CN102664082A - 一种压敏电阻器及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压敏电阻器及制造方法。包括压敏电阻芯片、硅橡胶裹封层、绝缘裹封层、电极和电极引线，所述压敏电阻芯片封裹在硅橡胶裹封层内，所述硅橡胶裹封层封裹于绝缘裹封层内，所述压敏电阻芯片两侧分别设置一个电极，所述电极上分别设置一根电极引线穿过硅橡胶裹封层和绝缘裹封层延伸到绝缘裹封层外部。本发明的压敏电阻器，有效的避免了空气中水汽进入到压敏电阻器内部，有良好的防潮性能，提高了压敏电阻器在使用过程中，特别是在湿度大的环境中的使用的可靠性，并且具有良好的绝缘强度和机械强度；并且，降低了产品生产过程中的能耗，提高了生产设备的利用率和产品的生产效率，也降低了生产管理难度。

Description

一种压敏电阻器及制造方法

技术领域

本发明涉及一种压敏电阻器及制造方法。

背景技术

    压敏电阻器是一种限压型保护器件，利用压敏电阻的非线性特性，当过电压出现在压敏电阻的两极间，压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护，广泛应用于各种电子设备中。

    压敏电阻器的主要构成部份为压敏电阻芯片，是以氧化锌为主成份，添加氧化铋、氧化钴等金属氧化物，在约1100℃高温下烧结而成的半导体陶瓷，然后在陶瓷体上设置电极并焊接金属引线，最后在电阻芯片外部封装绝缘外壳制成。目前，压敏电阻器的绝缘外壳主要是起绝缘和保护压敏电阻芯片的作用，由于电极上焊接的金属引线需要穿过绝缘外壳，会在金属引线与绝缘外壳间留下间隙；以及在设计时并未将密封效果作为主要的解决目的，所以目前的压敏电阻器产品中，外壳不能良好的将压敏电阻芯片密封在内，导致了在实际工作环境下，特别是在潮湿的工作环境下，空气中的水汽会通过绝缘外壳上的间隙进入到压敏电阻器内部，附在压敏电阻芯片上。

    2003年《电子元件与材料》第7期，论文《ZnO压敏电阻器在稳态湿热试验中的性能变化与分析》文章编号1001-2028（2003）07-0049-02中，对氧化锌压敏电阻器在高温、高湿和直流负荷作用下性能的稳定性和可靠性进行了试验，试验结论为：氧化锌压敏电阻器在经过稳态湿热试验后，其性能参数均发生变化，表现形式是压敏电压的下降和漏电流的增大，甚至出现报废。为了解决该问题，文章提出两方面的建议：优化压敏电阻芯片的材质和绝缘外壳的选择。对于绝缘外壳的选择，文章选用了优质的环氧包封材料，使得在压敏电阻芯片外形成结构致密的裹封层，有效的保护了压敏电阻器不受湿气的侵入。目前压敏电阻器中，选用的环氧包封材料通常为环氧树脂。通常为压敏电阻芯片外裹封一层粉末状的环氧树脂，固化后形成环氧树脂裹封层，固化后的环氧树脂具有良好的物理、化学性能，并且介电性能良好、变定收缩率小、制品尺寸稳定性好、硬度高、对碱及大部分溶剂稳定等优点，所以采用环氧树脂作为压敏电阻器的包封外壳不仅能够阻断大气环境中水汽的渗入，而且还能起到电气绝缘作用和保护芯片在运输和使用过程中免受损伤。

但是，在实际发现，粉末状环氧树脂固化后的裹封层并不完美，其内部还存在许多微孔构成的缺陷，如果微孔之间贯通就会形成潮气侵入的通道，从而影响产品的防潮性能。另外固化后的环氧树脂裹封层变定收缩率小、制品尺寸稳定性好、硬度高、与压敏陶瓷芯片之间没有粘接力，并且固化后的环氧树脂裹封层与压敏电阻芯片以及金属引线之间的热膨胀系数都不一致，所以当环境温度变化循环后，之间会形成微裂隙，大气中的水汽会在毛细作用下从金属引线根部或裹封层的缺陷通道进入裂隙并积聚在那里，使压敏电阻芯片受潮，严重的影响了产品的可靠性，特别是限制了压敏电阻器在潮湿环境中的使用。

目前，采用粉末环氧树脂固化作为绝缘裹封层的压敏电阻生产方法是：首先在压敏电阻芯片上焊接引线，然后用有机溶剂清洗焊接引线时涂在压敏电阻芯片和引线上的助焊剂，清洗完毕后放入120℃的温度下干燥2个小时，降温后将压敏电阻芯片和引线根部涂裹粉末环氧树脂，最后在150℃的温度下固化1小时得到压敏电阻器。在该压敏电阻制造方法中，芯片在降温过程中容易重新吸附空气中的水汽，特别是在湿热的夏季，严重的影响了干燥步骤的效果，所以焊接了引线的压敏电阻芯片在120℃高温下干燥2小时后，需尽快涂裹粉末环氧树脂，否则，生产的压敏电阻器由于漏电流不合格而产生的不合格产品就会大幅增加，严重情况下的批次不合格产品率甚至超过10%（正常情况下的批次不合格产品率在1%以内）。为了避免这种损失，在生产中，特别是在湿热的夏季，必须将一批次的产品分成若干个小批次生产。采用这种小批次生产的方法虽然降低了产品的不合格率，但是，也导致了生产设备的利用率不高、产量下降、能耗增加、管理难度大等。

    发明内容

本发明的目的在于克服现有压敏电阻器由于防潮性能差而导致产品使用性能下降，以及生产过程中，为了保证压敏电阻芯片的干燥效果，需要设置单独的干燥步骤，并在干燥步骤后需要及时进行下一步骤，导致的生产设备利用率不高、产量低、能耗高、管理难度大等不足提供一种压敏电阻器及制造方法。本发明的压敏电阻器及制造方法，有效的避免了空气中水汽进入到压敏电阻器内部，有良好的防潮性能，提高了压敏电阻器在使用中，特别是在湿度大的环境中使用的可靠性，而且还具有良好的绝缘强度和机械强度；并且，降低了生产过程中的能耗，提高了生产设备的利用率和产品的生产效率，也降低了生产管理难度。

为了达到上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种压敏电阻器，包括压敏电阻芯片、硅橡胶裹封层、绝缘裹封层、电极和电极引线，所述压敏电阻芯片封裹在硅橡胶裹封层内，所述硅橡胶裹封层封裹于绝缘裹封层内，所述压敏电阻芯片两侧分别设置一个电极，所述电极上分别设置一根电极引线穿过硅橡胶裹封层和绝缘裹封层延伸到绝缘裹封层外部。

本发明的压敏电阻器，先将压敏电阻芯片连同电极引线一起封裹在硅橡胶裹封层内，然后再连同硅橡胶裹封层一起封裹于绝缘裹封层内部。所述的硅橡胶裹封层优先采用常温固化单组分硅橡胶涂覆在压敏电阻芯片表面，经过固化后形成一层具有良好的防潮和电气绝缘性能的裹封层，与粉末状环氧树脂固化形成的裹封层相比，其内部缺陷少，质地也更加致密；同时，由于硅橡胶裹封层能牢固地粘结在压敏电阻芯片和电极引线上，而自身又具有良好的塑性和韧性，所以，在内部压敏电阻芯片和外部绝缘裹封层因温度循环变化而体积发生改变时，硅橡胶裹封层都能够随同一起发生变化，进而不会在接触面之间产生微裂隙，不为水汽提供侵入和积聚的条件，有效地防止了压敏电阻芯片受潮劣化。

本发明压敏电阻器的生产方法为：

（1）在压敏电阻芯片两侧分别设置一块电极，并在所述电极上分别焊接一根电极引线；

（2）在所述压敏电阻芯片、电极和电极引线根部浸涂常温固化单组分硅橡胶；

（3）室内自然放置4小时以上固化，固化时常温固化单组分硅橡胶吸收所述压敏电阻芯片、电极和电极引线根部上的水份，使得固化后得到内部干燥的硅橡胶裹封层；

（4）在所述硅橡胶裹封层和电极引线4根部涂裹一层粉末状的环氧树脂；

（5）在150℃的温度下固化环氧树脂1小时，固化后形成绝缘裹封层，得到压敏电阻成品。

进一步的，所述压敏电阻器的生产方法中，若所述步骤（1）中焊接电极与电极引线时采用的助焊剂不是免洗助焊剂，则在所述步骤（1）与步骤（2）之间设置用有机溶剂清洗焊接引线时涂在压敏电阻芯片和引线上的助焊剂的步骤；

由于硅橡胶本身的性质决定，在固化过程中要吸收水份来参与固化，因此在生产中不需要单独的设置压敏电阻芯片干燥步骤，即，在压敏电阻芯片涂覆硅橡胶和接下来的固化过程中，压敏电阻芯片表面吸附的水分子会被硅橡胶涂层夺走并参与到硅橡胶裹封层的固化反应中。所以，固化过程同时也是一个干燥过程。固化过程结束后，压敏电阻芯片表面已经被致密的硅橡胶裹封层包裹，不再与空气接触，这种状态下的压敏电阻芯片长时间放置后再进行下道步骤也不会对产品质量有任何影响，实现了产品的大批量生产，特别是夏季湿热的环境条件下的大批量生产，提高了生产设备的利用率和产品的生产效率，也降低了生产管理难度。

本发明的压敏电阻器中，所述硅橡胶裹封层厚度为0.01～1mm。

进一步的，所述硅橡胶裹封层厚度为0.05～0.3mm。

本发明的压敏电阻器中，所述绝缘裹封层是在硅橡胶裹封层外封裹一层粉末状的环氧树脂，固化后形成的环氧树脂裹封层。固化后的环氧树脂裹封层具有良好的物理、化学性能，并且介电性能良好、变定收缩率小、硬度高和对碱及大部分溶剂稳定等优点，所以采用环氧树脂作为压敏电阻的绝缘裹封层能够阻断大气环境中水汽渗入压敏电阻器内部，而且还能起到电气绝缘以及在运输和使用过程中保护压敏电阻芯片和硅橡胶裹封层的作用。

本发明的压敏电阻器，采用了在固化时能吸收水汽，并且固化后具有良好的塑性和韧性以及质地紧密、缺陷少、能与压敏电阻芯片和电极引线牢固粘结的硅橡胶作为压敏电阻芯片的裹封层，使得压敏电阻器生产中，不需要单独的设置压敏电阻芯片干燥步骤，即，在压敏电阻芯片涂覆硅橡胶和接下来的固化过程中，压敏电阻芯片表面吸附的水分子会被硅橡胶涂层夺走并参与到硅橡胶裹封层的固化反应中。所以，固化过程同时也是一个干燥过程。固化过程结束后，压敏电阻芯片表面已经被致密的硅橡胶裹封层包裹，不再与空气接触，这种状态下的压敏电阻芯片长时间放置后再进行下道步骤也不会对产品质量有任何影响，实现了产品的大批量生产，特别是夏季湿热的环境条件下的大批量生产，提高了生产设备的利用率和产品的生产效率，也降低了生产管理难度；在使用过程中，阻断了大气环境中水汽的渗入，有效的防止了压敏电阻器因为压敏电阻芯片受潮而导致的电参数下降，甚至报废的情况。

本发明的压敏电阻器，由于采用硅橡胶作为压敏电阻器内部压敏电阻芯片的裹封层，由于固化后的硅橡胶过于柔软，所以不能保护自身以及内部的压敏电阻芯片免受机械损伤。因此，在硅橡胶裹封层外部采用固化后具有良好的物理、化学性能，并且介电性能良好、变定收缩率小、硬度高和对碱及大部分溶剂稳定等优点的环氧树脂进行封裹，形成的环氧树脂裹封层保护了压敏电阻芯片和硅橡胶裹封层在运输和使用过程中免受机械损伤，并且进一步的提高了压敏电阻器的电气绝缘和防潮性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）本发明的压敏电阻器，有效的避免了空气中水汽进入到压敏电阻器内部，有良好的防潮性能，提高了压敏电阻器在使用过程中，特别是在湿度大的环境中的使用的可靠性，并且具有良好的绝缘强度和机械强度；

（2）本发明的压敏电阻器，在生产过程中，几乎不受环境温度和湿度的影响，不需要单独的设置压敏电阻芯片干燥步骤，实现了产品的大批量生产，特别是夏季湿热的环境条件下的大批量生产，提高了生产设备的利用率和产品的生产效率，也降低了生产管理难度。

附图说明：

图1为本发明的压敏电阻器结构示意图；

图2为本发明压敏电阻芯片与电极引线连接示意图；

图3为本发明的压敏电阻器外形示意图；

图4为传统压敏电阻器结构示意图；

图5为本发明的压敏电阻器与传统压敏电阻器潮湿试验数据曲线对比图。

图中标记：1-压敏电阻芯片，2-硅橡胶裹封层,3-绝缘裹封层，4-电极引线，5-电极，a-本发明的压敏电阻器压敏电压变化率曲线，b-传统的压敏电阻器压敏电压变化率曲线。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例

本实施例为：制造本发明的压敏电阻器。

如图1和2所示，在压敏电阻芯片1两侧分别设置一块电极5，并在所述电极5上分别焊接一根电极引线4，然后用有机溶剂清洗焊接引线4时涂在压敏电阻芯片1和引线4上的助焊剂（若助焊剂为免清洗助焊剂，则不需清洗），晾干后在所述压敏电阻芯片1、电极5和电极引线4根部涂覆常温固化单组分硅橡胶，室内自然放置4小时以上固化，固化时常温固化单组分硅橡胶吸收所述压敏电阻芯片1、电极5和电极引线4根部上的水分，使得固化后得到内部干燥的硅橡胶裹封层2，最后在所述硅橡胶裹封层2和电极引线4根部涂裹一层粉末状的环氧树脂，在150℃的温度下固化环氧树脂1小时，固化后形成绝缘裹封层3，得到如图3所示的压敏电阻成品。

在制造中，采用硅橡胶封裹压敏电阻芯片和引线根部，固化得到硅橡胶裹封层2，由于硅橡胶在固化时要吸收水分子参与反应，所以在固化过程中要吸收水份来参与固化，因此在生产中不需要单独的设置压敏电阻芯片1的干燥步骤，即，在压敏电阻芯片1和引线4根部上涂覆硅橡胶和接下来的固化过程中，压敏电阻芯片1表面和引线4根部吸附的水分子会被硅橡胶涂层夺走并参与到硅橡胶裹封层2的固化反应中。固化过程结束后，压敏电阻芯片1表面已经被致密的硅橡胶裹封层2包裹，不再与空气接触，这种状态下的压敏电阻芯片1长时间放置后再进行下道步骤也不会对产品质量有影响，实现了产品的大批量生产，特别是夏季湿热的环境条件下的大批量生产，提高了生产设备的利用率和产品的生产效率，也降低了生产管理难度；在使用过程中，阻断了大气环境中水汽的渗入，有效的防止了压敏电阻器因为压敏电阻芯片受潮而导致的电参数下降，甚至报废的情况。

在使用中，最外层的绝缘裹封层3采用环氧树脂制成，具有良好的电气绝缘性能和较高的强度和硬度，能够保护内部的硅橡胶裹封层2、压敏电阻芯片1和电极5不受机械损伤，同时阻止了空气中水汽进入到压敏电阻器芯片上1；在温度循环变化的环境下，由于绝缘裹封层3、压敏电阻芯片1、电极5和电极引线4热膨胀系数不一致，导致在接触面之间形成微裂隙，但是在绝缘裹封层3与压敏电阻芯片1、电极5和电极引线4的根部之间拥有一层柔软、致密并且具有良好粘接性的硅橡胶裹封层2，能够牢固的粘结在压敏电阻芯片1、电极5和电极引线4的根部上，阻止了经绝缘裹封层3渗入的水汽，使压敏电阻芯片保持干燥。

对比例：

本对比例为：制造传统压敏电阻器。

传统压敏电阻器结构如图4所示，在压敏电阻芯片1两侧分别设置一块电极5，并在所述电极5上分别焊接一根电极引线4，然后用有机溶剂清洗焊接引线4时涂在压敏电阻芯片1和引线4上的助焊剂（若助焊剂为免清洗助焊剂，则不需要清洗），清洗完毕后放入120℃的温度下干燥2个小时，降温后将压敏电阻芯片和引线根部涂裹粉末环氧树脂，最后在150℃温度下固化1小时得到环氧树脂裹封层3，得到压敏电阻器。

在该压敏电阻器制造方法中，因为压敏电阻芯片1在降温过程中是容易重新吸附空气中的水汽而，特别是在湿热的夏季，严重的影响了干燥步骤的效果，所以焊接了引线4的压敏电阻芯片1在120℃高温下干燥2小时后，需尽快涂裹粉末环氧树脂，否则，生产的压敏电阻器由于漏电流不合格而产生的不合格产品就会大幅增加，严重情况下的批次不合格产品率甚至超过10%（正常情况下的批次不合格产品率在1%以内）。

在该压敏电阻器使用过程中，由于环氧树脂固化后的环氧树脂裹封层3内部存在许多微孔构成的缺陷，如果微孔之间贯通就会形成潮气侵入的通道，从而影响产品的防潮性能。另外固化后的环氧裹封层3变定收缩率小、制品尺寸稳定性好、硬度高、与压敏电阻芯片1之间没有粘接力，并且固化后的环氧树脂裹封层3与压敏电阻芯片1以及引线4之间的热膨胀系数都不一致，所以当环境温度变化循环后，之间会形成微裂隙，大气中的水汽会在毛细作用下从引线4根部或环氧树脂裹封层3的缺陷通道进入裂隙并积聚在压敏电阻内部，使压敏电阻芯片1受潮，严重的影响了产品的可靠性，特别是限制了压敏电阻器在潮湿环境中的使用。

将本发明的压敏电阻器与传统压敏电阻器在温度为40±2℃，相对湿度大于95%的环境中放置3000小时，每500小时测试一次电参数并记录。分别计算其压敏电压变化率=（△V1mA/V1mA）×100%，并记录，以压敏电压变化率衡量压敏电阻器的防潮性能。

根据美国国家标准《浪涌保护器压敏电阻IEEE标准测试规范》ANSI/IEEEC62.33-1982，规定压敏电阻器的压敏电压低于测试前的90%为失效，即压敏电阻的压敏电压变化率大于10%，则判定产品失效。

将得到的本发明的压敏电阻器的压敏电压变化率与传统压敏电阻器的压敏电压变化率数据绘制如图5所示的曲线图。

比较如图5所示的本发明的压敏电阻器的压敏电压变化率曲线a与传统压敏电阻器的压敏电压变化率曲线b，可知，在短时间内本发明的压敏电阻器与传统压敏电阻器都有良好的防潮性能，随着测试时间的增长，传统压敏电阻器的防潮性能急剧下降，到测试时间为2000小时左右的时候，传统压敏电阻器压敏电压变化率超过10%，即，压敏电阻器失效；而本发明的压敏电阻器在测试时间内都具有较稳定的并且良好的防潮性能。

通过实施例与对比例的比较，可知，本发明的压敏电阻器的防潮能力较传统压敏电阻器有大幅的提高。

Claims (10)

1.一种压敏电阻器，包括压敏电阻芯片、绝缘裹封层、电极和电极引线，所述压敏电阻芯片两侧分别设置一个电极并封裹在绝缘裹封层内，所述电极上各设置一根引线并穿过所述的绝缘裹封层延伸到绝缘裹封层外部，其特征在于，所述压敏电阻芯片与所述绝缘裹封层之间还设置有硅橡胶裹封层。

2.如权利要求1所述的一种压敏电阻器，其特征在于，所述绝缘裹封层为采用环氧树脂固化制得。

3.如权利要求1或2任意一项所述的一种压敏电阻器，其特征在于，所述硅橡胶裹封层为采用常温固化单组分硅橡胶制得。

4.如权利要求1所述的一种压敏电阻器，其特征在于，所述硅橡胶裹封层厚度为0.01～1mm。

5.如权利要求4所述的一种压敏电阻器，其特征在于，所述硅橡胶裹封层厚度为0.05～0.3mm。

6.一种制造权利要求1所述的压敏电阻器的方法，包含如下步骤：

焊接压敏电阻芯片引线；

浸涂硅橡胶；

固化硅橡胶；

涂裹粉末环氧树脂；

固化环氧树脂。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）和步骤（2）之间还设置有清洗除去助焊剂步骤。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述压敏电阻器制造方法步骤（2）中，所述硅橡胶为常温固化单组分硅橡胶。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述压敏电阻器制造方法步骤（3）中，所述固化硅橡胶为室内自然放置固化4小时以上。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述压敏电阻器制造方法步骤（5）中，所述固化环氧树脂为在温度150℃的环境下固化环氧树脂1小时。

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