CN102522169A

CN102522169A - 一种多层片式热敏陶瓷电阻用端电极及其制备方法

Info

Publication number: CN102522169A
Application number: CN2011104024764A
Authority: CN
Inventors: 周东祥; 郑志平; 傅邱云; 龚树萍; 胡云香; 赵俊; 刘欢; 吴兴文
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2012-06-27

Abstract

本发明提供了一种多层片式热敏陶瓷电阻用端电极及其制备方法,端电极成份及质量百分比为银粉40～70%、硼化镍5～35%、无机粘结剂2～5%、有机粘结剂25～28%，制备过程为:在无机粘结剂中添加有机粘结剂制成悬浮液，将多层片式热敏陶瓷素体在悬浮液中浸渍，经过干燥、烧结后得到在其表面形成玻璃包覆层的包覆体,在包覆体的两端面上涂敷端电极浆料，对其烧结形成Ag端电极。本发明端电极既有高导电性，又可与前期形成的抗镀液侵蚀用的玻璃包覆层形成良好的融合，消除了玻璃包覆层对于片式元件阻值的大幅度波动的不利影响。

Description

一种多层片式热敏陶瓷电阻用端电极及其制备方法

技术领域

本发明属于无源器件技术领域，具体涉及一种多层片式热敏陶瓷电阻用端电极及其制备方法。

背景技术

随着表面贴装技术的进步，电子元器件的微型化和片式化等技术得到了飞速发展。其中，多层片式热敏陶瓷电阻是通过交替层叠由BaTiO₃基构成的半导体陶瓷生片和包含Ni导电粉末的导电性膜，然后将该叠层体在还原气氛下进行一体共烧，再将其在氧化气氛下热处理，得到多层片式热敏陶瓷素体，最后在多层片式热敏陶瓷素体的端面上烧结Ag端电极而制成。

由于多层片式热敏陶瓷电阻在表面安装时，需经过焊接才能牢固地贴装在电路板上，这就对电阻的耐焊接热和可焊性提出了很高的要求。由于Ag端电极抗高温焊料侵蚀性较差，在焊接过程中，常因Ag端电极遭破坏而使产品失效。因此，表面贴装用片式元件的端电极通常采用三层结构，即用烧结工艺先形成底层的Ag端电极再用电镀的方法在Ag端电极上形成Ni中间电极和Sn外部电极。其中的Ni中间电极是一个阻挡层，它把底层的Ag端电极包住起保护作用，使端电极可以承受高温焊料的侵蚀，外层的Sn层则是为了提高端电极的可焊性，使其适合于表面组装技术。由此可见，端电极的三层结构能很好地解决端电极的可焊性问题。

但电镀Ni中间电极和Sn外部电极时，电镀液往往会对片式元件的性能产生不利的影响，特别是在多层片式热敏陶瓷素体的烧结密度低的情况下，镀液浸入到多层片式热敏陶瓷素体的内部，导致多层片式热敏陶瓷电阻的特性劣化，比如元件的耐压下降。为解决该问题，有文献报道了通过在多层片式热敏陶瓷素体的表面上形成玻璃包覆层，可防止镀液浸入，抑制元件耐压的降低。但是，由于存在于多层片式热敏陶瓷素体和端电极之间的玻璃包覆层为绝缘层，影响Ag端电极与Ni內电极的接触，造成电阻器阻值的大幅度波动。该端电极的制造方法包括端电极浆料的制备、包覆体的制备、端电极的烧结等。

发明内容

本发明的目的是设计一种多层片式热敏陶瓷电阻用端电极及其制备方法，该端电极既有高的导电性，又可与前期形成的抗镀液侵蚀用的玻璃包覆层形成良好的融合，消除玻璃包覆层对于片式元件阻值的大幅度波动的不利影响。

一种多层片式热敏陶瓷电阻用端电极，其成分及质量百分比为：银粉40～70％、硼化镍5～35％、无机粘结剂2～5％、有机粘结剂25～28％，其中，

所述无机粘结剂的成分及质量百分比为：二氧化硅5～15％、氧化硼5～15％、氧化鉍30～60％、氧化钡1.5～15％、二氧化钛1.5～15％、氧化铝0～15％、氧化锌0～15％；

所述有机粘结剂的成分及质量百分比为：有机树脂10～30％、有机溶剂70～90％。

所述有机树脂选用松香、乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或混合，所述有机溶剂选用松油醇、蓖麻油、邻苯二甲酸二丁酯中的一种或混合。

一种多层片式热敏陶瓷电阻用端电极制备方法，包括：

(1)端电极浆料的制备步骤：

无机粘结剂的配制步骤：称料无机粘结剂组分，经研磨混合均匀后加热、保温、淬火得到玻璃颗粒，对玻璃颗粒进行球磨粉碎；所述无机粘结剂的成分及质量百分比为：二氧化硅5～15％、氧化硼5～15％、氧化鉍30～60％、氧化钡1.5～15％、二氧化钛1.5～15％、氧化铝0～15％、氧化锌0～15％；

有机粘结剂的配制步骤：称料有机粘结剂组分，经搅拌混合均匀进行加热、过滤；所述有机粘结剂的成分及质量百分比为：有机树脂10～30％、有机溶剂70～90％；

端电极浆料的配制步骤：称料银粉40～70％、硼化镍5～35％、无机粘结剂2～5％和有机粘结剂25～28％，将其球磨混合均匀；

(2)包覆体的制备步骤：在无机粘结剂中添加有机粘结剂制成悬浮液，将多层片式热敏陶瓷素体在悬浮液中浸渍后，经过干燥、烧结得到在其表面形成玻璃包覆层的包覆体；；

(3)端电极的烧结步骤：在包覆体的两端面上涂敷端电极浆料，对其烧结形成Ag端电极。

所述无机粘结剂的配制步骤中加热温度1100～1250℃，保温时间30～60min。

所述有机粘结剂的配制步骤中加热温度80～90℃，在400～800目的滤网上过滤。

所述包覆体的制备步骤中的烧结温度600～650℃，烧结时间30～60min。

所述端电极的烧结步骤的烧结温度650～800℃，烧结时间10～20min。

为了确保多层片式热敏陶瓷素体端头露出的內电极和Ag电极间的良好导通状态、使玻璃包覆层在Ag端电极的烧结过程中熔解并扩散到端电极中，本发明提供一种多层片式热敏陶瓷电阻用端电极及其制备方法，使多层片式元件端电极与內电极具有良好的电导通性和结合强度。为对比本发明的效果，选取同一批多层片式热敏陶瓷素体若干，直接在其两个端面上涂敷端电极浆料，在相同的烧结工艺下烧结Ag端电极，测试所得样品的室温阻值。本发明具有如下技术效果：

1)原材料易得、操作方便、工艺简单；

2)通过在空气中烧结端电极的同时，使存在于多层片式热敏陶瓷素体和端电极之间的玻璃包覆层扩散到端电极中，从而确保多层片式热敏陶瓷素体端头露出的內电极和Ag端电极间的导通。

3)端电极的烧结工序还兼有再氧化多层片式热敏陶瓷素体的作用。

具体实施方式

实施例1

1)端电极浆料的制备：

(1.1)无机粘结剂的配制，其配比为：

按质量百分比计，二氧化硅5％、氧化硼10％、氧化鉍60％、氧化钡10％、二氧化钛1.5％、氧化铝8.5％、氧化锌5％；

将上述原料按质量比进行称料，经研磨混合均匀后放置于氧化铝坩埚中，在马弗炉中加热至1100℃，保温时间60min，将熔化的玻璃淬火得到细小的玻璃颗粒，对玻璃颗粒进行球磨粉碎；

(1.2)有机粘结剂的配制

按质量百分比计，松香10％、松油醇80％、邻苯二甲酸二丁酯10％；

将上述原料按质量比进行称料，搅拌混合均匀后，将混合物加热至80℃，搅拌直至树脂溶解，然后在400目的滤网上过滤除杂，得到有机粘结剂；

(1.3)端电极浆料的配制

按以下质量百分比进行称料：银粉40％、硼化镍35％、无机粘结剂2％、有机粘结剂28％，经球磨混合均匀后，得到均匀分散的浆料。

2)包覆体的制备：

在无机粘结剂中添加有机粘结剂制成悬浮液。选取同一批次的多层片式热敏陶瓷素体10只，其尺寸为1206。将上述多层片式热敏陶瓷素体在该悬浮液中浸渍，干燥后，在空气中在620℃下烧结40min，从而得到在多层片式热敏陶瓷素体的表面形成玻璃包覆层的包覆体。

3)端电极的烧结：

在步骤2)中所得包覆体的两个端面上涂敷端电极浆料，将其在空气中在700℃下烧结15min形成Ag端电极。测试所得样品的平均室温阻值为0.60Ω。

另选取同一批的多层片式热敏陶瓷素体10只，直接在其两个端面上涂敷端电极浆料，在相同的烧结工艺下烧结Ag端电极，测试所得样品的平均室温阻值为0.54Ω。

实施例2

1)端电极浆料的制备：

(1.1)无机粘结剂的配制，其配比为：

按质量百分比计，二氧化硅10％、氧化硼5％、氧化鉍30％、氧化钡15％、二氧化钛15％、氧化铝15％、氧化锌10％。

将上述原料按质量比进行称料，经研磨混合均匀后放置于氧化铝坩埚中，在马弗炉中加热至1150℃，保温时间40min，将熔化的玻璃淬火得到细小的玻璃颗粒，对玻璃颗粒进行球磨粉碎；

(1.2)有机粘结剂的配制

按质量百分比计，乙基纤维素20％、松油醇70％、蓖麻油5％、邻苯二甲酸二丁酯5％；

将上述原料按质量比进行称料，搅拌混合均匀后，将混合物加热至80℃，搅拌直至树脂溶解，然后在600目的滤网上过滤除杂，得到有机粘结剂；

(1.3)端电极浆料的配制

按以下质量百分比进行称料：银粉70％、硼化镍5％、无机粘结剂5％、有机粘结剂25％，经球磨混合均匀后，得到均匀分散的浆料。

2)包覆体的制备：

在无机粘结剂中添加有机粘结剂制成悬浮液。选取同一批次的多层片式热敏陶瓷素体10只，其尺寸为1206。将上述多层片式热敏陶瓷素体在该悬浮液中浸渍，干燥后，在空气中在600℃下烧结60min，从而得到在多层片式热敏陶瓷素体的表面形成玻璃包覆层的包覆体。

3)端电极的烧结：

在步骤2)中所得包覆体的两个端面上涂敷端电极浆料，将其在空气中在650℃下烧结20min形成Ag端电极。测试所得样品的平均室温阻值为0.64Ω。

另选取同一批的多层片式热敏陶瓷素体10只，直接在其两个端面上涂敷端电极浆料，在相同的烧结工艺下烧结Ag端电极，测试所得样品的平均室温阻值为0.58Ω。

实施例3

1)端电极浆料的制备：

(1.1)无机粘结剂的配制，其配比为：

按质量百分比计，二氧化硅15％、氧化硼15％、氧化鉍43.5％、氧化钡1.5％、二氧化钛10％、氧化锌15％；

将上述原料按质量比进行称料，经研磨混合均匀后放置于氧化铝坩埚中，在马弗炉中加热至1250℃，保温时间30min，将熔化的玻璃淬火得到细小的玻璃颗粒，对玻璃颗粒进行球磨粉碎；

(1.2)有机粘结剂的配制

按质量百分比计，聚乙烯醇缩丁醛30％、松油醇70％；

将上述原料按质量比进行称料，搅拌混合均匀后，将混合物加热至85℃，搅拌直至树脂溶解，然后在800目的滤网上过滤除杂，得到有机粘结剂；

(1.3)端电极浆料的配制

按以下质量百分比进行称料：银粉46％、硼化镍24％、无机粘结剂3％、有机粘结剂27％，经球磨混合均匀后，得到均匀分散的浆料。

2)包覆体的制备：

在无机粘结剂中添加有机粘结剂制成悬浮液。选取同一批次的多层片式热敏陶瓷素体10只，其尺寸为1206。将上述多层片式热敏陶瓷素体在该悬浮液中浸渍，干燥后，在空气中在650℃下烧结30min，从而得到在多层片式热敏陶瓷素体的表面形成玻璃包覆层的包覆体。

3)端电极的烧结：

在步骤2)中所得包覆体的两个端面上涂敷端电极浆料，将其在空气中在800℃下烧结10min形成Ag端电极。测试所得样品的平均室温阻值为0.67Ω。

另选取同一批的多层片式热敏陶瓷素体10只，直接在其两个端面上涂敷端电极浆料，在相同的烧结工艺下烧结Ag端电极，测试所得样品的平均室温阻值为0.61Ω。

实施例4

1)端电极浆料的制备：

(1.1)无机粘结剂的配制，其配比为：

按质量百分比计，二氧化硅8％、氧化硼10％、氧化鉍55％、氧化钡7％、二氧化钛10％、氧化铝10％；

将上述原料按质量比进行称料，经研磨混合均匀后放置于氧化铝坩埚中，在马弗炉中加热至1170℃，保温时间35min，将熔化的玻璃淬火得到细小的玻璃颗粒，对玻璃颗粒进行球磨粉碎；

(1.2)有机粘结剂的配制

按质量百分比计，聚乙烯醇缩丁醛25％、松油醇65％、蓖麻油7％、邻苯二甲酸二丁酯3％；

将上述原料按质量比进行称料，搅拌混合均匀后，将混合物加热至85℃，搅拌直至树脂溶解，然后在400目的滤网上过滤除杂，得到有机粘结剂；

(1.3)端电极浆料的配制

按以下质量百分比进行称料：银粉50％、硼化镍20％、无机粘结剂4％、有机粘结剂26％，经球磨混合均匀后，得到均匀分散的浆料。

2)包覆体的制备：

在无机粘结剂中添加有机粘结剂制成悬浮液。选取同一批次的多层片式热敏陶瓷素体10只，其尺寸为1206。将上述多层片式热敏陶瓷素体在该悬浮液中浸渍，干燥后，在空气中在640℃下烧结50min，从而得到在多层片式热敏陶瓷素体的表面形成玻璃包覆层的包覆体。

3)端电极的烧结：

在步骤2)中所得包覆体的两个端面上涂敷端电极浆料，将其在空气中在750℃下烧结10min形成Ag端电极。测试所得样品的平均室温阻值为0.56Ω。

另选取同一批的多层片式热敏陶瓷素体10只，直接在其两个端面上涂敷端电极浆料，在相同的烧结工艺下烧结Ag端电极，测试所得样品的平均室温阻值为0.52Ω。

Claims

1.一种多层片式热敏陶瓷电阻用端电极，其组分及质量百分比为：银粉40～70％、硼化镍5～35％、无机粘结剂2～5％、有机粘结剂25～28％，其中，

2.根据权利要求1所述的端电极，其特征在于，所述有机树脂选用松香、乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或混合，所述有机溶剂选用松油醇、蓖麻油、邻苯二甲酸二丁酯中的一种或混合。

3.一种多层片式热敏陶瓷电阻用端电极制备方法，包括以下步骤：

(1)端电极浆料的制备步骤：

端电极浆料的配制步骤：称料银粉40～70％、硼化镍5～35％、无机粘结剂2～5％和有机粘结剂25～28％，将其球磨混合均匀。

4.根据权利要求3所述的端电极制备方法，其特征在于，所述无机粘结剂的配制步骤中加热温度1100～1250℃，保温时间30～60min。

5.根据权利要求3所述的端电极制备方法，其特征在于，所述有机粘结剂的配制步骤中加热温度80～90℃，在400～800目的滤网上过滤。

6.根据权利要求3所述的端电极制备方法，其特征在于，所述包覆体的制备步骤中的烧结温度600～650℃，烧结时间30～60min。

7.根据权利要求3所述的端电极制备方法，其特征在于，所述端电极的烧结步骤的烧结温度650～800℃，烧结时间10～20min。