CN102324290A - 铜电极氧化锌压敏电阻器及其制备方法 - Google Patents

铜电极氧化锌压敏电阻器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铜电极氧化锌压敏电阻器的制备方法，包括以下步骤：制作压敏陶瓷体、印刷铜电极浆料、铜电极烘干、铜电极烧渗，其中铜电极烧渗采用链带式隧道电炉作为生产设备，在无氧气氛环境下进行。本发明用贱金属铜替代贵金属银作为电极材料，使用特殊的电极烧渗工艺，制作出性能合格的铜电极氧化锌压敏电阻器，大大的节约了生产成本。本发明具有以下优点：1、该工艺技术适合铜电极氧化锌压敏电阻器的大批量生产。2、该工艺技术生产的产品，各项电性能(包括电压非线性系数、漏电流、通流容量、能量耐量等)均能达到与银电极产品相当的水平，满足客户需求。3、产品成本比相同规格的银电极产品低很多。

Description

铜电极氧化锌压敏电阻器及其制备方法
技术领域
本发明涉及以铜作为电极的氧化锌压敏电阻器的技术领域。
背景技术
氧化锌压敏电阻器是一种以氧化锌为主材料，通过半导化掺杂后，在正常大气环境下高温烧结而成的半导体陶瓷元件。行业中广泛使用的氧化锌压敏器仍是银电极元件。该元件具有优异的电压非线性特性以及高能量冲击的承受能力，主要应用于家电、通讯、工业电源、照明、汽车等领域，起防雷和过压保护作用。由于银是一种贵金属材料，用它作为电极材料必然会增加产品的成本，因此考虑其它的金属材料替代银作为电极，例如铜。用银浆料制作压敏电阻器的电极，其烧渗的气氛环境是正常大气环境，与压敏陶瓷基体的烧结环境一样，因此银电极烧渗工艺对压敏电阻的电性能影响较小。而采用铜浆料制作压敏电阻器的电极，其烧渗的气氛环境不能采用正常大气环境，另一方面烧渗温度的控制也可关键，过高将会破坏压敏半导体元件的晶界势垒，从而导致压敏电阻器电性能的严重劣化。国内外对该技术处于研发状态，希望开发出可替代银电极的氧化锌压敏电阻器技术。
申请号为200310117432.2，发明名称为“铜电极钛酸锶环形压敏电阻器及其制备方法”的中国发明专利申请公开了一种环形压敏电阻器及其制备方法。该环形压敏电阻器包括一个环形的电阻器陶瓷基片和三个或三个以上的电极，基片由钛酸锶制成，电极为铜电极，且位于基片的上端面、下端面或者外侧面上。其制备方法包括：瓷坯的制造、铜浆料的印刷与烘干、铜电极的还原。该申请介绍了制造铜电极钛酸锶环形压敏电阻器的工艺，铜浆料印刷到陶瓷基片上后干燥形成铜电极，在氮气氛或氮氢混合气氛环境下，700～900℃下对铜电极进行还原。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以铜作为电极的氧化锌压敏电阻器及其制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种铜电极氧化锌压敏电阻器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：制作压敏陶瓷体、印刷铜电极浆料、铜电极烘干、铜电极烧渗，其中铜电极烧渗采用链带式隧道电炉作为生产设备，在无氧气氛环境下进行。
所述无氧气氛是通过向炉膛通入高纯氮气或含有极微量空气的高纯氮气来实现的。
所述链带式隧道炉的进口和出口设置有密布的气孔，向所述气孔通入高纯氮气，形成气帘，隔绝外部空气的进入。
所述气帘的气流量为10～200L/min。
所述链带式隧道电炉的炉膛依次设置有进口气帘区、若干段升温区、高温区、降温区及出口气帘区，在升温区内通入混有微量空气的高纯度氮气，其中氧气的混合比例控制在50～500ppm，温度越高的区间，氧的比例越小。
所述高温段的温度为500～600℃，恒温时间为1～10分钟，该高温区通入99.999％纯度的高纯氮，氧含量控制在≤20ppm。
所述降温区通入99.999％纯度的高纯氮，氧含量控制在≤20ppm，并采用水冷设备进行降温，出炉产品的温度低于60℃。
所述印刷铜电极浆料是采用200～250目的尼龙丝网印刷电极，获得膜厚为5-10μm的铜电极层。
所述铜电极烘干在普通大气环境下进行，烘干的温度为100-200℃，时间周期为5～15分钟。
一种根据上述制备方法制得的铜电极氧化锌压敏电阻器。
本发明用贱金属铜替代贵金属银作为电极材料，使用特殊的电极烧渗工艺，制作出性能合格的铜电极氧化锌压敏电阻器，大大的节约了生产成本。本发明具有以下优点：1、该工艺技术适合铜电极氧化锌压敏电阻器的大批量生产。2、该工艺技术生产的产品，各项电性能(包括电压非线性系数、漏电流、通流容量、能量耐量等)均能达到与银电极产品相当的水平，满足客户需求。2、产品成本比相同规格的银电极产品低很多。
附图说明
图1是铜电极压敏陶瓷体的结构示意图。
其中，1压敏陶瓷体，2铜电极
具体实施方式
实施例1
本例为直径尺寸为φ20mm的20K821规格铜电极氧化锌压敏电阻生产工艺，其步骤如下：
先按传统压敏电阻烧结工艺制作压敏陶瓷体，然后用200目丝网在压敏陶瓷体印上8-10μm厚度的铜含量在70％-75％，烧渗温度为520-600℃的氧化锌压敏电阻专用低温铜浆(可从市场上购买)，然后用一般的链带式烘干炉，在普通大气环境下，使用最高温度为150-200℃，烘干周期为5-10分钟的工艺进行烘干。接着，用筛网装好后，放入氧化锌压敏电阻器专用的链带式氮气氛保护隧道电炉，例如采用新宝华电子设备公司设计的型号为BHTDL-100的隧道炉，中烧渗铜电极。烧渗过程的工艺参数如下表1所示：
表1
Figure BDA0000064310510000031
整个烧渗过程必须在几乎无氧的气氛环境下进行。通过隧道炉的进口和出口密布的气孔，喷出高纯氮气，形成气帘，隔绝外部空气的进入，为炉膛造就一个无氧的气氛环境。气帘的大小使用流量计控制。在炉膛内，利用管道为每个温区段输送符合要求的高纯氮气或含有极微量空气的混合气。在温度为200～450℃的升温区，为了更有利地排走铜浆料中的溶剂和粘合剂等有机物，通入的高纯氮混有微量空气，其中氧气的混合比例控制在50～500ppm，温度越高的区间，氧的比例越小。对于高温区，氧化锌压敏电阻的最高铜电极烧渗温度为500～600℃，恒温时间为1～10分钟，该温区段必须通入99.999％纯度的高纯氮，氧含量控制在≤20ppm。温度与时间的设定，视压敏电阻的尺寸大小不同而有所区别。降温区通入99.999％纯度的高纯氮，氧含量控制在≤20ppm。靠近出口的地方使用水冷降温，以确保出炉产品的温度低于60℃。出炉后产品要在室温20～30℃，湿度≤60％，的环境下密封存放。
使用上述工艺生产出的20K821规格铜电极氧化锌压敏电阻产品，其压敏电压为740～900v，非线性系数α≥50，漏电流≤3μA，电极可焊性好，8/20μs通流容量和2ms能量耐量性能达到相同规格银电极压敏电阻器的水平，而生产成本节约50％以上。
实施例2
本例为直径尺寸为φ10mm的10K471规格铜电极氧化锌压敏电阻生产工艺，包括以下步骤：
先按传统压敏电阻烧结工艺制作压敏陶瓷体，然后用200目丝网在压敏陶瓷体印上8-10μm厚度的铜含量在70％-75％，烧渗温度为520-600℃的氧化锌压敏电阻专用低温铜浆(可从市场上购买)，然后用一般的链带式烘干炉，在普通大气环境下，使用最高温度为150-200℃，烘干周期为5-10分钟的工艺进行烘干。接着，用筛网装好后，放入氧化锌压敏电阻器专用的链带式氮气氛保护隧道电炉中烧渗铜电极。烧渗过程的工艺参数如下：
Figure BDA0000064310510000041
整个烧渗过程在几乎无氧的气氛环境下进行。可采用与实施例1相同的气氛环境。
使用上述工艺生产出的10K471规格铜电极氧化锌压敏电阻产品，其压敏电压为430～5100v，非线性系数α≥50，漏电流≤3μA，电极可焊性好，8/20μs通流容量和2ms能量耐量性能达到相同规格银电极压敏电阻器的水平，而生产成本节约50％以上。
实施例3
本例为直径尺寸为φ7mm的7K271规格铜电极氧化锌压敏电阻生产工艺，包括以下步骤：
先按传统压敏电阻烧结工艺制作压敏陶瓷体，然后用200目丝网在压敏陶瓷体印上8-10μm厚度的铜含量在70％-75％，烧渗温度为520-600℃的氧化锌压敏电阻专用低温铜浆(可从市场上购买)，然后用一般的链带式烘干炉，在普通大气环境下，使用最高温度为150-200℃，烘干周期为5-10分钟的工艺进行烘干。接着，用筛网装好后，放入氧化锌压敏电阻器专用的链带式氮气氛保护隧道电炉中烧渗铜电极。烧渗过程的工艺参数如下：
Figure BDA0000064310510000051
整个烧渗过程在几乎无氧的气氛环境下进行。可采用与实施例1相同的气氛环境。
使用上述工艺生产出的7K271规格铜电极氧化锌压敏电阻产品，其压敏电压为243～297v，非线性系数α≥48，漏电流≤3μA，电极可焊性好，8/20μs通流容量和2ms能量耐量性能达到相同规格银电极压敏电阻器的水平，而生产成本节约50％以上。

Claims (10)

1.一种铜电极氧化锌压敏电阻器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：制作压敏陶瓷体、印刷铜电极浆料、铜电极烘干、铜电极烧渗，其中铜电极烧渗采用链带式隧道电炉作为生产设备，在无氧气氛环境下进行。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述无氧气氛是通过向炉膛通入高纯氮气或含有极微量空气的高纯氮气来实现的。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述链带式隧道炉的进口和出口设置有密布的气孔，向所述气孔通入高纯氮气，形成气帘，隔绝外部空气的进入。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述气帘的气流量为10～200L/min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述链带式隧道电炉的炉膛依次设置有进口气帘区、若干段升温区、高温区、降温区及出口气帘区，在升温区内通入混有微量空气的高纯度氮气，其中氧气的混合比例控制在50～500ppm，温度越高的区间，氧的比例越小。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述高温段的温度为500～600℃，恒温时间为1～10分钟，该高温区通入99.999％纯度的高纯氮，氧含量控制在≤20ppm。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述降温区通入99.999％纯度的高纯氮，氧含量控制在≤20ppm，且采用水冷设备进行降温，出炉产品的温度低于60℃。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述印刷铜电极浆料是采用200～250目的尼龙丝网印刷电极，获得膜厚为5-10μm的铜电极层。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述铜电极烘干在普通大气环境下进行，烘干的温度为100-200℃，时间周期为5～15分钟。
10.一种根据权利要求1～9所述的制备方法制得的铜电极氧化锌压敏电阻器。
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