CS257617B1

CS257617B1 - Electroplating coating suspension

Info

Publication number: CS257617B1
Application number: CS865813A
Authority: CS
Inventors: Jiri Hejhalek
Original assignee: Jiri Hejhalek
Priority date: 1986-08-04
Filing date: 1986-08-04
Publication date: 1988-05-16
Also published as: CS581386A1

Abstract

Řešení zahrnuje pokovovací suspenzi pro vytváření elektrod zejména na piezoelektrických rezonátorech. Pokovovací suspenze je tvořena 48 až 55 % hmot. práškového stříbra, 33 až 37 % hmot. organických nosičů a rozpouštědel, 4 až 17,5 % hmot. vody a 1,5 až 4 % hmot. adhesní složky tvořené 32 až 41 % hmot. V2O5, 25 až 41 % hmot. PbO, 1 až 18 % hmot. B12O3 a 15 až 30 % hmot. Pb(BO)2· Elektroda vytvořená pomocí této suspense má vysokou přídržnost a zejména vysokou stabilitu přídržnosti.The solution includes a plating suspension for forming electrodes, especially on piezoelectric resonators. The plating suspension is formed by 48 to 55 wt. % of silver powder, 33 to 37 wt. % of organic carriers and solvents, 4 to 17.5 wt. % of water and 1.5 to 4 wt. % of an adhesive component formed by 32 to 41 wt. % of V2O5, 25 to 41 wt. % of PbO, 1 to 18 wt. % of B12O3 and 15 to 30 wt. % of Pb(BO)2. The electrode formed using this suspension has high adhesion and, in particular, high adhesion stability.

Description

Vynález se týká složení pokovovací suspenze pro vytváření elektrod zejména na piezoelektric rezonátorech.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a coating composition for forming electrodes, particularly on piezoelectric resonators.

Elektrody na piezoelektrických rezonátorech (měničích) se najčastěji vytvářejí výpalem vodivých pokovovacích preparátů - stříbřících suspenzí nebo sítotiskových past nanesených na daný výbrus. Zpravidla se používají k těmto účelům vodivé preparáty, které jsou určeny pro jiné aplikace (např. pro výrobuHIO nebo pro výrobu keramických kondenzátorů). Vodivé preparáty určené pro speciální aplikace na piezokeramice typu Pb(Zr,Tí)O₃ v podstatě neexistují.The electrodes on piezoelectric resonators (transducers) are most often produced by firing conductive plating preparations - silver suspensions or screen printing pastes applied to a given cut. As a rule, conductive preparations are used for this purpose and are intended for other applications (eg for the production of HIO or for the manufacture of ceramic capacitors). Conductive preparations intended for special applications on Pb (Zr, Ti) O ₃ piezoceramics are virtually nonexistent.

U převážné většiny piezokeramiekých výrobků postačí zabezpečit u elektrody vyhovující elektrické vlastnosti bez ohledu na mechanickou stránku věci (přídržnost vodivé vrstvy).For the vast majority of piezoceramic products, it is sufficient to provide the electrode with satisfactory electrical properties irrespective of the mechanical aspect (adhesion of the conductive layer).

V takových případech je použití vodivých preparátů z jiných oborů elektroniky oprávněné.In such cases, the use of conductive preparations from other fields of electronics is justified.

V souvislosti s nástupem nových výkonových aplikací piezokeramiky stouply požadavky na přídržnost a stabilitu elektrody. Konkrétně se jedná např. o ultrazvukové vany s lepenými měniči pracujícími bez mechanického předpětí. Ukázalo se, že použití všech stávajících preparátů je již za hranicí, kdy lze zaručit provozní spolehlivost. Příčinou je malá stabilita mechanických vlastností elektrody, zejména přídržnosti. Při déle trvajícím provozu se působením silných mechanických a elektrických polí elektroda naruší a přestane plnit svou funkci.In connection with the advent of new power applications of piezoceramics, requirements for electrode holding and stability have increased. Specifically, these are ultrasonic baths with glued transducers operating without mechanical bias. It has been shown that the use of all existing preparations is beyond the limits of operational reliability. This is due to the low stability of the mechanical properties of the electrode, especially the adhesion. During prolonged operation, the electrode disrupts due to strong mechanical and electrical fields and ceases to function.

Nevýhody současného stavu techniky řeší pokovovací suspenze pro vytváření elektrod zejména na piezoelektrických rezonátorech tvořená 48 až 55 % hmotnostními práškového stříbra, 33 až 37 % hmotnostními organických nosičů a rozpouštědel a 4 až 17,5 % hmotnostními vody, vyznačená tím, že dále obsahuje 1,5 až 4 § hmotnostní adhezní složky tvořené 32 až 41 % hmotn. V₂O^, až 41 % hmotn. PbO, 1 až 18 % hmotn. Bi^O^ a 15 až 30 % hmotnostními meta-boritanů olovnatého .The disadvantages of the prior art are solved by electroplating slurries for forming electrodes, in particular on piezoelectric resonators consisting of 48 to 55% by weight of silver powder, 33 to 37% by weight of organic carriers and solvents, and 4 to 17.5% by weight of water, 5 to 4 wt.% Of an adhesive component of 32 to 41 wt. V O ^ ₂ to 41 wt%. % PbO, 1 to 18 wt. And 15 to 30% by weight of lead metaborates.

Tato pokovovací suspenze umožňuje zásadní řešení vodivého preparátu s vysokou přídržnosti a stabilitou. Vhodná adhesní složka obstarává vazbu kovové elektrody s peizokeramickým substrátem a odpovídá za přídržnost vodivé vrstvy i za její stabilitu.This plating suspension allows a fundamental solution of the conductive preparation with high adhesion and stability. A suitable adhesive component binds the metal electrode to the peizoceramic substrate and is responsible for the adhesion of the conductive layer and its stability.

Výsledná směs po umletí vykazuje podstatně lepší vlastností než taviva používaná ve stávajících vodivých preparátech. Výhodou je nízká teplota tavení umožňující výpal navrhovaných suspenzí při teplotě kolem 600 °C, tedy o více než 200 °C níže než suspenze používající jako taviva Bi^O^· Tato skutečnost je podstaná při aplikaci pokovovací suspenze na piezokeramice typu PZT. Při teplotách nad 700 °C totiž dochází k degradaci piezoelektrického materiálu, který lze potom jen obtížně zpolarizovat, nebot se vyskytují průrazy.The resulting grinding composition exhibits substantially better properties than the fluxes used in existing conductive compositions. The advantage is a low melting temperature allowing firing of the proposed slurries at a temperature of about 600 ° C, ie more than 200 ° C lower than the slurry using Bi 4 O 4 fluxes. This is due to the application of the plating slurry to PZT piezoceramics. In fact, at temperatures above 700 ° C, the piezoelectric material is degraded, which can then be difficult to polarize because of breakdowns.

Další výhodou je výborná smáčivost povrchu piezokeramiky při slinovací teplotě 600 °C. Smáčivost výrazně zvyšují boritany olova díky své afinitě k piezokeramice.Another advantage is the excellent wettability of the piezoceramic surface at a sintering temperature of 600 ° C. Wettability increases lead borates significantly due to their affinity for piezoceramics.

Vynález bude blíže vysvětlen a popsán v následujících příkladech.The invention will be further explained and described in the following examples.

Příklad 1Example 1

V příkladu č. 1 bude pro ilustraci znázorněno použití stávající vodivé pasty TT 9 210 na běžném piezokeramickém materiálu. Složení vodivé pasty TT 9 210 je následující:Example 1 illustrates the use of existing TT 9 210 conductive paste on conventional piezoceramic material. The composition of TT 9 210 conductive paste is as follows:

% hmotnostních koprecipitací sráženého prášku tvořeného 90 hmotnostními díly stříbra a 10 hmotnostními díly palladia, 10 % hmotnostních taviva tvořeného 4 hmotnostními díly Bi₂°3 ^a1 hmotnostním dílem Cd(BO₂>₂ a 10 % hmotnostních lakové složky.% by weight co-precipitation of a precipitated powder consisting of 90 parts by weight of silver and 10 parts by weight of palladium, 10% by weight of flux consisting of 4 parts by weight Bi ₂ ° 3 ^and 1 part by weight Cd (BO2 &_gt;₂;

Prototypová serie ultrazvukových van s piezokeramickými měniči přestala fungovat po 50 hodinách provozu. Bylo zjištěno vysokofrekvenční rušení, jehož příčinou byla popraskaná elektroda tvořena z vodivé pasty TT 9 210.The prototype series of ultrasonic baths with piezoceramic transducers stopped working after 50 hours of operation. High-frequency interference was found due to the cracked electrode formed from TT 9 210 conductive paste.

Následující tabulka ukazuje přehled přídržnosti elektrody vytvořené výpalem pasty TT 9 210 na piezokeramice.The following table shows an overview of the adhesion of the electrode formed by firing TT 9 210 paste on piezoceramics.

Tabulka 1 Mechanické vlastnosti elektrody TT 9 210 na běžných piezokeramických substrátech PKM 15Table 1 Mechanical properties of TT 9 210 electrode on conventional piezoceramic substrates PKM 15

AA (1) /MPa/ A/T/ C /%/AA (1) / MPa / A / T / C /% /

PKM 15A až 35PKM 15A to 35

0,3 až 0,7 až 250.3 to 0.7 to 25

A (1) - hodnota přídržnosti 1. den po výpaluA (1) - adhesion value on day 1 after firing

AA/T/ - relativní změna přídržnosti po temperaci 140 °C/48 hodin C - relativní změna přídržnosti za dekáduAA / T / - relative adhesion change after tempering 140 ° C / 48 hours C - relative adhesion change over decade

Je vidět, že po teplotní temperaci nebo po dlouhodobém skladování měničů poklesne přídržnost elektrod až o 2/3 počáteční hodnoty. V této malé stabilitě spočívají obtíže při náročných výkonových aplikacích.It can be seen that after the temperature tempering or after long-term storage of the inverters, the electrode adhesion decreases by up to 2/3 of the initial value. This low stability results in difficulties in demanding power applications.

Příklad 2Example 2

V tomto příkladě bude znázorněno použití vodivé pasty dle vynálezu na tomtéž substrátu. Funkční vzorky vodivých suspenzí podle vynálezu byly připraveny mletím všech surovin s vodou při následujícím procentuálním zastoupení:In this example, the use of a conductive paste according to the invention on the same substrate will be illustrated. Functional samples of conductive suspensions according to the invention were prepared by grinding all raw materials with water at the following percentages:

1. Tavivo (adhesní složka)1. Flux (adhesive component)

a) and) 33,1 33.1 hmot. wt. % % ^V2°5 ^At 2 ° 5 b) (b) 40,6 40.6 hmot. wt. % % PbO PbO c) C) 1,2 1,2 hmot. wt. % % Bi₂°₃ Bi ₂ ° ₃ d) (d) 25,1 25.1 hmot. wt. % % Pb(BO) Pb (BO)

2. Stříbro práškové2. Silver powder

3. Organický nosič a rozpouštědla3. Organic carrier and solvents

4. Voda4. Water

Suroviny byly mlety v kulovém mlýnku o připraveny 3 suspenze (označené AT 21).The raw materials were ground in a ball mill with 3 suspensions (labeled AT 21).

2,1 hmot. % hmot. %2.1 wt. % wt. %

35,0 hmot. %35.0 wt. %

11,9 hmot. % objemu 1 litr po dobu 75 hodin. Celkem byly11.9 wt. % volume of 1 liter for 75 hours. Total were

V tabulce 2 je uveden přehled mechanických vlastností elektrod připravených výpalem této suspenze na piezokeramickém materiálu při teplotě 600 °C s výdrží 30 minut. Symbolika <i je stejná jako v tabulce 1.Table 2 gives an overview of the mechanical properties of the electrodes prepared by firing this slurry on piezoceramic material at 600 ° C with a 30 minute hold. The symbol <i is the same as in Table 1.

TabulkaTable

Mechanické vlastnosti elektrody označené AT 21 na substrátech PKM 15 AMechanical properties of electrode marked AT 21 on PKM 15 A substrates

A(l)/MPa/A (l) / MPa

AA/T/AA / T /

PKM 15 A 33 až 35 0,00 až 0,08 0 až 5PKM 15 A 33 to 35 0.00 to 0.08 0 to 5

Suspenze AT 21 byla připravena jako stříkací vodní suspenze. Oproti jiným vodivým preparátům má vysokou přídržnost, ale zejména vysokou stabilitu přídržnosti. Elektroda je odolná vůči působení teplot do minimálně 140 °C a spolehlivě snáší i dynamický provoz měničů.The AT 21 suspension was prepared as a spray water suspension. Compared to other conductive preparations, it has a high adhesion but in particular a high adhesion stability. The electrode is resistant to temperatures of at least 140 ° C and reliably withstands the dynamic operation of the inverters.

Vzhledem k dobrým mechanickým i elektrickým vlastnostem je možné využít tuto pokovovací suspenzi i na jiných substrátech než jsou substráty piezokeramické.Due to good mechanical and electrical properties it is possible to use this plating suspension also on substrates other than piezoceramic substrates.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Electroplating slurry for forming electrodes, in particular on piezoelectric resonators, consisting of 48 to 55% by weight of silver powder, 33 to 37% by weight of organic carriers and solvents and 4 to 17.5% by weight of water, characterized in that it further contains 1.5 to 4% by weight adhesive components comprising 32 to 41% by weight of vanadium oxide, 25 to 41% by weight of lead oxide, 1 to 18% by weight of bismuth oxide and 15 to 30% by weight of lead metaborate.