温度升高而增大5 导电材料的导电材料的电阻率与电阻温度系数电阻率与电阻温度系数同同材料的材料的纯度和完整性纯度和完整性有十分密切的关系，有十分密切的关系，既所谓是结构敏感的既所谓是结构敏感的。 所以对于同一种材料，由于制备方法所以对于同一种材料，由于制备方法不同，电阻率与电阻温度系数会存在一定不同，电阻率与电阻温度系数会存在一定差别。差别。6 3导电材料的标准导电材料的标准(1) 标准软铜的电阻温度系数标准软铜的电阻温度系数 在在20时为时为 1/254.5=0.00393-1，在，在T1()的的电阻温度系数用电阻温度系数用1/
5、254.5+T1-20) -1表示。表示。(2) 电导率和百分电导率电导率和百分电导率电电阻阻率率的的倒倒数数为为电电导导率率，用用来来表表示示导导体体的的导导电电度度。这这个个电电导导率率与与国国际际标标准准软软铜铜的的电电导导率率之之比比的的百百分分率率，称称为为百百分分电电导导率率或或称称为为IACS( (国国际际退退火火铜铜标标准准, , 1 1米米长长截截面面积积1 1平平方方毫毫米米的铜，电阻的铜，电阻0.017 )0.017 )电导率电导率。7 (3) 国际标准软铜国际标准软铜。作为导体电导率的表示基作为导体电导率的表示基 准的标准软铜。其特性在准的标准软铜。其特性在1913年的
6、国际电年的国际电 器标准器标准 会议上规定如下：会议上规定如下：各部分的切面积的均等面积为各部分的切面积的均等面积为mm2的标准软的标准软铜，在铜，在20 时，长度时，长度m的电阻为的电阻为1/58 ，即，即电阻率为电阻率为0.17241 m(100%IACS)。 在在20 时的密度为时的密度为8.89g/cm3标准软铜在标准软铜在20 时的电阻温度系数为时的电阻温度系数为1/254.5=0.00393 -184影响导体电阻值的因素影响导体电阻值的因素 杂杂质质、缺缺陷陷、温温度度、应应力力是是影影响响导导体体电电阻阻的的主主要要原原因因。一一般般纯纯金金属属的的电电导导率率比比其其合合金金的
7、的高高。合合金金的的电电导导率率由由于于合合金金的的组组成成不不同同而而各各异异，例例如如，在在二二元元合合金金中中由由于于成成分分相相互互溶溶解解而而生生成成固固溶溶体体。如如果果在在纯纯金金属属中中加加入入少少量量的的其其他他金金属属，则则电电导导率率将急剧下降。将急剧下降。9 5导电材料应具备的性质导电材料应具备的性质v作为金属导电材料，用得最多的是作为金属导电材料，用得最多的是铜，其次是铝、铁铜，其次是铝、铁等。等。v作为导电材料应具备的条件：作为导电材料应具备的条件：电导率大、易连接、较大的抗拉强度、电导率大、易连接、较大的抗拉强度、易弯曲、容易加工成型、耐腐蚀、产量大、易弯曲、容易
8、加工成型、耐腐蚀、产量大、价格低价格低等。等。但是，由于纯金属的抗拉强度都比较低，但是，由于纯金属的抗拉强度都比较低，所以在对抗拉强度要求高的场合，应采用所以在对抗拉强度要求高的场合，应采用热热处理的金属或合金处理的金属或合金。102.2 电极和电刷材料电极和电刷材料2.2.1 电容器电极材料电容器电极材料电极是电容器的重要组成部分，它在电容器中电极是电容器的重要组成部分，它在电容器中起着形成电场，聚集电荷的作用。尽管电极的形式起着形成电场，聚集电荷的作用。尽管电极的形式随着电容器的结构不同而有变化，但作用是相同的。随着电容器的结构不同而有变化，但作用是相同的。因此，作为电容器的电极材料，其质
9、量的好坏和选因此，作为电容器的电极材料，其质量的好坏和选用是否合理，对电容器的性质、质量、制造工艺、用是否合理，对电容器的性质、质量、制造工艺、重量、成本都有重要影响。应根据电极的要求来选重量、成本都有重要影响。应根据电极的要求来选用适当的电极材料用适当的电极材料。11电极材料的主要要求电极材料的主要要求： 应具有应具有优良的导电性能优良的导电性能，体积电阻率要小；，体积电阻率要小； 具有具有良好的化学稳定性和抗腐蚀性良好的化学稳定性和抗腐蚀性，不易氧化，并，不易氧化，并 且对介质材料的老化、催化作用要小；且对介质材料的老化、催化作用要小； 应有应有良好的机械性能良好的机械性能。如不易变形、压
10、延性和柔韧。如不易变形、压延性和柔韧 性要好、抗拉强度高、与电容器工艺匹配；性要好、抗拉强度高、与电容器工艺匹配； 密度小，热导率大；密度小，热导率大； 易于焊接，具有适当的熔点和沸点；易于焊接，具有适当的熔点和沸点； 材料来源广泛，价格便宜。材料来源广泛，价格便宜。122.2.2 引出线引出线 电子元件的引出线与印制电路板联接，形成电子元件的引出线与印制电路板联接，形成整机的功能部件。整机的功能部件。整机的可靠件在很大程度上整机的可靠件在很大程度上取决于引线的可靠性取决于引线的可靠性。 电子元件引出线所用的导电材料，因基材电子元件引出线所用的导电材料，因基材成分、镀成分、镀(涂涂)层种类、含
11、杂量、厚度和生产工层种类、含杂量、厚度和生产工艺不同，各种引出线在机械性能、电件能、热艺不同，各种引出线在机械性能、电件能、热性能、磁性能，耐蚀性和可焊性上各有不同。性能、磁性能，耐蚀性和可焊性上各有不同。13选用电子元件引出线时应考虑选用电子元件引出线时应考虑： 引出线对电子元件本身的影响引出线对电子元件本身的影响，如引出线的导电，如引出线的导电 性、性、 接触电阻、离子和分子的迁移、化学变化和电化学影响。接触电阻、离子和分子的迁移、化学变化和电化学影响。 是否适应电子元件生产工艺是否适应电子元件生产工艺，如引出线是否适于清洗、，如引出线是否适于清洗、 烘干、对焊、熔焊、轧扁、铆接、涂漆、烘
12、漆、电气老烘干、对焊、熔焊、轧扁、铆接、涂漆、烘漆、电气老 化、机械设备的牵引打弯。是否适应高速连续生产，能化、机械设备的牵引打弯。是否适应高速连续生产，能 经受气体污染否等。经受气体污染否等。 引出线对电子元件密封性影响引出线对电子元件密封性影响，引出线与电子元件包，引出线与电子元件包 封料的亲和性。引出线的热胀系数及其熔封性。封料的亲和性。引出线的热胀系数及其熔封性。 引出线是否适应整机的工作环境引出线是否适应整机的工作环境，能否确保整机不因引能否确保整机不因引出线而发生故障出线而发生故障，如能经受高温、低温、潮热、盐雾、震，如能经受高温、低温、潮热、盐雾、震动等恶劣工作条件动等恶劣工作条
13、件。 引出线是否适于整机的高密度群焊技术引出线是否适于整机的高密度群焊技术，其电子元件能，其电子元件能 否长期储存。否长期储存。142.2.3 电刷与弹性材料电刷与弹性材料在电位器（用于分压的可变在电位器（用于分压的可变电阻器电阻器）中，）中，电刷是电刷是沿电阻体滑动的导电构件，也称接点或接触刷沿电阻体滑动的导电构件，也称接点或接触刷：在许：在许多重要或特殊要求的电位器中，电刷单独制造，然后多重要或特殊要求的电位器中，电刷单独制造，然后借助于钎焊、点焊、铆接或夹装与弹性簧片组成构件，借助于钎焊、点焊、铆接或夹装与弹性簧片组成构件，而使电刷获得支承和弹力源。而使电刷获得支承和弹力源。一般情况下，
14、接触簧片一般情况下，接触簧片带有接点的簧片、用弹性材料带有接点的簧片、用弹性材料直接加工成型。因此。电刷材直接加工成型。因此。电刷材料与弹性材料是相互联系且不料与弹性材料是相互联系且不可分割的一组材料。弹性材料可分割的一组材料。弹性材料还可用来制造其他弹性元件，还可用来制造其他弹性元件，如簧片和弹性集流片。如簧片和弹性集流片。152.3 厚膜导电材料厚膜导电材料在厚膜混合集成电路中，在厚膜混合集成电路中，厚膜导电材料厚膜导电材料的作用是固定分立的有源器件和无源器件的作用是固定分立的有源器件和无源器件（需能（需能/电源的器件叫有源器件，无需能电源的器件叫有源器件，无需能/电源电源的器件就是无源器
15、件。有源器件一般用来信的器件就是无源器件。有源器件一般用来信号放大、变换等，无源器件用来进行信号传号放大、变换等，无源器件用来进行信号传输，或者通过方向性进行输，或者通过方向性进行“信号放大信号放大”。 容、容、阻、感都是无源器件，阻、感都是无源器件，IC、模块等都是有源、模块等都是有源器件器件） ，作为元件之间的互连线及作为厚膜，作为元件之间的互连线及作为厚膜电容的上下电极及外引线的焊区等电容的上下电极及外引线的焊区等。16 由于贵金属价格上涨，需要寻求价格低廉而性由于贵金属价格上涨，需要寻求价格低廉而性能优良的新导体材料，因此出现了一起能优良的新导体材料，因此出现了一起贱金属贱金属厚膜厚膜
16、导电材料。常见的有铜、镍导电材料。常见的有铜、镍硼、铝硼、铝硼，其中，硼，其中，铜导体是比较成熟的，目前已应用在混合电路中铜导体是比较成熟的，目前已应用在混合电路中。厚膜导电材料浆料厚膜导电材料浆料是厚膜工艺中使用的一种浆是厚膜工艺中使用的一种浆料。现在常用的浆料是含贵金属的厚膜导电材料浆料。现在常用的浆料是含贵金属的厚膜导电材料浆料，它们在空气中烧结，所用的贵金属主要为金、料，它们在空气中烧结，所用的贵金属主要为金、银银金以及银、铂、钯的二元或三元合金。这些厚金以及银、铂、钯的二元或三元合金。这些厚膜导电材料的电导性能很好，并且铂膜导电材料的电导性能很好，并且铂金导体具有金导体具有非常好的抗焊料溶解性。非常好的抗焊料溶解性。172.3.1 厚膜导电材料的特性厚膜导电材料的特性v厚膜导电材料应具有很低的电阻率、容易进行焊接、厚膜导电材料应具有很低的电阻率、容易进行焊接、焊点有良好的机电完整性、与基片的粘附牢固等特焊点有良好的机电完整性、与基片的粘附牢固等特点。点。v影响厚膜导电材料性能的主要因素是影响厚膜导电材料性能的主要因素是功能相功能相(导电体）导电体）和粘接剂（玻璃）的优劣和粘接
