压电陶瓷扬声器内电极用银钯浆料的研制

程耿，徐磊，陈学通

（武汉船用电力推进装置研究所，武汉430064）

0 引言

给贴附在平板振膜上的压电陶瓷薄膜振子（内电极）输入音频电压信号，使得陶瓷薄膜振子产生伸缩振动，从而带动平板振膜产生机械弯曲振动来推动空气发声，这就是压电陶瓷扬声器的工作原理。压电陶瓷扬声器的核心在于内电极，其采用多层叠层结构，通过披银烧结而成。由于银电极烧结时易飞银，且有耐焊性差和银离子迁移的缺点，在高端产品中常被银钯浆料代替，为了减少成本，本论文研制了钯银比为5/95的银钯粉，并制备了性能良好的银钯浆料。

1 试验过程

1.1 银钯粉制备

按照钯银比为5/95配制硝酸银和硝酸钯的混合溶液，加入NaOH得到银和钯的沉淀物，在分散剂的保护下通过化学还原得到银钯共沉粉[1,2]。

1.2 银钯浆制备

按照表1的配方，将各组分混合后，通过三辊机混合均匀，轧到细度≤15μm，制得银钯浆料。

表1 银钯浆料配方

1.3 性能检测和分析

按照压电陶瓷扬声器内电极的制备工艺，将银钯浆料应用在某公司提供的压电陶瓷薄膜上，工艺过程包括：a. 在PET薄膜上印一层银钯浆；b. 在印有银钯浆的PET薄膜上贴一层压电陶瓷薄膜；c. 在压电陶瓷薄膜上印一层银钯浆；d. 重复b，c达到要求层数，烘干后转印（将PET薄膜撕下，PET不能粘银钯浆）；e. 烧结得到内电极。

采用日本电子株式会社生产的JSM-5610LV型电子显微镜，加速电压20 kV，观察银钯粉和烧结膜层的形貌。

2 实验结果与分析

2.1 银钯粉对浆料性能的影响

制备银钯粉时，调整NaOH用量，使反应前溶液的PH值分别为7和12 ，制备出两种银钯粉：AP-1和AP-2，两种银钯粉的SEM图片如下：

图1 AP-1的SEM图片

图2 AP-2的SEM图片

由图1,2可知，两种银钯粉均为絮状聚集，单颗粒在0.5 μm以下，AP-1 与AP-2相比分散性更好。

两种银钯粉制备的内电极表面SEM图片分别如图3-4 。

由图3和4可知，AP-1烧结的电极表面缺陷较多，有裂缝和飞银，AP-2烧结的电极表面较完整致密。这是由于AP-1的烧结活性较高，收缩率大，烧结温度下部分银钯粉熔化。

图3 AP-1烧结的内电极表面SEM图片

图4 AP-2烧结的内电极表面SEM图片

2.2 玻璃粉对浆料性能的影响

为了调整浆料的收缩率，在浆料中加入小于5%的玻璃粉，试验加入两种玻璃粉G-1和G-2，两种玻璃的软化点和浆料的可焊性如下：

内电极烧结温度在880-900℃，G-2所得内电极可焊性差，与G-2的软化点温度低相关，在高温烧结过程中，玻璃粉融化并浮于浆料表面形成一层玻璃釉，故可焊性差。G-1的软化点较高，与烧结温度正好匹配，故可焊性良好。

2.3 有机载体对浆料性能的影响

压电陶瓷薄膜化学性质敏感，大多数有机溶剂对其具有侵蚀作用，如果侵蚀严重，则内电极烧结后内部短路，这样的内电极不具备压电转换功能。有机载体同时影响转印效果和烧结后膜层。实验设计了如下三个有机载体。

表3 有机载体的配方

三种载体对压电陶瓷薄膜的侵蚀程度如图5：

图5 浆料蚀膜程度图

三种载体对转印效果的影响如图6。

图6 浆料转印效果

三种载体烧结的内电极如图7：

图7 三种载体的烧结效果图

三种载体的性能对比如下表：

表4 载体性能对比

从表4可知，1，2号有机载体都存在问题，3号载体综合性能较好。松油醇对压电陶瓷薄膜侵蚀严重，乙二醇侵蚀较轻，因此1号有机载体蚀膜严重，2号较轻。2号载体树脂含量过高，导致转印效果不佳，在烧结时排胶过程较长，导致烧结后分层。3号载体由1号和2号相互搭配，均衡各性能，因此综合性能较好。

2.4 固含量对浆料性能的影响

固含量（银钯粉和玻璃粉的含量）对浆料性能的影响如下：

表5 固含量对浆料性能的影响

固体含量低时，有机载体含量高，浆料蚀膜程度加重，同时烧结过程中银钯粉无法完全覆盖陶瓷膜，因此出现裂纹。固体含量高时，由于烧结过程中银钯粉的收缩强于陶瓷膜，膜层内部产生应力，向中间收缩，如图8，烧结后如图9出现马鞍形，因此合适的银钯含量为60%。

图8 内电极烧结式受力图

图9 电极烧结后图案

3 浆料性能及使用情况

通过厂家试用，浆料性能如下表。

表6 银钯浆性能反馈表

该浆料满足厂家要求，可代替日本田中贵金属生产的银钯浆料TR-491P。

4 结论

1) 5/95银钯粉中钯含量较低，熔点相对较低，故制备的银钯粉须烧结活性低，以保证高温烧结不飞银，因此选择AP-2作为导电相。

2) 固体含量对浆料有重要影响，固体含量过低会导致电极出现裂纹，固体含量过高会导致电极收缩变形，合适的固体含量为60%。

3) 有机载体需和压电陶瓷膜具有良好的匹配性，才能同时保证不蚀膜和具有良好的转印效果。同时，有机载体中树脂含量不能过高，含量过高会导致排胶量大，烧结过程中电极分层。本项目采用了乙基纤维素和醇酸树脂混合体系，满足了使用工艺对有机载体的各种要求。

4) 适量玻璃粉可增加银钯浆的耐焊性，调整浆料的收缩率，玻璃粉的软化点要与烧结温度相匹配。

5) 研制的银钯浆可代替日本TR-491P银钯浆在压电陶瓷扬声器内电极上使用。

[1] 马喜宏．超细银钯合金粉的制备方法[J]．测试技术学报, 2004, 18(6)： 243-246．

[2] 冯毅, 周兴求, 梅海青．电子浆料用钯银合金粉的生产方法[J]： 2002(2)： 107- 111．