氧化鋅壓敏電阻器的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種氧化鋅壓敏電阻器的制備方法，包括如下步驟：a）提供氧化鋅陶瓷基片；b)在所述氧化鋅陶瓷基片的表面設(shè)置電極層；以及c)在所述電極層上設(shè)置電極引線，其中，所述步驟b)包括：b?1)在所述氧化鋅陶瓷基片的表面設(shè)置過渡層；和b?2)在所述過渡層之上設(shè)置焊接層，所述過渡層由鎳、鉻、鈦、鋁、銅或其合金形成，所述焊接層由金、銀、銅或其合金形成。
【專利說明】氧化鋅壓敏電阻器的制備方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及氧化鋅壓敏電阻器及其制備方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]氧化鋅壓敏電阻器是以氧化鋅粉末為基，按照不同配比摻雜金屬氧化物高溫?zé)Y(jié)成胚體，在胚體表面覆以電極層，再焊接電極引線而制成，它包括氧化鋅基陶瓷胚體、布置在陶瓷表面的電極層以及焊接在電極層表面的電極引線三部分，電極層用來與陶瓷產(chǎn)生歐姆接觸，引線用來引出電極以便與電路連接。
[0005]作為壓敏電阻，其電極層與電極引線的接觸點(diǎn)在瞬間需要承受幾千甚至幾萬安培的浪涌電流，這對電極層以及引線都提出了苛刻的要求。相關(guān)技術(shù)的氧化鋅壓敏電阻，與電極層焊接的電極引線為銅質(zhì)直線導(dǎo)絲，電極層則為絲網(wǎng)印刷再燒結(jié)的銀層，工作電流以及浪涌電流通過這根直線導(dǎo)絲流經(jīng)電極層，為使強(qiáng)大的浪涌電流通過電極層時(shí)不燒毀電極層，銀電極層厚度不得不達(dá)到幾十微米甚至上百微米。顯然，相關(guān)技術(shù)的壓敏電阻存在著諸多缺點(diǎn):
1)由于銀與氧化鋅陶瓷無論是機(jī)械性質(zhì)還是電學(xué)性質(zhì)都屬于不匹配接觸，所以會導(dǎo)致兩個(gè)問題，其一，電極層與氧化鋅陶瓷的結(jié)合力很差，一般都低于15N，使用中電極層極易脫落，器件的可靠性差，壽命短；其二，歐姆接觸電阻大，一般都大于幾個(gè)歐姆，浪涌電流通過這樣大的歐姆接觸電阻時(shí)，所產(chǎn)生的熱量也相應(yīng)大，容易燒毀電極層；
2)由于電極引線是一條直線導(dǎo)絲，電流主要集中在該導(dǎo)絲與電極膜層的線接觸處，電流密度分布極不均勻，強(qiáng)大的浪涌電流極易局部燒穿電極層，從而導(dǎo)致電阻器永久性損壞；
3)為防止電極層燒毀，其銀電極層厚度不得不要達(dá)到幾十微米甚至上百微米，需要消耗大量昂貴的銀子，生產(chǎn)成本高。
[0006]4)電極層的絲印銀漿需要隧道窯高溫?zé)Y(jié)，能耗大并且工藝過程存在污染;銀漿中也存在鉛等違禁物質(zhì)，產(chǎn)品不符合RoSH標(biāo)準(zhǔn)。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。
[0009]為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種具有壽命長、能耗低、環(huán)保的氧化鋅電阻器的制備方法。
[0010]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的氧化鋅壓敏電阻器的制備方法，包括如下步驟:
a)提供氧化鋅陶瓷基片；
b)在所述氧化鋅陶瓷基片的表面設(shè)置電極層;以及
c)在所述電極層上設(shè)置電極引線， 其中，所述步驟b)包括:
b-1)在所述氧化鋅陶瓷基片的表面設(shè)置過渡層;和 b-2)在所述過渡層之上設(shè)置焊接層，
所述過渡層由鎳、鉻、鈦、鋁、銅或其合金形成，所述焊接層由金、銀、銅或其合金形成。
[0011]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的氧化鋅壓敏電阻器的制備方法，通過設(shè)置過渡層，可以使電極層和陶瓷基片間兩者之間結(jié)合牢固，使得電極層的抗拉強(qiáng)度可以提高到40N，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于相關(guān)技術(shù)的壓敏電阻器的結(jié)合力;且使得電極層與陶瓷基片之間形成良好的歐姆接觸，其歐姆接觸電阻可以降低至零點(diǎn)幾歐姆，從而大幅地降低了電極層在浪涌電流下的焦耳熱，提高了電極層本身的流通能力；同時(shí)，該過渡層還能有效地阻止焊接層中的銀等金屬向陶瓷基片內(nèi)部擴(kuò)散。
[0012]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的制備方法，還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述步驟b)還包括:
b-11)在形成所述過渡層后且設(shè)置所述焊接層之前，在所述過渡層表面設(shè)置阻擋層。
[0013]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述過渡層由所述過渡層由由鎳、鉻、鈦、鋁、銅的合金形成，所述焊接層由金、銀、銅或其合金形成，所述阻擋層由鎳銅合金形成。
[0014]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，分別在所述氧化鋅陶瓷基片的兩側(cè)設(shè)置所述電極層。
[0015]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述電極層通過濺射法鍍覆在所述氧化鋅陶瓷基片表面。
[0016]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述過渡層厚度為1nm—200nm，所述阻擋層厚度為300nm一4000nm，所述焊接層厚度為50nm—500nm。
[0017]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在所述步驟c)中，通過焊接的方法將所述電極引線設(shè)置在所述電極層上。
[0018]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述電極引線為曲線狀電極引線或片狀電極引線。
[0019]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述電極引線為盤香形、Y形、三角形、或勾形銅質(zhì)絲狀電極引線。
[0020]
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的制備方法制備的氧化鋅壓敏電阻器的橫截面示意圖，其中:I一氧化鋅壓敏陶瓷基片，2—電極層，21—過渡層，22—阻擋層，23—焊接層，3—電極引線；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的制備方法制備的氧化鋅壓敏電阻器的局部俯視圖，其中，(a)電極引線3為盤香形，(b)電極引線3為勾形，(c)電極引線3為片狀電極；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例的氧化鋅壓敏電阻器的制備方法流程圖；
圖4為掩膜夾具示意圖，其中，I一氧化鋅陶瓷基片，7—上模板，71 —沉隔，72—通孔，73—倒角，74—螺釘，8—下模板。
[0022]
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方法對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但
【發(fā)明內(nèi)容】
不限于附圖。
[0024]首先，參考附圖1描述氧化鋅壓敏電阻器。
[0025]如圖1所示，該氧化鋅壓敏電阻器包含:氧化鋅基陶瓷基片1、設(shè)置在所述陶瓷基片I表面的電極層2、以及設(shè)置在所述電極層2上的電極引線3。此處，需要說明的是，圖1中示出了在氧化鋅陶瓷基片I兩側(cè)均形成有電極層2以及電極引線3的情形，但本發(fā)明不限于此，也可以僅在氧化鋅陶瓷基片I的一側(cè)形成有電極層2及電極引線3，還可以是在一側(cè)形成有電極層2及電極引線3，而在另一側(cè)形成其他電極材料層以及引線結(jié)構(gòu)等。
[0026]其中，電極層2可以是由過渡層21、位于過渡層21外側(cè)的阻擋層22、以及位于最外側(cè)的焊接層23所構(gòu)成的三層結(jié)構(gòu)濺射薄膜，也可以是由過渡層21和焊接層23構(gòu)成的二層結(jié)構(gòu)濺射薄膜。
[0027]具體而言，過渡層21可以選用鎳、鉻、鈦、鋁、銅或其合金的一種較活潑金屬材料制得，其厚度為1nm—200nm。該過渡層21可以使電極層2和陶瓷基片I間兩者之間結(jié)合牢固，使得電極層2的抗拉強(qiáng)度可以提高到40N，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于相關(guān)技術(shù)的壓敏電阻器的結(jié)合力;且使得電極層2與陶瓷基片I之間形成良好的歐姆接觸，其歐姆接觸電阻可以降低至零點(diǎn)幾歐姆，從而大幅地降低了電極層2在浪涌電流下的焦耳熱，提高了電極層2本身的流通能力；同時(shí)，該過渡層21還能有效地阻止焊接層23中的銀等金屬向陶瓷基片I內(nèi)部擴(kuò)散。
[0028]表面的焊接層23由金、銀、銅或其合金材料制得。在本發(fā)明所制備的多層膜系電極膜中，其厚度為50nm—500nm即可滿足性能要求。
[0029]在三層結(jié)構(gòu)中，位于中間層的阻擋層22，選用與底層過渡層21和表面焊接層23均能形成良好結(jié)合的材料制得，例如，可以由選自所述過渡層21中的元素以及選自所述焊接層23中的元素所構(gòu)成的合金形成，還可以從結(jié)合力角度考慮，選自在周期表中元素屬性介于過渡層21的元素與焊接層23的元素之間的元素所形成。阻擋層22的厚度為300nm—5000nm。中間的阻擋層22的作用有兩個(gè)，一是節(jié)約成本，降低銀等貴重金屬的消耗，二是阻擋在后續(xù)焊接工藝中高溫焊料的溶蝕。由于金銀與焊錫的固溶性很大，難以承受高溫焊料溶蝕，若沒有中間阻擋層22金屬薄膜，則表面焊接層23金屬薄膜的膜厚需幾個(gè)微米甚至十幾個(gè)微米才能承受高溫焊錫的溶蝕，這會導(dǎo)致成本大幅度增加;較薄的并且價(jià)格低廉的鎳鉻合金、鎳銅合金等材料制備的中間阻擋層22就能有效阻擋高溫焊錫的溶蝕，而大幅度降低了成本。另外，本發(fā)明中，氧化鋅壓敏電阻器的電極層2的總厚度只有2-4微米左右，并且只要用少量的銀子就能達(dá)到優(yōu)良的性能，因此生產(chǎn)成本可比現(xiàn)有技術(shù)節(jié)省60%以上。
[0030]作為電極引線3，可以是如圖2(a)所示出的盤香形、圖2(b)勾形銅質(zhì)絲狀電極引線、以及圖2(c)所示的片狀電極引線，此外，還可以是如Y形，三角形等銅質(zhì)絲狀電極引線(未圖示)。盤香形等形狀的電極引線能有效分散電流密度，使浪涌電流均勻地分布整個(gè)電極層，從而可以進(jìn)一步提高本發(fā)明的氧化鋅壓敏電阻器的耐浪涌沖擊能力。
[0031]
下面，參考圖1?圖4來說明氧化鋅壓敏電阻器的制備方法。
[0032]如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備方法，包括如下步驟: a)提供氧化鋅陶瓷基片。
[0033]該氧化鋅陶瓷基片I可以是市售的一般用于制備氧化鋅壓敏電阻器的氧化鋅陶瓷基片，也可以是按照現(xiàn)有技術(shù)的方法自行制備的氧化鋅陶瓷基片。
[0034]b)在所述氧化鋅陶瓷基片的表面設(shè)置電極層。
[0035]在設(shè)置電極層2時(shí)，可以包括:b-Ι)在所述氧化鋅陶瓷基片I的表面設(shè)置過渡層21;和b-2)在所述過渡層21之上設(shè)置焊接層23。
[0036]此外，還可以包括b-ΙΙ)在形成所述過渡層21后且設(shè)置所述焊接層23之前，在所述過渡層21表面設(shè)置阻擋層22。
[0037]也就是說，可以如圖1所示，分別在氧化鋅陶瓷基片I的兩側(cè)依次濺射鍍膜過渡層21、阻擋層22、以及焊接層23;也可以僅濺射鍍膜過渡層21、以及焊接層23。
[0038]關(guān)于過渡層21、阻擋層22、以及焊接層23的具體材料以及成膜厚度參考上述對于電阻器的說明，在此不再贅述。
[0039]在氧化鋅陶瓷基片I的表面設(shè)置電極層2的方法可以有多種，例如印刷-燒結(jié)法等。優(yōu)選地，在本發(fā)明的實(shí)施例中，采用濺射法鍍膜成型。
[0040]在進(jìn)行濺射法鍍膜成型時(shí)，可以使用如圖4所示的掩膜夾具。
[0041]如圖4所示，該掩模夾具包括上模板7和與所述上模板7相連接的下模板8，其中，在所述上模板7下表面上形成有:
用于設(shè)置氧化鋅陶瓷基片I的圓柱形沉隔71;以及
位于所述圓柱形沉隔71上方的圓柱形通孔72，其中，所述圓柱形通孔72的截面積小于所述圓柱形沉隔71。所述圓柱形通孔72的上端還可以形成有倒角73。優(yōu)選地，下模板8上也形成有分別與所述上模板7中的所述圓柱形沉隔71以及所述圓柱形通孔72相對應(yīng)的圓柱形沉隔以及圓柱形通孔。上模板7與所述下模板8可以通過螺釘74相連接。
[0042]所述上模板7和所述下模板8中可以分別形成有多個(gè)由所述圓柱形沉隔71與所述圓柱形通孔72構(gòu)成的組，從而可以同時(shí)在多個(gè)氧化鋅陶瓷基片I上設(shè)置電極層2。
[0043]下面，以設(shè)置過渡層為例，對具體如何使用該掩膜夾具進(jìn)行濺射說明。
[0044]首先，將氧化鋅陶瓷基片I設(shè)置在掩模夾具的下模板8上的沉隔71中，然后將上模板7與之對應(yīng)地合上(使該氧化鋅陶瓷基片I置入上模板7所對應(yīng)的沉隔71中)，此后用螺釘74將上模板7和下模板8進(jìn)行緊固，以夾緊該氧化鋅陶瓷基片I。此后，將該掩膜夾具設(shè)置在濺射腔內(nèi)，以過渡層21材料為靶心進(jìn)行濺射，則濺射出的過渡層21材料通過該圓柱形通孔72沉積在氧化鋅陶瓷基片I上，從而在氧化鋅陶瓷基片I上形成過渡層21。
[0045]關(guān)于阻擋層22以及焊接層23，可以通過類似的方法完成，只要更換靶心材料，并根據(jù)所使用的材料而適當(dāng)調(diào)整濺射法鍍膜中的具體工藝條件即可。
[0046]在濺射鍍膜完成后，向腔體內(nèi)充入大氣，當(dāng)腔體內(nèi)與外界大氣壓力一致時(shí)打開閥門，取出工件，則得到表面設(shè)置有電極層2的氧化鋅陶瓷基片I。
[0047]c)在所述電極層上設(shè)置電極引線。
[0048]在設(shè)置完電極層之后，最后，在所述電極層2之上還需要設(shè)置電極引線。
[0049]電極引線3為曲線狀銅質(zhì)絲狀電極引線(例如，盤香形、Y形、三角形、或勾形)或片狀電極引線。
[0050]電極引線3可以通過焊接的方式設(shè)置在電極層2的表面。
[0051]通過上述制備過程，則得到了氧化鋅壓敏電阻器。
[0052]整個(gè)制備過程綠色環(huán)保，電極層不含違禁物質(zhì);能源消耗低，可比現(xiàn)有技術(shù)降低耗能45%以上;該工藝一致性重復(fù)性好，適合大批量生產(chǎn)。
[0053]
下面，通過具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。
[0054]實(shí)施例1
在本實(shí)施例中，在直徑尺寸為Φ 10mm，厚度為2mm型號為10471K的氧化鋅壓敏電阻瓷片表面濺射制備三層結(jié)構(gòu)電極層。其中，底層的過渡層采用鉻，中間的阻擋層采用鎳銅合金，表面的焊接層采用銀。
[0055]為了去除氧化鋅陶瓷基片表面雜質(zhì)，將氧化鋅陶瓷基片放入球磨機(jī)中滾動水洗30分鐘，然后依次在自來水和去離子水中分別超聲清洗20分鐘，甩干后放入烘箱中120°C干燥烘干20分鐘。
[0056]將清洗烘干后的氧化鋅陶瓷基片裝入專用的掩膜夾具中，然后將掩膜夾具裝到工件架上;將工件架送入多靶濺射設(shè)備內(nèi)，并將設(shè)備腔體抽真空，使腔體內(nèi)真空度達(dá)到5 X 10—3Pa;向真空腔體中充入高純度氬氣，動態(tài)維持真空腔內(nèi)氬氣的壓力在5X10—1Pa;在多靶濺射設(shè)備腔體內(nèi)依次濺鍍底層過渡層，材料為鉻膜，厚度為200nm，中間阻擋層，材料為鎳銅合金膜，厚度為1400nm，表面焊接層，材料為銀膜，厚度為200nmo
[0057]濺射完成后，取出工件。
[0058]使用上述工藝制備得到的氧化鋅壓敏電阻器，基片和電極的歐姆接觸電阻值<1Ω，焊接拉力為2 2 kg，壓敏電壓為440v—480v，非線性系數(shù)2 53，漏電流<61^，通流容量達(dá)到同等規(guī)格燒銀電極氧化鋅壓敏電阻器的水平，生產(chǎn)成本可節(jié)省60%以上。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氧化鋅壓敏電阻器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: a)提供氧化鋅陶瓷基片； b)在所述氧化鋅陶瓷基片的表面設(shè)置電極層；以及 c)在所述電極層上設(shè)置電極引線， 其中，所述步驟b)包括: b-1)在所述氧化鋅陶瓷基片的表面設(shè)置過渡層;和 b-2)在所述過渡層之上設(shè)置焊接層， 所述過渡層由鎳、鉻、鈦、鋁、銅或其合金形成，所述焊接層由金、銀、銅或其合金形成。2.如權(quán)利要求1所述的氧化鋅壓敏電阻器的制備方法，其特征在于，所述步驟b)還包括: b-11)在形成所述過渡層后且設(shè)置所述焊接層之前，在所述過渡層表面設(shè)置阻擋層。3.如權(quán)利要求2所述的氧化鋅壓敏電阻器的制備方法，其特征在于，所述過渡層由所述過渡層由由鎳、鉻、鈦、鋁、銅的合金形成，所述焊接層由金、銀、銅或其合金形成，所述阻擋層由鎳銅合金形成。4.如權(quán)利要求3所述的氧化鋅壓敏電阻器的制備方法，其特征在于，分別在所述氧化鋅陶瓷基片的兩側(cè)設(shè)置所述電極層。5.如權(quán)利要求3所述的氧化鋅壓敏電阻器的制備方法，其特征在于，所述電極層通過濺射法鍍覆在所述氧化鋅陶瓷基片表面。6.如權(quán)利要求2所述的氧化鋅壓敏電阻器的制備方法，所述過渡層厚度為1nm—200nm，所述阻擋層厚度為300nm—4000nm，所述焊接層厚度為50nm—500nm。7.如權(quán)利要求1所述的氧化鋅壓敏電阻器的制備方法，其特征在于，在所述步驟c)中，通過焊接的方法將所述電極引線設(shè)置在所述電極層上。8.如權(quán)利要求1所述的氧化鋅壓敏電阻器的制備方法，其特征在于，所述電極引線為曲線狀電極引線或片狀電極引線。9.如權(quán)利要求8所述的氧化鋅壓敏電阻器的制備方法，其特征在于，所述電極引線為盤香形、Y形、三角形、或勾形銅質(zhì)絲狀電極引線。
【文檔編號】H01C7/112GK105845299SQ201610365132
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】葉文超
【申請人】蘇州米盟智能裝備科技有限公司