[发明专利]半导体陶瓷化学镀镍镍电极外沿去除的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体陶瓷化学镀镍镍电极外沿去除的方法，特别涉及具有正温度系数的钛酸钡（BaTiO3）基半导体陶瓷，尤其是使用这种陶瓷材料的诸如PTC热敏电阻等电子元器件。 

背景技术

BaTiO₃陶瓷是一种典型的铁电陶瓷，通过掺杂微量的稀土元素如Y、Nb等，可使其常温电阻率降至102以下，同时表现出PTC（Positive Temperature Coefficient）效应。即当温度超过瓷片的居里温度，瓷片电阻值随温度的上升而急剧上升现象。这种具有正温度系数的陶瓷热敏电阻被广泛应用于发热体、过流保护元件、消磁元件、马达启动、温度探头等各个方面。随着我国家电、通讯、汽车行业的发展，PTC热敏电阻的应用越来越普遍。 

用陶瓷制作电子元件必须有电极。常常把电极浆料涂于瓷片的上下表面，再经高温烧渗工艺，在瓷片上形成银白色导电层，以供通电之用。然而，PTC半导瓷和一般介电瓷不一样，金属电极和PTC半导瓷之间会产生中间接触电阻，其大小可达到千欧，因此，采用通常制备电极的方法就不适用于半导体陶瓷。之所以出现这类中间接触电阻，是因为n型半导体表面吸附氧分子后，氧分子与半导瓷表面层中电子产生化学吸附，使这些充当载流子的电子被氧俘获，使载流子浓度减少，产生正空间电荷区，构成高阻层。如果在半导瓷表面擦涂In-Ga合金，由于In-Ga夺取氧，使表面空间电荷被中和，因此降低接触势垒，使金属电极和半导瓷之间接触电阻极小，称为欧姆接触。如果用贵金属作电极，由于不易和氧发生反应，从而不会释放被氧俘获的电子，因而接触电阻很大，称之为非欧姆接触。 

如果能在一个稳定的工艺条件下制备出适合工业化生产的PTC热敏电阻欧姆接触电极，将为我国带来很大的经济效益和社会效益。制备这类电极的方法很多，如化学镀镍、烧渗Ag-Zn、A1浆和Ag电极等。由于Ag的导电能力强，抗氧化性能好，在Ag表面可直接焊接金属，所以一般的电子陶瓷通常采用银浆烧渗制备电极。但由于Ag与半导瓷元件不能形成欧姆接触，所以不能直接用银浆制备PTC热敏电阻的电极。需在银浆料中引入还原性强的金属，如Zn、Fe、Al、Ni等，可以使半导体陶瓷表面耗尽层消失而降低接触电阻，这种银浆称为欧姆银浆。陈一等进行了“银铝锡欧姆接触易焊电极浆料的研究”（《电子元件与材料》1997,16(6):37-40)，发现铝电极显现出低的接触电阻。然而，詹益增等人（《现代技术陶瓷》2003,97(3):12-15）发现烧渗铝电极存在耐冲击电流小，耐老化潮湿特性差，烧渗温度窄，成品储存能力差等。烧渗铝电极不能在要求高的产品中应用。周东祥教授等报道了（Sensors and Actuators A 101 (2002):123)化学镀镍法形成的Ni-P合金（经热处理）与PTC半导体陶瓷形成良好欧姆接触电极。稳定性能好，且被广泛用作PTC半导体陶瓷欧姆接触电极（电镀与涂饰，2004,23(1):28）。其金属沉积采用传统的敏化-活化法，然后在化学镀镍池中沉积一层0.5-0.7μm Ni-P合金，再在300℃的条件下（氮气保护）热处理90分钟，用无芯磨床磨掉周围的镍层后，在镀镍电极的顶层通过被银烧渗法形成一层（2μm）的银电极。此方法能满足金属电极与PTC半导体陶瓷形成良好的欧姆接触问题。 

一种将期望的图案或图像蚀刻到基底上的熟知的方法，包括首先将被称为抗蚀油墨的油墨印刷到基底上，印刷到不被蚀刻的那些基底部分上，以保护或掩蔽那些区域远离蚀刻介质。带有抗蚀油墨掩蔽的基底随后被暴露于蚀刻介质，例如，酸性溶液，没有被油墨掩蔽的基底区域被蚀刻。在蚀刻步骤之后，该抗蚀油墨例如通过在碱中冲洗被从基底移除。该方法被广泛用于印制电路板的制造中，其中多次沉积、掩蔽和蚀刻步骤被用于建立复杂的结构。在太阳能电池和钢压纹带的制造过程中，抗蚀油墨也被用于蚀刻中。 

和蚀刻一样，抗蚀油墨在电镀中具有应用。在此种情况中，抗蚀油墨掩蔽基底的区域远离电镀介质并因此防止在那些区域上的沉积。该方法在一些太阳能电池的生产中被使用。 

丝网印刷广泛地被用于将抗蚀油墨应用到基底中。这项技术成本低且可靠。 

在抗蚀剂的丝网印刷中使用的油墨经常是光固化的，因此，在它被印刷到基底上之后，该油墨立即可以被固化成硬膜。这样的丝网油墨典型地包括可达40％的碱溶性树脂，以便赋予已固化油墨层碱溶性，因此，它们可以利用碱水溶液从基底中被洗掉。