積層式氧化鋅變阻器的製作方法
2023-04-26 07:03:51
專利名稱：積層式氧化鋅變阻器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種積層式變阻器，特別涉及一種其本體部份的主要物質為氧化鋅的積層式氧化鋅變阻器。
背景技術：
眾所周知，積層式變阻器的結構，如圖1與圖2所示，包括一本體部份10，分別從本體部份的兩側端延伸到本體部份10內部的內電極101、102、103、……，設於本體部份兩端的端電極20，以及設於(也可不設)本體頂面的被覆層30，其中，本體部份系以90％以上摩爾(mole％)的氧化鋅(ZnO)為主成分，混合10％摩爾(mole％)以下的金屬氧化物功能性添加劑混合物，諸如鈷(Co)、錳(Mn)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、錫(Sn)、鑭(La)、鈮(Nd)、鋇(Ba)、鎂(Mg)、鈰(Ce)、硼(B)等的氧化物，以硝酸鉛[Al2(NO3)x]、玻璃(Glass)、二氧化矽(SiO2)等為燒結助劑(flux)，或不用燒結助劑。以金(Au)、銀(Ag)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、銠(Rh)等金屬，或其任兩的合金作為內電極(internal electrode)101……，而此積層式變阻器可經由設計而調整其崩潰電壓。
一般而言，在電源電路或信號電路裡，不可避免地會發生電壓或電流突然增加的情形，此電壓或電流的增加，稱為「突波」(surge)。這些突波通常是由於閃電，或是瞬間切換電器的開關所引起，而這些突波極可能造成電器的損壞，甚至引起火災。變阻器(varistor)，通常也可稱為突波吸收器(surge absorbers)，其常被作為電路或電器中的保護元件，用以保護電路或電器的正常運作，免受突波的破壞。
近年來，由於手機、PDA等手持式電器的功能愈形多樣化，內部電路設計愈形複雜，其對於靜電放電(ESD，electrical static discharge)的防護需求也逐步增加。而以氧化鋅為基礎的積層式變阻器也可廣泛應用於此靜電防護的領域。
以下即為已揭示的積層式氧化鋅變阻器的材料系統1、氧化物添加劑部分為含氧化鉍的系統，例如中國臺灣工研院材料所的美國專利第5369390號。其特徵在於搭配玻璃(glass)作為燒結助劑(flux)。通常此種材料系統，燒結溫度可以在1100℃附近，如此一來便可使用成本較低的銀(Ag)或銀鈀(Ag/Pd)合金作為內電極的材料。
2、如同上述的材料系統，氧化物添加劑部分為含氧化鉍，但是不添加玻璃(glass)作為燒結助劑，而利用其他特殊添加劑，來降低燒結溫度，例如國巨股份有限公司申請的中國臺灣專利公告第593205號。
3、氧化物部分與上述相同，但是不加燒結助劑或特殊添加劑，直接以1200℃以上的高溫燒結。但是此時，內電極便必須採用熔點超過1200℃的材料，例如100％白金(Pt)、100％鈀(Pd)或高鈀(Pd)含量(＞40％)的貴重金屬，此種積層式變阻器，其製造的成本、材料的成本均高。
4、氧化物部分為含氧化鐠(Pr6O11)系統，通常該系統的組成物質還有氧化鈷(CoO)、四氧化三鈷(Co3O4)，氧化釔(Y2O3)等等。其特徵在於不使用玻璃作為燒結助劑，也不使用氧化鉍與其他燒結助劑或特殊添加劑。同樣地，內電極便必須採用熔點超過1200℃的材料，例如100％白金(Pt)、100％鈀(Pd)或高鈀(Pd)含量(＞40％)的貴重金屬，才能承受燒結溫度在1200℃～1400℃的製程，故製程的成本與材料的成本一樣都高。
一般來說，系統1與系統2的突波承受能力十分良好，但是當它製作成低崩潰電壓的元件時(22V以下)，其靜電承受能力即不佳。
系統3的突波承受能力與靜電放電承受能力均佳，但是由於使用純白金或純鈀做內電極，且燒結溫度高所以成本較高。
系統4的突波承受能力與靜電放電的承受能力均佳，但是如同系統3，必需使用純白金或純鈀做為內電極，所以成本也較高。另外，此系統在製作兼具「低崩潰電壓(10V以下)」與「低電容值(50pF以下)」的元件時，因其材料特性的影響，有其先天上不便的地方。
有鑑於現有積層式變阻器有上述缺失，本發明人乃針對該些缺失研究改進之道，經長時間研究終有本發明產生。
發明內容
本發明的目的在於提供一種積層式變阻器，通過此種積層式變阻器，其本體的成份組成含有至少包括氧化鐠與氧化銻及其他二種金屬氧化物的功能性添加劑，使得其崩潰電壓可得降低，而其強度也可得提高，靜電承受能力佳。
依本發明的此種積層式變阻器，其需搭配玻璃(glass)作為燒結助劑，故仍然可以利用較低的加熱溫度來燒結，仍然可以採用成本較低的金屬材料來作內電極，成本較前述，更為降低，此為本發明的次一目的。
本發明是採用以下技術手段實現的一種積層式氧化鋅變阻器，其中變阻器本體的成分組成包括有至少90％摩爾的氧化鋅(ZnO)與不超過10％摩爾的氧化鐠與氧化銻及其他的功能性添加劑，與0.1％～10.0％重量的玻璃，而以上金屬氧化物的總和小於99.95％摩爾。
前述的積層式氧化鋅變阻器，其中氧化銻的含量為本體的0.1％～5.0％摩爾。
前述的積層式氧化鋅變阻器，其中氧化鐠的含量為本體的0.01％～1.0％摩爾。
前述的積層式氧化鋅變阻器，其中兩內電極間的本體厚度為5μm～200μm。
前述的積層式氧化鋅變阻器，其中的其他功能性添加劑，至少包括以下兩種金屬的氧化物鈷(Co)，錳(Mn)，鉻(Cr)，鎳(Ni)，鈦(Ti)，錫(Sn)，鑭(La)，鈮(Nd)，鋇(Ba)，鎂(Mg)，鈰(Ce)，硼(B)。
前述的積層式氧化鋅變阻器，其中內部電極為純銀金屬所構成。
前述的積層式氧化鋅變阻器，其中內部電極為銀與鈀的混和金屬所構成。
前述的積層式氧化鋅變阻器，其中內部電極為銀與鈀合金的金屬所構成。
前述的積層式氧化鋅變阻器，其中銀與鈀的混和金屬，其鈀組成範圍，依照重量來定義為0％～40％重量。
前述的積層式氧化鋅變阻器，其中銀與鈀合金的金屬，其鈀組成範圍，依照重量來定義為0％～40％重量。
前述的積層式氧化鋅變阻器，其燒結製程的溫度範圍為900℃至1200℃，最高溫的持溫時間為40分鐘至8小時。
本發明與現有技術相比具有明顯的優勢和有益效果從上所述可知，本發明的此種積層式變阻器確實具有強度更高、崩潰電壓較低、製造更簡單、成本更低的功效，而該等功效確實可以改進現有積層式變阻器目前存在的問題，而其並未見諸公開使用，因此其具有新穎性、創造性和實用性。
圖1為積層式變阻器的結構立體部份截面說明圖；圖2為積層式變阻器的縱截面圖。
具體實施例方式
本發明的積層式氧化鋅變阻器，其本體的基本材料為至少90％摩爾的氧化鋅(ZnO)與至多10％摩爾功能性添加劑混合物，而兩總和小於或等於99.95％摩爾；以此基本材料為基礎，構成一個積層式氧化鋅變阻器的本體部份。而功能性添加劑為氧化鐠與氧化銻以及至少以下兩種金屬氧化物鈷(Co)，錳(Mn)，鉻(Cr)，鎳(Ni)，鈦(Ti)，錫(Sn)，鑭(La)，鈮(Nd)，鋇(Ba)，鎂(Mg)，鈰(Ce)，硼(B)所構成。其中，氧化銻的含量為本體的0.1％～5.0％摩爾，氧化鐠(Pr6O11)材料為整個構成本體的0.01％～1.0％摩爾，而本體並含有0.1％～10.0％重量的玻璃(重量比，計算方式是「玻璃重量」÷「總氧化物重量」×100％)。除玻璃外，本體的原材料的純度至少為99％。
而玻璃的種類與成分，則如下下表所示
將依上述所列的原料以及比率，秤取適當配比，置入球磨罐中，以去離子水與磨球分散研磨(ball mill)，該混合物球磨16～24小時後烘乾，然後配成漿料(slurry)，其中，漿料包含適當的烘乾後氧化物粉末，玻璃，黏合劑(binder)，分散劑(dispersant)，可塑劑(plasticizer)和離形劑(releasing agent)。以刮刀成型法讓漿料在離型膜上形成厚度為20μm到200μm的薄帶(green tape)。然後於薄帶上形成經設計過的內電極圖形，其內電極的成分可以是純金屬銀，或金屬銀與金屬鈀的混和粉末，或銀鈀金屬合金，其混和的銀鈀金屬粉末或銀鈀合金中鈀含量為0％～50％重量。其後元件依照一般悉知的積層元件製程制進行堆迭與成形，待完成脫脂(debinder)後以低於1200℃的溫度進行燒結，其燒結(sintering)最高溫持續時間為1～8小時。
最後應說明的是以上實施例僅用以說明本發明而並非限制本發明所描述的技術方案；因此，儘管本說明書參照上述的各個實施例對本發明已進行了詳細的說明，但是，本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本發明進行修改或等同替換；而一切不脫離發明的精神和範圍的技術方案及其改進，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種積層式氧化鋅變阻器，其特徵在於其中變阻器本體的成分組成包括有至少90％摩爾的氧化鋅(ZnO)與不超過10％摩爾的氧化鐠與氧化銻及其他的功能性添加劑，與0.1％～10.0％重量的玻璃，而以上金屬氧化物的總和小於99.95％摩爾。
2.根據權利要求1所述的積層式氧化鋅變阻器，其特徵在於其中氧化銻的含量為本體的0.1～5.0％摩爾。
3.根據權利要求1所述的積層式氧化鋅變阻器，其特徵在於其中氧化鐠的含量為本體的0.01～1.0％摩爾。
4.根據權利要求1所述的積層式氧化鋅變阻器，其特徵在於其中兩內電極間的本體厚度為5μm～200μm。
5.根據權利要求1所述的積層式氧化鋅變阻器，其特徵在於其中的其他功能性添加劑，至少包括以下兩種金屬的氧化物鈷(Co)，錳(Mn)，鉻(Cr)，鎳(Ni)，鈦(Ti)，錫(Sn)，鑭(La)，鈮(Nd)，鋇(Ba)，鎂(Mg)，鈰(Ce)，硼(B)。
6.根據權利要求1所述的積層式氧化鋅變阻器，其特徵在於其中內部電極為純銀金屬所構成。
7.根據權利要求1所述的積層式氧化鋅變阻器，其特徵在於其中內部電極為銀與鈀的混和金屬所構成。
8.根據權利要求6所述的積層式氧化鋅變阻器，其特徵在於其中內部電極為銀與鈀合金的金屬所構成。
9.根據權利要求7所述的積層式氧化鋅變阻器，其特徵在於其中銀與鈀的混和金屬，其鈀組成範圍，依照重量來定義為0％～40％重量。
10.根據權利要求8所述的積層式氧化鋅變阻器，其特徵在於其中銀與鈀合金的金屬，其鈀組成範圍，依照重量來定義為0％～40％重量。
11.根據權利要求1所述的積層式氧化鋅變阻器，其特徵在於其燒結製程的溫度範圍為900℃至1200℃，最高溫的持溫時間為40分鐘至8小時。
全文摘要
本發明公開了一種積層式氧化鋅變阻器，其具有一本體部份，分別從本體部份的兩側端延伸到本體部份內部的內電極，設於本體部份兩端的端電極等部份，所述本體的成分組成包括至少90％摩爾的氧化鋅(ZnO)，0.1～5.0％摩爾的氧化銻(Antimony oxide)功能性添加劑，0.01～1.0％摩爾的氧化鐠(praseodymium oxide)功能性添加劑，以及0.01～10.0％重量的玻璃；而以上金屬氧化物的總和小於99.95％摩爾。
文檔編號H01C7/105GK1873842SQ200510073129
公開日2006年12月6日 申請日期2005年5月31日 優先權日2005年5月31日
發明者劉世寬, 馮輝明 申請人:佳邦科技股份有限公司