一種表面安裝ZnO壓敏電阻及其製備方法與流程

2023-10-24 13:37:20 1

本發明涉及zno壓敏電阻器及其製造方法，特別涉及一種適合表面貼裝技術的貼片式zno壓敏電阻及其製造方法。

背景技術：

zno壓敏電阻器已大量用於電力電子線路中吸收或抑制異常過電壓，保護電力電子設備免遭破壞。

隨著電子產品向小型化、低成本、高性能、高可靠發展，表面安裝技術(smt--surfacemounttechnology)已在電子產品製造業迅速普及。zno壓敏電阻是電子產品必備元件，但是目前zno壓敏電阻的片式化率很低，現有貼片式壓敏電阻採用類似多層陶瓷電容器(mlcc)疊層工藝技術製造，這種技術的優勢在於製造低壓敏電壓的壓敏電阻。

zno壓敏電阻更多用於較高電壓迴路，例如220vac和110vac工頻電源迴路通常採用壓敏電壓為390～680v和200～270v的壓敏電阻進行防雷過壓保護。

由於中高壓zno壓敏電阻採用的壓敏陶瓷材料的壓敏電壓梯度介於100～300v/mm，如果採用疊層工藝製造較高電壓壓敏電阻，每個有效層厚度超過0.5mm，甚至超過1mm，有效層厚度越大，多層結構中每層有效面積就相應縮小，材料利用率低，造成單位體積吸收能量密度降低。

對於中高電壓範圍的壓敏電阻器，普通單層壓敏電阻比疊層工藝製備的多層貼片式壓敏電阻具有電性能優勢，但是現有單層壓敏電阻普遍採用焊接引線、環氧樹脂包封工藝，製造的壓敏電阻器需要在電路板上插件安裝。

技術實現要素：

為了解決現有技術所存在的問題，本發明提供一種表面安裝zno壓敏電阻製備方法，該方法不同於現有疊層工藝貼片式壓敏電阻製造方法，採用單層壓敏陶瓷片，製造的貼片式壓敏電阻器吸收能量密度大，製造成本低。

本發明還提供一種表面安裝zno壓敏電阻，採用單層壓敏陶瓷片，吸收能量密度大，可用於中高電壓迴路，生產成本低。

本發明表面安裝zno壓敏電阻製備方法，包括以下步驟：

s1、製作zno壓敏陶瓷片；

s2、在zno壓敏陶瓷片兩面印刷銀電極漿料，然後進行燒結形成銀電極，獲得兩面有銀電極的zno壓敏銀片；

s3、在zno壓敏銀片的兩面銀電極的邊緣製備一層絕緣材料，製成覆蓋絕緣材料的zno壓敏電阻片；

s4、製作金屬電極片，金屬電極片具有一凹陷位和位於凹陷位兩側的平底部分，凹陷位的底面與銀電極焊接；

s5、在覆蓋絕緣材料的zno壓敏電阻片的一面銀電極的中央印刷焊錫膏，將金屬電極片凹陷位的中心對準焊錫膏印刷圖案的中心位置，加熱使焊錫膏融化形成焊錫層，金屬電極片通過焊錫層與zno壓敏電阻片焊接在一起。

優選地，步驟s3採用無機玻璃材料製備絕緣材料時，在zno壓敏銀片的兩面銀電極邊緣印刷無機玻璃漿料，烤乾後，燒結玻璃材料，獲得覆蓋無機玻璃材料的zno壓敏電阻片；無機玻璃材料的燒結溫度比步驟s2中銀電極的燒結溫度至少低20度。

優選地，步驟s3採用有機高分子材料製備絕緣材料時，在zno壓敏銀片的兩面銀電極邊緣印刷有機高分子油墨，印刷一面後經紫外光固化，然後印刷第二面再經紫外光固化，獲得覆蓋有機高分子材料的zno壓敏電阻片。

本發明表面安裝zno壓敏電阻，包括單層壓敏陶瓷片、印製在壓敏陶瓷片兩面的銀電極、印製在銀電極邊緣的環形絕緣材料以及金屬電極片；所述金屬電極片具有一凹陷位和位於凹陷位兩側的平底部分，凹陷位的底面與銀電極焊接，凹陷位兩側的平底部分等效，單獨或共同作為zno壓敏電阻的一極焊接端；環形絕緣材料的寬度覆蓋銀電極邊緣線內外各不少於0.5mm。環形絕緣材料的外環線最大可達到壓敏陶瓷片的邊緣。

現有技術製備的zno壓敏電阻片，焊接引線後如果不採用有機材料包封，對其施加脈衝電流時，由於銀電極邊緣電場強度大於內部，並且暴露在空氣中的半導性zno陶瓷表面容易在高電場下發生電離，因此承受大電流脈衝時，zno壓敏電阻片邊緣和側面會發生飛弧閃絡現象。採用本發明方法，銀電極邊緣覆蓋一層緊密結合的絕緣材料，使得在承受脈衝時電場強度較為集中的銀電極邊緣與空氣隔絕，銀電極邊緣到容易發生表面電離的半導性zno陶瓷表面至少有0.5mm的距離，覆蓋有絕緣材料的zno陶瓷表面電擊穿強度比暴露在空氣中的zno陶瓷表面電擊穿強度大得多。

因此，採用上述本發明方法製作的zno壓敏電阻片製造zno壓敏電阻器，即使不採用有機材料包封，對所製造的壓敏電阻器施加脈衝電流或脈衝電壓，本發明zno壓敏電阻片的邊緣和側面也不會發生飛弧或閃絡，並且經過多次脈衝後，附著在zno壓敏電阻片邊緣的絕緣覆蓋材料與壓敏陶瓷片仍然結合緊密。採用本發明技術製造zno壓敏電阻可以免包封，既可降低產品製造成本，又可縮小產品體積。當然，採用本發明技術製造zno壓敏電阻也可以採用樹脂包封，當產品承受多次脈衝後，包封材料整體膨脹導致包封層與zno壓敏電阻片之間形成間隙，而採用本發明製備的環形絕緣覆蓋材料與陶瓷體和銀電極面接觸緊密，不易發生剝離現象，可以避免發生電阻片邊緣飛弧閃絡，從而提高產品可靠性。

此外，本發明貼片式zno壓敏電阻器適用於表面安裝技術(smt--surfacemounttechnology)，對稱結構設計方便貼片機吸取、定位和放置。

附圖說明

圖1為本發明zno壓敏電阻器一種實施例的結構示意圖；

圖2為圖1的a-a剖切圖；

圖3為本發明zno壓敏電阻器另一實施例的結構示意圖；

圖4為圖3的b-b剖切圖。

具體實施方式

下面通過實施例及說明書附圖對本發明作進一步具體的描述，但本發明的實施方式不限於此。

參見圖1、2，本發明表面安裝zno壓敏電阻，包括單層壓敏陶瓷片1、印製在壓敏陶瓷片1兩面的銀電極2、印製在銀電極2邊緣的絕緣覆蓋材料3以及金屬電極片4，所述金屬電極片4通過焊錫層5與銀電極2焊接。

其中，金屬電極片4由一金屬片衝壓成形，具有一凹陷位和位於凹陷位兩側的平底部分，凹陷位的底面與銀電極2焊接，凹陷位的側面與整個壓敏陶瓷片1具有一定的空隙；兩平底部分等效，可單獨或共同作為本發明zno壓敏電阻的一極焊接端。而壓敏陶瓷片1可以為圓片形，也可以為方片形，方片形的壓敏電阻結構如圖3、4所示。絕緣覆蓋材料3可採用無機玻璃材料或者有機高分子材料。

在本發明zno壓敏電阻片的最優實施例中，無論壓敏陶瓷片1為圓片形還是方片形，印製在其兩面的銀電極2的邊緣均與壓敏陶瓷片1的邊緣存在一定的距離，即銀電極的印製面積小於壓敏陶瓷片的面積，銀電極的邊緣與壓敏陶瓷片的邊緣之間存在空隙。絕緣材料3印製在銀電極邊緣上，向內延伸至銀電極上，向外延伸至銀電極邊緣與壓敏陶瓷片邊緣之間的空隙。絕緣材料3的寬度覆蓋銀電極邊緣線內外各不少於0.5mm，即覆蓋在銀電極上的寬度不少於0.5mm，覆蓋在壓敏陶瓷片上的寬度也不少於0.5mm，外環最大可達到zno壓敏陶瓷片的邊緣，即外環最大可覆蓋前述銀電極邊緣與壓敏陶瓷片邊緣之間的空隙的全部。

下面舉例詳細描述本發明壓敏電阻的製備方法。

實施例1

在本實施例中，zno壓敏銀片的外形採用圓片形，絕緣覆蓋材料採用無機玻璃，製備方法具體包括如下步驟：

s11、採用現有技術製作圓片形zno壓敏陶瓷片1，直徑為10mm，厚度為2.4mm。

s12、採用絲網印刷工藝在上述製作的zno壓敏陶瓷片兩面印刷銀電極漿料，兩面印刷圖案同為直徑7.5mm的圓形，印刷一面後烤乾，印刷第二面再烤乾，烘烤溫度為150℃；兩面都印刷銀電極漿料後，將之放入網帶式隧道爐燒結銀電極，網帶式隧道爐內最高溫度可選580℃，由此獲得兩面有銀電極2的zno壓敏銀片。

s13、在所述zno壓敏銀片的兩面銀電極2邊緣印刷無機玻璃漿料，印刷圖案為圓環形，圓環內徑6.0mm，圓環外徑9.0mm，印刷一面後烤乾，印刷第二面再烤乾，烘烤溫度為150℃；兩面都印刷環形玻璃漿料、烤乾後，將之放入網帶式隧道爐燒結玻璃絕緣覆蓋材料，網帶式隧道爐內最高溫度可選530℃，由此獲得覆蓋環形絕緣材料3的zno壓敏電阻片。

印刷無機玻璃漿料時，應當使環形玻璃絕緣覆蓋材料覆蓋zno壓敏銀片的銀電極邊緣，並且環形玻璃絕緣覆蓋材料的寬度至少保證覆蓋銀電極邊緣線內外各不少於0.5mm；環形玻璃絕緣覆蓋材料可以選擇面積最大的，其外環可達到壓敏陶瓷片1的邊緣。

本步驟採用無機玻璃材料製作環形絕緣覆蓋材料可採用絲網印刷工藝；當無機玻璃漿料經高溫燒結製備成環形絕緣覆蓋材料時，所採用玻璃材料的燒結溫度應比銀電極燒結溫度至少低20度，以防止銀電極與無機玻璃材料擴散互溶。

s14、製作金屬電極片4。金屬電極片4需具有可焊性，可以採用金屬銅片衝壓成形，也可以採用其他金屬材料衝壓成形後進行可焊性處理，金屬電極片4外形見圖1。

s15、在覆蓋環形絕緣材料3的zno壓敏電阻片的一面銀電極2中央印刷焊錫膏，焊錫膏的印刷圖案為直徑5.5mm的圓形，將金屬電極片4凹面中心對準所印刷錫膏圖案中心位置，加熱使焊錫膏融化形成焊錫層5，金屬電極片4通過焊錫層5與zno壓敏電阻片焊接在一起，至此製成可用於表面安裝技術的貼片式zno壓敏電阻器。

本發明zno壓敏電阻的金屬電極片4兩端平底部分等效，可單獨或共同作為本發明zno壓敏電阻的一極焊接端，沒有焊接金屬電極片的zno壓敏電阻的另一面作為本發明zno壓敏電阻的另一極焊接端。

製備好壓敏電阻之後，測試小電流特性：用頂針夾持夾具測試本發明貼片式zno壓敏電阻器的壓敏三參數：壓敏電壓、漏電流、非線性係數。

將本發明貼片式zno壓敏電阻器焊接在對應尺寸線路板焊盤上，對應焊接兩條引出導線用於脈衝測試。採用組合波脈衝發生設備(開路電壓波為1.2/50μs波形，短路電流波為8/20μs波形，源阻抗為2歐姆)測試本發明貼片式zno壓敏電阻器樣品脈衝性能，設定開路電壓波峰值/短路電流波峰值為4kv/2ka，脈衝施加次數設定為25次，兩次脈衝之間的時間間隔為60秒。經過25次脈衝試驗後，本實施例貼片式zno壓敏電阻器樣品外觀完好，測試脈衝試驗後壓敏三參數，與脈衝試驗前對比，壓敏電壓變化率在±5％以內。

實施例2

本實施例採用有機高分子材料製作覆蓋環形絕緣材料3，具體採用紫外光固化環氧丙烯酸樹脂，採用絲網印刷法，印刷圖案為圓環形，圓環內徑6.0mm，圓環外徑9.0mm，印刷一面後經紫外光固化5分鐘，印刷第二面再經紫外光固化5分鐘，由此獲得覆蓋環形絕緣材料3的zno壓敏電阻片。

本實施例其他製作步驟及測試方法與實施例1相同。

經過25次脈衝試驗後，本實施例貼片式zno壓敏電阻器樣品外觀完好，測試脈衝試驗後壓敏三參數，與脈衝試驗前對比，壓敏電壓變化率在±5％以內。

實施例3

本實施例製作的zno壓敏銀片為方片形，尺寸為9.0*9.0*2.0mm，方形銀電極2的尺寸為7.0*7.0mm。

本實施例採用無機玻璃材料製作覆蓋環形絕緣材料3，玻璃漿料印刷圖案為方環形，內環尺寸為6.0*6.0mm，外環尺寸為8.5*8.5mm。

本實施例其他製作步驟及測試方法與實施例1相同。

經過25次脈衝試驗後，本實施例貼片式zno壓敏電阻器樣品外觀完好，測試脈衝試驗後壓敏三參數，與脈衝試驗前對比，壓敏電壓變化在±5％以內。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。