熱敏電阻的被電極方法

2023-05-09 03:08:01

專利名稱：：熱敏電阻的被電極方法
技術領域：
：本發明涉及熱敏電阻的製造方法，尤其是指熱敏電阻的被電極方法。技術背景熱敏電阻是一種電阻值隨溫度變化的電阻元件，阻值隨溫度升高而增加的稱正溫度係數(PTC)熱敏電阻，反之，則稱負溫度係數(NTC)熱敏電阻。熱敏電阻根據其特殊的電性能，用途非常廣泛，分為通訊過流保護用；節能燈、整流器預熱啟動用；彩電、彩顯消磁用；冰箱、空調馬達啟動用；溫度探測、補償、測量、控制用；抑制浪湧電流用等。現有的熱敏電阻製造過程如下配料球磨+粘合劑配製》造粒》成型+燒結今被電極">分選今打線排今插片今焊接今包封》固化今標誌今耐壓測試今成品分選^包裝入庫。目前，國內外廠商在PTC熱敏電阻生產時，在被電極工序時一般採用鍍鎳、印銀-鋅電極或鋁電極的辦法，以使燒結好的陶瓷本體與金屬電極之間形成歐姆接觸，其結構示意如圖l所示，從而保證產品阻值與原陶瓷本體的阻值相同，這種方法的電極燒滲溫度一般為460-48(TC，電極燒滲氣氛為空氣，而電極接觸電阻0.3ohm。但是，現有這種技術所形成的產品在承受大電流衝擊後會產生溫度梯度，如圖2所示，由於產品溫度梯度原因易造成微裂紋，長期使用容易形成產品分層，導致產品失效。
發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種熱敏電阻的被電極方法，其能解決熱敏電阻陶瓷本體發熱不均問題，提高產品的抗電流衝擊能力，從而減少產品的失效機率，提高產品的持久可靠性。為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案一種熱敏電阻的被電極方法，包括如下步驟步驟一，在含有Al或Ag成分的電極漿料中添加一定比例的稀釋劑，充分攪拌分別調配出底層電極漿料、表層電極漿料；步驟二，在陶瓷本體表面印刷底層電極漿料，並將陶瓷本體表面的漿料烘乾，再將印刷有底層電極漿料的陶瓷本體平鋪在網缽送入充有氮氣的燒滲爐中，通過階梯式升溫至480—58(TC,進行燒滲，使底層電極漿料中導電的金屬顆粒間隙緊縮，形成緻密的網狀金屬膜狀的底層電極，且陶瓷本體與底層電極間形成一定的非歐姆接觸，再經階梯式降溫冷卻至室溫；步驟三在底層電極的表面印刷表層電極漿料並烘乾，然後再將印刷有表層電極漿料的陶瓷本體平鋪在網缽送入充有氮氣的燒滲爐中，通過階梯式升溫至480—58(TC的燒滲溫度點進行燒滲，通過燒滲使表層金屬顆粒間隙緊縮，形成緻密的、導電良好的網狀表層電極層，再經階梯式降溫冷卻至室溫。本發明的有益效果是通過在熱敏電阻的被電極工序中調整燒滲參數及燒滲氣氛，從而在陶瓷本體與金屬電極之間形成一定的非歐姆接觸電阻，阻值比陶瓷本體電阻大15-20%,保證了產品在大電流衝擊時陶瓷本體各處溫度的一致性，防止產品因陶瓷本體中部溫度過高產生微裂紋而引起的產品分層導致產品的熱擊穿，有效提高了產品的可靠性。下面結合附圖對本發明作進一步的詳細描述。圖l是採用現有熱敏電阻被電極方法所製得的熱敏電阻的產品阻值圖。圖2是採用現有熱敏電阻被電極方法所製得的熱敏電阻使用時的溫度曲線圖。圖3是本發明熱敏電阻的被電極方法中的底層、表層電極的燒滲溫度曲線圖。圖4是本發明熱敏電阻的被電極方法所製得的熱敏電阻的產品阻值圖。圖5是本發明熱敏電阻的被電極方法所製得的熱敏電阻使用時的溫度曲線圖。具體實施方式本發明提供一種熱敏電阻的被電極方法，包括如下步驟:步驟一，在含有Al或Ag成分的電極漿料中添加一定比例的稀釋劑，充分攪拌分別調配出底層電極漿料、表層電極漿料；步驟二，在陶瓷本體表面印刷底層電極漿料，並將陶瓷本體表面的漿料烘乾，再將印刷有底層電極漿料的陶瓷本體平鋪在網缽送入充有氮氣的燒滲爐中，通過階梯式升溫至480—58(TC，進行燒滲，使底層電極漿料中導電的金屬顆粒間隙緊縮，形成緻密的網狀金屬膜狀的底層電極，且陶瓷本體與底層電極間形成一定的非歐姆接觸,再經階梯式降溫冷卻至室溫；步驟三在底層電極的表面印刷表層電極漿料並烘乾，然後再將印刷有表層電極漿料的陶瓷本體平鋪在網缽送入充有氮氣的燒滲爐中，通過階梯式升溫至480—580。C的燒滲溫度點進行燒滲，使表層金屬顆粒間隙緊縮，形成緻密的、導電良好的網狀表層電極層，再經階梯式降溫冷卻至室溫。其中，採用的電極漿料可以是目前被電極工序中常用的電極漿料，其主要成分可以是Ag-Zn、Ag、A1203，一般地，底層電極漿料可採用八1203電極漿料或Ag二Zn電極漿料，而表層電極漿料為Ag電極漿料；稀釋劑的用量以印刷時流平效果好、不粘片為宜，一般為電極漿料總重量的1%5%。烘乾時可以採用烘銀爐。在步驟二及步驟三中，印刷電極漿料通常採用絲網印刷機並選擇合適目數的絲網以保證印刷質量。在步驟二及步驟三中，首先通過階梯式升溫可以使被覆在產品表面的電極漿料中含有的粘合劑逐步排除，平穩上升的排粘溫度利於電極表面充分流平，使得電極面平滑，在升溫過程中，一般可以在150土1(TC、250±10°C、400士10'C三個溫度點各點的升溫、保溫共8土1分鐘，其中升溫時間與保溫時間各佔一半，即4土0.5分鐘；在150。C的溫度點時，通過低溫烘烤可排除電極槳料中的低熔點有機粘合劑如醇類；而在25(TC的溫度點，初步排除漿料中高熔點粘合劑如酯類；在40(TC的溫度點，則可以充分燒除漿料中高熔點粘合劑。而在燒滲時，燒滲溫度為480—58(TC,自400土1(TC升溫至此燒滲溫度用時8土0.5分鐘，在燒滲溫度下保溫燒滲時間為8士0.5分鐘，燒滲可使漿料中玻璃料熔融，將PTC陶瓷體與金屬電極燒結為一體，根據槳料品種不同，玻璃料熔點不同，燒結溫度有所不同，對於Ag-Zn電極漿料為510士i^°C，Ag電極漿料為530土5(TC。而在降溫過程中，一般設有420士10。C這個溫度控制點進行階梯式降溫，階梯式降溫主要是保證被電極後的產品不至於急熱急冷而影響產品性能，根據電極漿料的不同也分別在不同的溫度點對底層、表層進行保溫控制，一般地，底層、表層溫度從燒滲溫度降到420士10'C時間為5士0.5分鐘，在此溫度點保溫5士0.5分鐘後再進一步冷卻至室溫。總的來看，升溫、燒滲及降溫冷卻的全過程中一般需要在47個溫度點進行控制，以保證工藝要求的溫度時間曲線。通過燒滲電極，即可使得陶瓷本體表面附著的一層Al或Ag-Zn的底層電極形成一定的非歐姆接觸電阻。歐姆接觸原理為熱敏電阻陶瓷本體由於勢壘形成晶界效應，形成電阻值，其阻值的大小是由晶界數量及勢壘高度決定。半導體表面塗敷的第一層含Ag電極是有Ag、Zn、松油醇等材料充分混合而成，其粘度，粒度、熔度均會直接影響電極的歐姆接觸、附著力、產品的電性能，燒滲溫度與電極槳料的熔點是否恰當，溫度的高低直接影響產品陶瓷本體和電極層的附著力，電極接觸電阻也隨之不同。半導體陶瓷本體與許多金屬電極接觸形成高阻層是由於表面氧的化學吸附層引起，稱之為勢壘層模型。該模型認為，n型半導體陶瓷表面吸附氧分子後，氧分子與陶瓷本體表面中的電子產生極化作用，由物理吸附轉化為化學吸附。此時由於電子被束縛，表面載流子濃度減少，在陶瓷本體表面形成了空間電荷區，即形成了相當於電子勢壘的高阻層。n型半導體陶瓷與金屬能否獲得良好的歐姆接觸，表面電子狀態是最主要的影響因素。正是基於這種思想，破壞陶瓷本體表面的氧吸附層，是獲得歐姆接觸的前提。據此可找到不少適用於PTCR材料的歐姆接觸電極。在電極燒滲時，通過向爐內充入適量氮氣，改變氣氛，同時提高電極溫度約50'C，中和陶瓷本體表面的空間電荷以達到破壞陶瓷本體表層的高阻層，從而獲得所需要的半導體和電極層之間的具有一定的非歐姆接觸電阻。本發明通過對被電極工序進行創新，達到在不增加產品成本的前提下，利用電極的皿溫度及氣氛的改變在熱敏電阻產品表面形成一定的非歐姆接觸電阻，其阻值圖如圖4所示，此電阻僅比陶瓷本體電阻大15-20%，如圖5所示，從本發明製得的產品在使用時的溫度曲線可以看出，在大電流衝擊時，產品陶瓷本體各處溫度的一致性非常好，防止產品因陶瓷本體中部溫度過高產生微裂紋而引起的產品分層導致產品的熱擊穿，提高產品的可靠性。下面以MZ7-4R5產品為例來說明其被電極方法(底層電極用Ag-Zn電極漿料)1、調配電極漿料，在電極漿料中按一定比例添加稀釋劑，充分攪拌分別調配好Ag-Zn電極漿料及Ag電極漿料；2、在燒結好的陶瓷本體表面印上Ag-Zn電極漿料烘乾後放入充有適量氮氣的燒銀爐中按下表及圖3所示曲線進行底層燒滲，形成緻密的網狀金屬膜；3、再在成型於陶瓷本體表面的底層電極的表面印刷上Ag電極漿料再烘乾，然後將印刷有表層Ag電極漿料的陶瓷本體放入充有適量氮氣的燒銀爐中按下表及圖3所示曲線進行表層燒滲，通過燒滲電極，即使得陶瓷本體表面附著一層金屬電極形成一定的非歐姆接觸。在底層燒滲、表層燒滲時各溫度控制點具體如下:底/表層燒滲工藝曲線tableseeoriginaldocumentpage8上表中，前4個溫度控制點的時間均分成升溫時間及在該溫度點的保溫時間，且升溫時間、保溫時間各佔該溫度控制點的時間的一半；而第5個溫度控制點的時間包括自第4個溫度控制點降溫至第5個溫度控制點的降溫時間以及在該第5個溫度控制點的保溫時間，且降溫時間與保溫時間各佔該溫度控制點的時間的一半。經測試，分別採用現有方法以及本發明方法製得的熱敏電阻的性能比較如下表tableseeoriginaldocumentpage8權利要求1、一種熱敏電阻的被電極方法，其特徵在於，包括如下步驟步驟一，在含有Al或Ag成分的電極漿料中添加一定比例的稀釋劑，充分攪拌分別調配出底層電極漿料、表層電極漿料；步驟二，在陶瓷本體表面印刷底層電極漿料，並將陶瓷本體表面的漿料烘乾，再將印刷有底層電極漿料的陶瓷本體平鋪在網缽送入充有氮氣的燒滲爐中，通過階梯式升溫至480-580℃，進行燒滲，使底層電極漿料中導電的金屬顆粒間隙緊縮，形成緻密的網狀金屬膜狀的底層電極，且陶瓷本體與底層電極間形成一定的非歐姆接觸，再經階梯式降溫冷卻至室溫；步驟三在底層電極的表面印刷表層電極漿料並烘乾，然後再將印刷有表層電極漿料的陶瓷本體平鋪在網缽送入充有氮氣的燒滲爐中，通過階梯式升溫至480-580℃的燒滲溫度點進行燒滲，使表層金屬顆粒間隙緊縮，形成緻密的、導電良好的網狀表層電極層，再經階梯式降溫冷卻至室溫。2、如權利要求l所述的熱敏電阻的被電極方法，其特徵在於陶瓷本體的底層電極漿料為Al203電極漿料或Ag:Zn電極漿料，而表層電極漿料為Ag電極漿料。3、如權利要求l所述的熱敏電阻的被電極方法，其特徵在於步驟二和步驟三中，階梯式升溫過程中，設有150士1(TC、250士10。C、400士10。C三級溫度控制點，在上述三個溫度點各保溫4士0.5分鐘，且自室溫升溫至150士1(TC的時間以及在每一級溫度控制點保溫相應時間後再升溫至更高溫度一級的溫度控制點的升溫時間均為4士0.5分鐘。4、如權利要求3所述的熱敏電阻的被電極方法，其特徵在於步驟二和步驟三中，自400士10°C的溫度點升溫至480—580。C的燒滲溫度點的時間為8士0.5分鐘，並在燒滲溫度點保溫8士0.5分鐘。5、如權利要求l所述的熱敏電阻的被電極方法，其特徵在於步驟二和步驟三中，階梯式降溫時，底層、表層的溫度控制點均為420士10。C，從燒滲溫度降至所述溫度控制點的時間為5士0.5分，並在所述溫度控制點保溫5士0.5分鐘。6、如權利要求l所述的熱敏電阻的被電極方法，其特徵在於步驟二及步驟三中，採用絲網印刷機並選擇合適目數的絲網來印刷底層電極槳料及表層電極漿料。7、如權利要求l所述的熱敏電阻的被電極方法，其特徵在於步驟一中，稀釋劑用量為電極漿料總重量的1%~5%。全文摘要一種熱敏電阻的被電極方法，包括如下步驟調配底層電極漿料、表層電極漿料；在陶瓷本體表面印刷底層電極漿料，烘乾後送入充有氮氣的燒滲爐中，階梯式升溫至480-580℃進行燒滲，形成底層電極，且陶瓷本體與底層電極間形成一定的非歐姆接觸，再經階梯式降溫冷卻至室溫；在底層電極的表面印刷表層電極漿料並烘乾，再送入充有氮氣的燒滲爐中，階梯式升溫至480-580℃進行燒滲，使表層金屬顆粒間隙緊縮，形成緻密的、導電良好的網狀表層電極層，再經階梯式降溫冷卻至室溫。本發明通過調整燒滲參數及氣氛，在陶瓷本體與金屬電極間形成非歐姆接觸電阻，在大電流衝擊時陶瓷本體各處溫度一致性好，防止了產品的熱擊穿，產品可靠性好。文檔編號H01C17/30GK101236811SQ20081006544公開日2008年8月6日申請日期2008年2月27日優先權日2008年2月27日發明者剛張,張永松,張金英,朱同江,朱淑宏,石開軒,峰鮑申請人:峰鮑