CN102881389A - 压敏电阻器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种压敏电阻器，包括半导体陶瓷片、第一电极、第二电极和第三电极。第一电极和第二电极彼此相邻地设置于半导体陶瓷片的一个表面上，第三电极设置于半导体陶瓷片的与第一电极和第二电极相对的另一表面上。第一电极的材料按质量百分比包括：铝粉25.0~36.0%、银粉30.0~50.0%、三氧化二铋1.0~3.0%、硼硅酸玻璃粉1.5~5.0%、乙基纤维素3.0~6.0%、丁基二甘醇10.0~20.0%和萜烯油2.0~6.0%；第二电极的材料按质量百分比包括：银粉65.0~80.0%、硼硅酸玻璃粉1.0~5.0%、乙基纤维素3.0~8.0%、丁基二甘醇10.0~20.0%和萜烯油2.0~6.0%。第一电极与半导体陶瓷片之间表现出缓变型非线性，第二电极与半导体陶瓷片之间表现处突变型非线性，使压敏电阻器同时具备瞬态电压抑制器和连续噪声衰减器的功能。还提供一种压敏电阻器的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及电子元器件领域，特别是涉及一种压敏电阻器及其制备方法。
背景技术
压敏电阻器是在一定的电流电压范围内，电阻值随着对其施加的电压可变的器件。在较低的应用电压时，压敏电阻器充当一个传统的高阻值电阻器件并服从欧姆定律，当超过一定的阈值电压后，该电阻器件变得高度导电，在高电压时表现出低的阻抗。当压敏电阻器导电时，它钳位外加电压到指定的最大值，该值是设备可以承受的。凭借这些特性，压敏电阻器在电子产品中得到应用，保护电路远离瞬间过电压。在低电压时，压敏电阻器类似于一个陶瓷电容器，正因为如此，它可以当作处理连续噪声的滤波器的一部分。
压敏电阻器的瞬态电压功能和连续噪声衰减功能的强弱与其非线性系数有很大关系。非线性系数是描述压敏电阻器非线性强弱的电参数。通过实验可以建立起电流与电压的函数关系，从电流与电压的函数关系中可以看出这种非线性的强弱。测试压敏电阻器的电流与电压曲线的方法是：在其两端施加脉冲电压，脉冲的宽度应窄到不使压敏电阻器发热，测出并记下各电压值相对应的电流值，在坐标上描点连线，得到的伏安特性曲线，该曲线越陡，非线性越强。一般非线性系数用α值表示，α＝1/log10(E10/e1)。
按压敏电阻器非线性强弱来分，压敏电阻器可以分为突变型压敏电阻器和缓变型压敏电阻器。非线性系数α值在5.0以上的为突变型压敏电阻器，非线性系数α值在2.0~4.9的为缓变型压敏电阻器。压敏电阻器的伏安特性曲线理论分析表明，在消除大能量突变电压波形方面，突变型压敏电阻器优于缓变型压敏电阻器；在消除连续小能量的突变波形时，缓变型压敏电阻器的效果更佳。因此，要将压敏电阻器使用于滤波应用中，使它们能够完成双重角色—即瞬态电压抑制器和连续噪声衰减器，必须使压敏电阻器具有适当的非线性特性，使之同时具备突变型压敏电阻器和缓变型压敏电阻器的功能。
然而，压敏电阻器的非线性系数参数是由其瓷料系列配方和工艺确定的，现有的压敏电阻器都是一种非线性类型，要么是突变型压敏电阻器，要么是缓变型压敏电阻器。因此，现有的单个压敏电阻器难以同时具备瞬态电压抑制器和连续噪声衰减器的功能。当要将压敏电阻器应用于有连续噪声衰减和瞬态电压抑制的保护电路中，例如开关的滤波电路、继电器的保护电路、LED（LightEmitting Diode，发光二级管）的驱动电路时，必须要将突变型压敏电阻器和缓变型压敏电阻器这两种类型的压敏电阻器配套使用才能达到用以防护因电力供应系统的暂态电压突波可能对电路的伤害，才能达到最好的效果。这样一来，必然导致成本的提高。
发明内容
基于此，有必要提供一种同时具备瞬态电压抑制器和连续噪声衰减器的功能的压敏电阻器及其制备方法。
一种压敏电阻器，包括半导体陶瓷片、第一电极、第二电极和第三电极；其中，所述第一电极和第二电极彼此相邻地设置于所述半导体陶瓷片的一个表面上，所述第三电极设置于所述半导体陶瓷片的与所述第一电极和第二电极相对的另一表面上，所述第一电极的材料按质量百分比包括以下组分：铝粉25.0~36.0%、银粉30.0~50.0%、三氧化二铋1.0~3.0%、硼硅酸玻璃粉1.5~5.0%、乙基纤维素3.0~6.0%、丁基二甘醇10.0~20.0%和萜烯油2.0~6.0%；所述第二电极的材料按质量百分比包括以下组分：银粉65.0~80.0%、硼硅酸玻璃粉1.0~5.0%、乙基纤维素3.0~8.0%、丁基二甘醇10.0~20.0%和萜烯油2.0~6.0%。
在其中一个实施例中，所述第一电极的材料按质量百分比包括以下组分：铝粉36.0%、银粉34.5%、三氧化二铋3.0%、硼硅酸玻璃粉1.5%、乙基纤维素3.6%、丁基二甘醇17.3%和萜烯油4.1%。
在其中一个实施例中，所述第二电极的材料按质量百分比包括以下组分：银粉73.5%、硼硅酸玻璃粉1.5%、乙基纤维素3.6%、丁基二甘醇17.3%和萜烯油4.1%。
在其中一个实施例中，所述第三电极的材料按质量百分比包括以下组分：铝粉25.0~36.0%、银粉30.0~50.0%、三氧化二铋1.0~3.0%、硼硅酸玻璃粉1.5~5.0%、乙基纤维素3.0~6.0%、丁基二甘醇10.0~20.0%和萜烯油2.0~6.0%。
在其中一个实施例中，所述半导体陶瓷片的材料按质量百分比包括以下组分：钛酸锶68.0~82.0%、碳酸钡8.0~12.0%、碳酸钙6.0~11.0%、五氧化二铌0.6~1.5%、氧化镧0.2~1.2%、二氧化锰0.5~2.0%、二氧化硅1.0~5.0%、碳酸钠0.1~3.0%和碳酸锂0.1~3.0％。
在其中一个实施例中，还包括外壳、第一引脚、第二引脚和第三引脚；所述半导体陶瓷片、第一电极、第二电极和第三电极收容于所述外壳中；所述第一引脚穿过所述外壳并与所述第一电极电连接；所述第二引脚穿过所述外壳并与所述第二电极电连接；所述第三引脚穿过所述外壳并与所述第三电极电连接。
一种压敏电阻器的制备方法，包括如下步骤：
制备半导体陶瓷片；
按质量百分比混合下述组分得到第一电极浆料：铝粉25.0~36.0%、银粉30.0~50.0%、三氧化二铋1.0~3.0%、硼硅酸玻璃粉1.5~5.0%、乙基纤维素3.0~6.0%、丁基二甘醇10.0~20.0%和萜烯油2.0~6.0%；
采用丝网印刷将所述第一电极浆料印刷在所述半导体陶瓷片的一个表面上，干燥后形成第一电极浆料层；
按质量百分比混合下述组分得到第二电极浆料：银粉65.0~80.0%、硼硅酸玻璃粉1.0~5.0%、乙基纤维素3.0~8.0%、丁基二甘醇10.0~20.0%和萜烯油2.0~6.0%；
采用丝网印刷将所述第二电极浆料印刷在所述半导体陶瓷片的所述第一电极浆料层所在的表面上，干燥后形成第二电极浆料层，所述第二电极浆料层与所述第一电极浆料层彼此相邻；
采用丝网印刷将第三电极浆料印刷在所述半导体陶瓷片的与所述第一电极浆料层和第二电极浆料层相对的另一表面上，干燥后形成第三电极浆料层；及
将所述形成有第一电极浆料层、第二电极浆料层和第三电极浆料层的半导体陶瓷片于650℃~700℃下烧结0.15~0.3小时，在所述半导体陶瓷片的一个表面上形成第一电极和第二电极，在与第一电极和第二电极相对的另一表面上形成第三电极，得到压敏电阻器。
在其中一个实施例中，所述制备半导体陶瓷片的方法为：
按质量百分比混合下述组分得到混合物：钛酸锶68.0~82.0%、碳酸钡8.0~12.0%、碳酸钙6.0~11.0%、五氧化二铌0.6~1.5%、氧化镧0.2~1.2%、二氧化锰0.5~2.0%、二氧化硅1.0~5.0%、碳酸钠0.1~3.0%和碳酸锂0.1~3.0%；
将所述混合物研磨后采用干粉压制工艺压制成生片；
将所述生片在强还原性气氛中、于1200℃~1400℃下烧结16~25小时；
将所述烧结后的生片在空气气氛中、于800℃~1000℃下热处理2~4小时得到所述半导体陶瓷片。
在其中一个实施例中，所述干燥的方法为于150℃~250℃下干燥0.2~0.5小时。
在其中一个实施例中，还包括封装的步骤，所述封装的步骤为分别将第一引脚、第二引脚和第三引脚的一端固定于外壳内部，另一端伸出外壳，然后将所述形成有第一电极、第二电极和第三电极的半导体陶瓷片收容于所述外壳中，使所述第一引脚、第二引脚和第三引脚位于所述外壳的内部的一端分别与所述第一电极、第二电极和第三电极相抵接。
上述压敏电阻器的第一电极与第三电极组成一个电气单元，第二电极与第三电极组成另一个电气单元。第一电极由含有质量百分比为25.0~36.0%的铝粉的材料形成，使得第一电极与半导体陶瓷片之间没有高阻层，表现出来的非线性系数特性是半导体陶瓷片本身的晶粒晶界间的非线性系数特性，为缓变型的非线性；第二电极由含有质量百分比为65.0~80.0%的银粉的材料形成，其与半导体陶瓷片之间形成极化势垒阻挡层，使电压电流关系呈现非线性，这种非线性为突变型的非线性，从而使得压敏电阻同时具备瞬态电压抑制器和连续噪声衰减器的功能。
附图说明
图1为一实施方式的压敏电阻器的结构示意图；
图2为图1所示的压敏电阻器的剖视图；
图3为图1所示的压敏电阻器的另一个角度的结构示意图；
图4为图1所示的外壳的剖视图；
图5为图1所示的压敏电阻器的半导体陶瓷片的结构示意图；
图6为图5所示的压敏电阻器的俯视图；
图7为图5所示的压敏电阻器的仰视图；
图8为图1所示的压敏电阻器的应用示意图；
图9为一实施方式的压敏电阻器的制备方法流程图；
图10为实施例1的压敏电阻器的伏安特性曲线。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
请一并参阅图1和图2，一实施方式的压敏电阻器100，包括外壳10、半导体陶瓷片20、第一引脚30、第二引脚40和第三引脚50。
请同时参阅图3，外壳10大致为长方体壳体，包括一端开口的外壳主体12和尾盖14。尾盖14可拆卸地设置于外壳主体12上，用于密封或打开外壳主体12的开口。
外壳主体12与尾盖14相对的一侧开设有第一接线孔（图未示）、第二接线孔（图未示）和第三接线孔（图未示）。第一接线孔、第二接线孔和第三接线孔大致呈三角形分布。
请同时参阅图4，外壳主体12的内壁上形成有第一滑槽122、第二滑槽124和第三滑槽126。第一滑槽122和第二滑槽124位于外壳主体12的同一侧，第三滑槽126位于外壳主体12的与所述第一滑槽122和第二滑槽124相对的一侧。
外壳10的材料为绝缘的阻燃塑料，如阻燃聚乙烯(PE)、阻燃聚苯乙烯(PS)等，以使外壳10具有较好的耐高温性能，提高使用的安全性。
请同时参阅图5和图6，半导体陶瓷片20为具有一定厚度为圆形片。可以理解，在其他实施方式中，半导体陶瓷片20可以根据需要为方形或其他异型片状。
半导体陶瓷片20为钛酸锶半导体陶瓷片，其材料按质量百分比包括以下组分：钛酸锶(SrTiO3)68.0~82.0%、碳酸钡(BaCO3)8.0~12.0%、碳酸钙(CaCO3)6.0~11.0%、五氧化二铌(Nb2O5)0.6~1.5%、氧化镧(La2O3)0.2~1.2%、二氧化锰(MnO2)0.5~2.0%、二氧化硅(SiO2)1.0~5.0%、碳酸钠(Na2CO3)0.1~3.0%和碳酸锂(LiCO3)0.1~3.0%。
五氧化二铌为半导化剂。五氧化二铌能使半导体陶瓷片20晶粒电阻率降低，但过多的五氧化二铌反而会阻碍电子的运动，所以五氧化二铌的质量百分比优选为0.6~1.5%。
碳酸钙和二氧化硅为助烧剂。
氧化镧有利于降低介电损耗，提高压敏电阻器100的非线性系数。
半导体陶瓷片20的材料包含有碳酸钠和碳酸锂这两种碱性金属化合物，有利于提高半导体陶瓷片20的非线性系数。
优选地，半导体陶瓷片20的材料按质量百分比包括以下组分：钛酸锶76.5%、碳酸钡10.5%、碳酸钙8.0%、五氧化二铌0.6%、氧化镧0.2%、二氧化锰1.0%、二氧化硅3.0%、碳酸钠0.1%和碳酸锂0.1％。
半导体陶瓷片20的一个表面上设置有彼此相邻的第一电极22和第二电极24。第一电极22和第二电极24之间互不接触，以避免相互影响。
请同时参阅图7，半导体陶瓷片20的与第一电极22和第二电极24相对的另一个表面上设置有第三电极26。
第一电极22的材料按质量百分比包括以下组分：铝粉(Al)25.0~36.0%、银粉(Ag)30.0~50.0%、三氧化二铋(Bi2O3)1.0~3.0%、硼硅酸玻璃粉1.5~5.0%、乙基纤维素(EC)3.0~6.0%、丁基二甘醇10.0~20.0%和萜烯油2.0~6.0%。
其中，硼硅酸玻璃粉为氧化锌(ZnO)、二氧化硅(SiO2)和氧化硼(B2O3)按质量比为1:1∶1混合的混合物。
优选地，上述组分按质量百分比优选为铝粉36.0%、银粉34.5%、三氧化二铋3.0%、硼硅酸玻璃粉1.5%、乙基纤维素3.6%、丁基二甘醇17.3%和萜烯油4.1%。
第一电极22的材料中的含有金属铝，由于铝是强还原性金属，它会夺取半导体陶瓷片20表面的化学吸附氧，中和空间电荷层和破坏半导体陶瓷片20表面氧吸附层，从而消除高阻层，形成欧姆接触。
第一电极22的厚度为8~10纳米。
第二电极24的材料按质量百分比包括以下组分：银粉65.0~80.0%、硼硅酸玻璃粉1.0~5.0%、乙基纤维素3.0~8.0%、丁基二甘醇10.0~20.0%和萜烯油2.0~6.0%。
其中，硼硅酸玻璃粉为氧化锌、二氧化硅和氧化硼按质量比为1:1:1混合的混合物。
优选地，上述组分按质量百分比优选为银粉73.5%、硼硅酸玻璃粉1.5%、乙基纤维素3.6%、丁基二甘醇17.3%和萜烯油4.1%。
第二电极24的材料的主要成分为金属银，银的性质较稳定，第二电极24的材料的生成热较小，不易被氧化，故而第二电极24不能消除半导体陶瓷片20表面吸附的氧，并且在烧结形成第二电极24时大气中氧分压较高，吸附的氧不会向外界扩散，相反，外界氧还有再被吸附的可能。第二电极24与半导体陶瓷片20之间就存在一个极化势垒，从而造成了第二电极24与半导体陶瓷片20的非欧姆接触。
第二电极24的厚度为4~6纳米。
第三电极26可以为银锌电极、铜电极、镍电极或铝电极。
优选地，第三电极26为铝电极，其材料与第一电极22的材料相同。更优选地，第三电极26的材料按质量百分比包括下述组分：
铝粉36.0%、银粉34.5%、三氧化二铋3.0%、硼硅酸玻璃粉1.5%、乙基纤维素3.6%、丁基二甘醇17.3%和萜烯油4.1%。
第三电极26的厚度为8~10纳米。
设置有第一电极22、第二电极24和第三电极26的半导体陶瓷片20收容于外壳10中。
第一引脚30的一端固定于外壳本体12的内部的第一滑槽122中，并与第一电极22抵接，另一端从第一接线孔伸出壳体10外部，用于与外界电路连接。
第二引脚40的一端固定于外壳本体12的内部的第二滑槽124中，并与第二电极24抵接，另一端从第二接线孔伸出壳体10外部，用于与外部电路连接。
第三引脚50的一端固定于外壳本体12的内部的第三滑槽126中，并与第三电极26抵接，另一端从第三接线孔伸出壳体10外部，用于与外部电路连接。
第一引脚30、第二引脚40和第三引脚50的材料为弹性金属，优选为不锈钢或磷铜。
通过第一电极22、第二电极24和第三电极26分别与第一引脚30、第二引脚40和第三引脚50的抵接，利用第一电极22、第二电极24和第三电极26的弹性使半导体陶瓷片20固定于外壳10的内部，并与第一引脚30、第二引脚40和第三引脚50实现电气连接。
压敏电阻器100工作时，第一电极22、第一引脚30、第三电极26、第三引脚50与外部电路组成一个电气回路。第二电极24、第二引脚40、第三电极26、第三引脚50与外部电路组成另一个电气回路。两个电气回路相互独立。
压敏电阻器100在半导体陶瓷片20的一个表面上设置第一电极22和第二电极24，在相对的另一个表面上设置第三电极26，从而形成两个独立的电气回路。由于第一电极22由含有质量百分比为25.0~36.0%的铝粉的上述材料形成，使得第一电极22与半导体陶瓷片20之间形成欧姆接触。由于第二电极24由含有质量百分比为65.0~80.0%的银粉的上述材料形成，使得第二电极24与与半导体陶瓷片20之间为非欧姆接触。因而，两个独立的电气回路分别具有缓变型非线性系数和突变型非线性系数，使得压敏电阻器100同时具有缓变型和突变型的两种电流电压非线性特性输出，同时具备瞬态电压抑制器和连续噪声衰减器的功能。
因此，一个压敏电阻器100能够实现两种功能，其在电路应用和设计上有利于节省用料减少成本。
突变型压敏电阻器具有较强的消除大能量突变电压波形功能，而缓变型压敏电阻器能够消除连续小能量突变波形。因此，压敏电阻器100在消除大能量突变电压波形方面与在消除连续小能量的突变波形时都有较佳的效果。
在优选的方案中，第三电极26和第一电极22选用相同的材料，不仅使压敏电阻器100获得较好的非线性特性，并且，相对于镍电极、银锌电极来说，第三电极26采用上述材料，成本较低，有利于降低压敏电阻器100的价格。第一电极22和第三电极26由上述材料烧结形成，上述材料的烧结温度可以达到600℃以上，在600℃以上的温度进行烧结，有利于提高第一电极22和第三电极26分别与半导体陶瓷片20之间的结合强度。
压敏电阻器100应用于电路中时，使用方式如图8所示。其中，A为第二电极24、B为第三电极26、C为第一电极22。
电路可以为开关的滤波电路、继电器的保护电路、模拟开关电路及LED驱动电路等。
可以理解，在其他实施方式中，外壳10、第一引脚30、第二引脚40和第三引脚50可以省略。将第一电极22、第二电极24和第三电极26与外部电路连接即可。
外壳10的设置，有利于保护压敏电阻器100。
由于第一电极22和第三电极26含有金属铝，故两者不可焊接。而第二电极24的厚度仅为4~6微米，故在焊接时，焊剂、金属锡等会渗透第二电极24的电极层，与半导体陶瓷片20表面吸附的氧接触。锡较易与氧发生反应，从而可消除由于表面极化所产生的势垒。所以就会使第二电极24部分的非线性系数降低。采用外壳10、第一引脚30、第二引脚40和第三电极50进行装配，利用第一引脚30、第二引脚40和第三引脚50的弹性分别与第一电极22、第二电极24和第三电极26抵接实现电气连接，避免了后续加工对半导体陶瓷芯片20的性能的劣化影响。并且，外壳10、第一引脚30、第二引脚40和第三引脚50的结构简单，装配时操作方便，且在产品失效时能有效防止爆裂时碎片飞绽，使用安全。
上述具有缓变型和突变型两种非线性特性的压敏电阻器100能够解决普通单一非线性型压敏电阻在应用于开关的滤波电路、继电器的保护电路、LED的驱动电路等时，为了提高电路可靠性而使用两种（两只或两只以上数量）不同非线性类型的压敏电阻器的高成本与电路复杂的问题，大大降低了成本，简化了电路。
请参阅图9，一实施方式的压敏电阻的制备方法，包括如下步骤：
步骤S110：制备半导体陶瓷片。
首先按质量百分比混合下述组分得到混合物：钛酸锶68.0~82.0%、碳酸钡8.0~12.0%、碳酸钙6.0~11.0%、五氧化二铌0.6~1.5%、氧化镧0.2~1.2%、二氧化锰0.5~2.0%、二氧化硅1.0~5.0%、碳酸钠0.1~3.0%和碳酸锂0.1~3.0％。
在优选的实施方式中，上述各组分的质量百分比优选为钛酸锶76.5%、碳酸钡10.5%、碳酸钙8.0%、五氧化二铌0.6%、氧化镧0.2%、二氧化锰1.0%、二氧化硅3.0%、碳酸钠0.1%和碳酸锂0.1％。
将该混合物研磨后采用干粉压制工艺压制成生片。利用按产品尺寸设计的模具把上述混合物压制出瓷体坯片。采用成型压力为25MPa。干压成直径13mm、厚度1.6mm的圆形生片。
可以理解，在其他实施方式中，生片的大小和形状可以根据需要调整。
将该圆形生片在强还原性气氛中、于1200℃~1400℃下烧结16~25小时。强还原性气氛优选为由液氨分解获得的强还原性气氛，为氢气(H2)和氮气(N2)按体积比5~10:90~95混合得到强还原气氛。
在强还原气氛中烧结使晶粒半导体化。
将烧结后的圆形生片在空气气氛中、于800℃~1000℃下热处理2~4小时。
在空气气氛中高温处理的目的是使晶界绝缘化。
半导体陶瓷片的微观结构包括半导体化晶粒和绝缘化晶界，在强还原气氛中烧结使晶粒半导体化，在空气气氛中高温处理是晶界绝缘化后得到半导体陶瓷片。
在空气气氛中高温处理时，圆形生片的表面会吸附氧，并不断沿晶界向内部扩散。圆形生片表面吸附的氧与晶粒表面的电子产生极化作用，使电子被束缚，从而使表面载流子浓度减少，使得半导体陶瓷片表面形成空间电荷层。如果这一空间电荷层不被消除就会在电极与半导体之间形成一势垒。
步骤S120：按质量百分比混合下述组分得到第一电极浆料：铝粉25.0~36.0%、银粉30.0~50.0%、三氧化二铋1.0~3.0%、硼硅酸玻璃粉1.5~5.0%、乙基纤维素3.0~6.0%、丁基二甘醇10.0~20.0%和萜烯油2.0~6.0%。
第一电极浆料的组成按质量百分比优选为铝粉36.0%、银粉34.5%、三氧化二铋3.0%、硼硅酸玻璃粉1.5%、乙基纤维素3.6%、丁基二甘醇17.3%和萜烯油4.1%。
步骤S130：采用丝网印刷将第一电极浆料印刷在半导体陶瓷片的一个表面上，干燥后形成第一电极浆料层。
干燥的方法为于150℃~250℃下干燥0.2~0.5小时。干燥后在半导体陶瓷片的一个表面上形成第一电极浆料层。
步骤S140：按质量百分比混合下述组分得到第二电极浆料：银粉65.0~80.0%、硼硅酸玻璃粉1.0~5.0%、乙基纤维素3.0~8.0%、丁基二甘醇10.0~20.0%和萜烯油2.0~6.0%。
第二电极浆料的组成按质量百分比优选为银粉73.5%、硼硅酸玻璃粉1.5%、乙基纤维素3.6%、丁基二甘醇17.3%和萜烯油4.1%。
步骤S150：采用丝网印刷将第二电极浆料印刷在半导体陶瓷片的第一电极浆料层所在的表面上，干燥后形成第二电极浆料层，第二电极浆料层与第一电极浆料层彼此相邻。
第一电极浆料层和第二电极浆料层彼此相邻地层叠于半导体陶瓷片的同一表面上，且第一电极浆料层和第二电极浆料层之间形成有间隔，互不接触。
干燥的方法为于150℃~250℃下干燥0.2~0.5小时。
步骤S160：采用丝网印刷将第三电极浆料印刷在半导体陶瓷片的与第一电极浆料层和第二电极浆料层相对的另一表面上，干燥后形成第三电极浆料层。
第三电极浆料层的材料按质量百分比优选为：铝粉36.0%、银粉34.5%、三氧化二铋3.0%、硼硅酸玻璃粉1.5%、乙基纤维素3.6%、丁基二甘醇17.3%和萜烯油4.1%。
干燥的方法为于150℃~250℃下干燥0.2~0.5小时。
步骤S170：将形成有第一电极浆料层、第二电极浆料层和第三电极浆料层的半导体陶瓷片于650℃~700℃下烧结0.15~0.3小时，在半导体陶瓷片的一个表面上形成第一电极和第二电极，在与第一电极和第二电极相对的另一表面上形成第三电极，得到压敏电阻器。
第一电极能够中和半导体陶瓷片表面的空间电荷层和破坏氧吸附层，从而消除高阻层，形成欧姆接触。
优选地，还包括封装的步骤。打开外壳的尾盖，分别将第一引脚、第二引脚和第三引脚的一端固定于外壳内部的第一滑槽、第二滑槽和第三滑槽，另一端伸出外壳；然后将形成有第一电极、第二电极和第三电极的半导体陶瓷片收容于外壳中，使第一引脚、第二引脚和第三引脚位于外壳的内部的一端分别与第一电极、第二电极和第三电极相抵接；盖上尾盖，完成封装。
封装有利于保护半导体陶瓷片、第一电极、第二电极和第三电极，并提高使用的安全性。
上述压敏电阻器的制备方法在半导体陶瓷片的一个表面上形成欧姆特性的第一电极和非欧姆特性的第二电极，在相对的另一表面上形成公共电极，即第三电极，使得同一个半导体陶瓷片元件中集合了缓变型和突变型两者非线性系数电性能单元，同时具有缓变型和突变型的两种电流电压非线性特性，使用在滤波应用电路中时，使其能够完成双重角色——即连续噪声衰减和瞬态电压抑制器作用。
以下为具体实施例。
实施例1
1、制备半导体陶瓷片
按质量百分比将以下组分混合得到混合物：钛酸锶76.5%、碳酸钡10.5%、碳酸钙8.0%、五氧化二铌0.6%、氧化镧0.2%、二氧化锰1.0%、二氧化硅3.0%、碳酸钠0.1%和碳酸锂0.1％。
采用干粉压制工艺将上述混合物压制成圆形生片。压制的压力为25MPa，圆形生片的直径为13mm、厚度为1.6mm。
将上述圆形生片在由氢气(H2)和氮气(N2)按体积比5:95混合得到的强还原性气氛中、于1200℃下烧结25小时。
将上述烧结后的圆形生片在空气气氛中、于800℃下热处理4小时，得到半导体陶瓷芯片。
2、制备压敏电阻器
按质量百分比混合下述组分得到第一电极浆料：铝粉36.0%、银粉34.5%、三氧化二铋3.0%、硼硅酸玻璃粉1.5%、乙基纤维素3.6%、丁基二甘醇17.3%和萜烯油4.1%。采用丝网印刷将第一电极浆料印刷在上述半导体陶瓷片的一个表面上，于150℃下干燥0.5小时后在半导体陶瓷片的一个表面上形成第一电极浆料层。
按质量百分比混合下述组分得到第二电极浆料：银粉73.5%、硼硅酸玻璃粉1.5%、乙基纤维素3.6%、丁基二甘醇17.3%和萜烯油4.1%。采用丝网印刷将第二电极浆料印刷在半导体陶瓷片的第一电极浆料层所在的表面上，于150℃下干燥0.5小时后在半导体陶瓷片的第一电极浆料层所在的表面上形成第二电极浆料层，第二电极浆料层和第一电极浆料层彼此相邻。
按质量百分比混合下述组分得到第三电极浆料：铝粉36%、银粉34.5%、三氧化二铋3%、硼硅酸玻璃粉1.5%、乙基纤维素3.6%、丁基二甘醇17.3%和萜烯油4.1%。采用丝网印刷将第三电极浆料印刷在上述半导体陶瓷片的与第一电极浆料层和第二电极浆料层相对的另一个表面上，于150℃下干燥0.5小时后形成第三电极浆料层。
将形成有第一电极浆料层、第二电极浆料层和第三电极浆料层的半导体陶瓷片于650℃下烧结0.3小时，在半导体陶瓷片的一个表面上形成第一电极和第二电极，在相对的另一个表面上形成第三电极。
分别将第一引脚、第二引脚和第三引脚的一端固定于外壳的第一滑槽、第二滑槽和第三滑槽中，另一端伸出外壳。将表面上形成有第一电极、第二电极和第三电极的半导体陶瓷片收容于外壳中，使第一引脚、第二引脚和第三引脚位于外壳内部的一端分别与第一引脚、第二引脚和第三引脚抵接，盖上尾盖，封装得到压敏电阻器。
图8为实施例1的压敏电阻器的伏安特性曲线。其中，I曲线为第二电极与第三电极形成的电气回路的伏安特性曲线，II曲线为第一电极与第三电极形成的电气回路的伏安特性曲线。
由图8看出，曲线I中，当电压超过某一阈值时，其电流急剧增大，几乎呈直线上升，表现出突变型非线性特性。曲线II中，电流随电压的增加，缓慢增加，表现出缓变型非线性特性。因此，实施例1的压敏电阻器同时具备瞬态电压抑制器和连续噪声衰减器的功能。
表1为实施例1的压敏电阻器的技术性能指标。额定工作电压用U表示，第一电极与第三电极之间的压敏电压用U1表示，第二电极与第三电极之间的压敏电压用U2表示，第一电极与第三电极形成的电气单元的非线性系数用α1表示，第二电极与第三电极形成的电气单元的非线性系数用α2表示。
α1的值为3.6，在2.0~4.9之间，具有缓变特性。α2的值为7.5，在5.0以上，具有突变特性。
由表1可看出，实施例1的压敏电阻器具有缓变特性和突变特性，从而具备突变型压敏电阻器和缓变型压敏电阻器两种功能。
表1实施例1的压敏电阻器的技术性能指标
| U | U1 | U2 | α1 | α2 |
| AC60V | 86V | 110V | 3.6 | 7.5 |
实施例2
1、制备半导体陶瓷片
按质量百分比将以下组分混合得到混合物：钛酸锶68.0%、碳酸钡12.0%、碳酸钙11.0%、五氧化二铌1.5%、氧化镧0.3%、二氧化锰2.0%、二氧化硅5.0%、碳酸钠0.1%和碳酸锂0.1％。
采用干粉压制工艺将上述混合物压制成圆形生片。压制的压力为25MPa，圆形生片的直径为15mm、厚度为1.6mm。
将上述圆形生片在由氢气(H2)和氮气(N2)按体积比10:90混合得到的强还原性气氛中、于1400℃下烧结16小时。
将上述烧结后的圆形生片在空气气氛中、于1000℃下热处理2小时，得到半导体陶瓷芯片。
2、制备压敏电阻器
按质量百分比混合下述组分得到第一电极浆料：铝粉25.0%、银粉50.0%、三氧化二铋5.0%、硼硅酸玻璃粉5.0%、乙基纤维素3.0%、丁基二甘醇10.0%和萜烯油2.0%。采用丝网印刷将第一电极浆料印刷在上述半导体陶瓷片的一个表面上，于250℃下干燥0.2小时后在半导体陶瓷片的一个表面上形成第一电极浆料层。
按质量百分比混合下述组分得到第二电极浆料：银粉65.0%、硼硅酸玻璃粉5.0%、乙基纤维素8.0%、丁基二甘醇20.0%和萜烯油2.0%。采用丝网印刷将第二电极浆料印刷在半导体陶瓷片的第一电极浆料层所在的表面上，于250℃下干燥0.2小时后在半导体陶瓷片的第一电极浆料层所在的表面上形成第二电极浆料层，第二电极浆料层和第一电极浆料层彼此相邻。
按质量百分比混合下述组分得到第三电极浆料：铝粉25.0%、银粉50.0%、三氧化二铋5.0%、硼硅酸玻璃粉5.0%、乙基纤维素3.0%、丁基二甘醇10.0%和萜烯油2.0%。采用丝网印刷将第三电极浆料印刷在上述半导体陶瓷片的与第一电极浆料层和第二电极浆料层相对的另一个表面上，于250℃下干燥0.2小时后形成第三电极浆料层。
将形成有第一电极浆料层、第二电极浆料层和第三电极浆料层的半导体陶瓷片于700℃下烧结0.15小时，在半导体陶瓷片的一个表面上形成第一电极和第二电极，在相对的另一个表面上形成第三电极，得到压敏电阻器。
分别将第一引脚、第二引脚和第三引脚的一端固定于外壳的第一滑槽、第二滑槽和第三滑槽中，另一端伸出外壳。将表面上形成有第一电极、第二电极和第三电极的半导体陶瓷片收容于外壳中，使第一引脚、第二引脚和第三引脚位于外壳内部的一端分别与第一引脚、第二引脚和第三引脚抵接，盖上尾盖，封装得到压敏电阻器。
表2为实施例2的压敏电阻器的技术性能指标。额定工作电压用U表示，第一电极与第三电极之间的压敏电压用U1表示，第二电极与第三电极之间的压敏电压用U2表示，第一电极与第三电极形成的电气单元的非线性系数用α1表示，第二电极与第三电极形成的电气单元的非线性系数用α2表示。
α1的值为3.0，在2.0~4.9之间，具有缓变特性。α2的值为6.8，在5.0以上，具有突变特性。
由表2可看出，实施例2的压敏电阻器具有缓变特性和突变特性，从而具备突变型压敏电阻器和缓变型压敏电阻器两种功能。
表2实施例2的压敏电阻器的技术性能指标
| U | U1 | U2 | α1 | α2 |
| AC60V | 80V | 120V | 3.0 | 6.8 |
实施例3
1、制备半导体陶瓷片
按质量百分比将以下组分混合得到混合物：钛酸锶82.0%、碳酸钡8.0%、碳酸钙6.0%、五氧化二铌0.7%、氧化镧1.2%、二氧化锰0.5%、二氧化硅1.0%、碳酸钠0.3%和碳酸锂0.3％。
采用干粉压制工艺将上述混合物压制成圆形生片。压制的压力为25MPa，圆形生片的直径为20mm、厚度为2.0mm。
将上述圆形生片在由氢气(H2)和氮气(N2)按体积比8:92混合得到的强还原性气氛中、于1300℃下烧结20小时。
将上述烧结后的圆形生片在空气气氛中、于900℃下热处理3小时，得到半导体陶瓷芯片。
2、制备压敏电阻器
按质量百分比混合下述组分得到第一电极浆料：铝粉35.5%、银粉30.0%、三氧化二铋1.0%、硼硅酸玻璃粉1.5%、乙基纤维素6.0%、丁基二甘醇20.0%和萜烯油6.0%。采用丝网印刷将第一电极浆料印刷在上述半导体陶瓷片的一个表面上，于250℃下干燥0.2小时后形成第一电极浆料层。
按质量百分比混合下述组分得到第二电极浆料：银粉80.0%、硼硅酸玻璃粉1.0%、乙基纤维素3.0%、丁基二甘醇10.0%和萜烯油6.0%。采用丝网印刷将第二电极浆料印刷在半导体陶瓷片的第一电极浆料层所在的表面上，于200℃下干燥0.3小时后在半导体陶瓷片的第一电极浆料层所在的表面上形成第二电极浆料层，第二电极浆料层和第一电极浆料层彼此相邻。
按质量百分比混合下述组分得到第三电极浆料：铝粉35.5%、银粉30.0%、三氧化二铋1.0%、硼硅酸玻璃粉1.5%、乙基纤维素6.0%、丁基二甘醇20.0%和萜烯油6.0%。采用丝网印刷将第三电极浆料印刷在上述半导体陶瓷片的与第一电极浆料层和第二电极浆料层相对的另一个表面上，于200℃下干燥0.3小时后形成第三电极浆料层。
将形成有第一电极浆料层、第二电极浆料层和第三电极浆料层的半导体陶瓷片于680℃下烧结0.2小时，在半导体陶瓷片的一个表面上形成第一电极和第二电极，在相对的另一个表面上形成第三电极，得到压敏电阻器。
分别将第一引脚、第二引脚和第三引脚的一端固定于外壳的第一滑槽、第二滑槽和第三滑槽中，另一端伸出外壳。将表面上形成有第一电极、第二电极和第三电极的半导体陶瓷片收容于外壳中，使第一引脚、第二引脚和第三引脚位于外壳内部的一端分别与第一引脚、第二引脚和第三引脚抵接，盖上尾盖，封装得到压敏电阻器。
表3为实施例3的压敏电阻器的技术性能指标。额定工作电压用U表示，第一电极与第三电极之间的压敏电压用U1表示，第二电极与第三电极之间的压敏电压用U2表示，第一电极与第三电极形成的电气单元的非线性系数用α1表示，第二电极与第三电极形成的电气单元的非线性系数用α2表示。
α1的值为4.5，在2.0~4.9之间，具有缓变特性。α2的值为7.2，在5.0以上，具有突变特性。
由表3可看出，实施例3的压敏电阻器具有缓变特性和突变特性，从而具备突变型压敏电阻器和缓变型压敏电阻器两种功能。
表3实施例3的压敏电阻器的技术性能指标
| U | U1 | U2 | α1 | α2 |
| AC60V | 90V | 100V | 4.5 | 7.2 |
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种压敏电阻器，其特征在于，包括半导体陶瓷片、第一电极、第二电极和第三电极；其中，所述第一电极和第二电极彼此相邻地设置于所述半导体陶瓷片的一个表面上，所述第三电极设置于所述半导体陶瓷片的与所述第一电极和第二电极相对的另一表面上，所述第一电极的材料按质量百分比包括以下组分：铝粉25.0~36.0%、银粉30.0~50.0%、三氧化二铋1.0~3.0%、硼硅酸玻璃粉1.5~5.0%、乙基纤维素3.0~6.0%、丁基二甘醇10.0~20.0%和萜烯油2.0~6.0%；所述第二电极的材料按质量百分比包括以下组分：银粉65.0~80.0%、硼硅酸玻璃粉1.0~5.0%、乙基纤维素3.0~8.0%、丁基二甘醇10.0~20.0%和萜烯油2.0~6.0%。
2.根据权利要求1所述的压敏电阻器，其特征在于，所述第一电极的材料按质量百分比包括以下组分：铝粉36.0%、银粉34.5%、三氧化二铋3.0%、硼硅酸玻璃粉1.5%、乙基纤维素3.6%、丁基二甘醇17.3%和萜烯油4.1%。
3.根据权利要求1所述的压敏电阻器，其特征在于，所述第二电极的材料按质量百分比包括以下组分：银粉73.5%、硼硅酸玻璃粉1.5%、乙基纤维素3.6%、丁基二甘醇17.3%和萜烯油4.1%。
4.根据权利要求1所述的压敏电阻器，其特征在于，所述第三电极的材料按质量百分比包括以下组分：铝粉25.0~36.0%、银粉30.0~50.0%、三氧化二铋1.0~3.0%、硼硅酸玻璃粉1.5~5.0%、乙基纤维素3.0~6.0%、丁基二甘醇10.0~20.0%和萜烯油2.0~6.0%。
5.根据权利要求1所述的压敏电阻器，其特征在于，所述半导体陶瓷片的材料按质量百分比包括以下组分：钛酸锶68.0~82.0%、碳酸钡8.0~12.0%、碳酸钙6.0~11.0%、五氧化二铌0.6~1.5%、氧化镧0.2~1.2%、二氧化锰0.5~2.0%、二氧化硅1.0~5.0%、碳酸钠0.1~3.0%和碳酸锂0.1~3.0％。
6.根据权利要求1所述的压敏电阻器，其特征在于，还包括外壳、第一引脚、第二引脚和第三引脚；所述半导体陶瓷片、第一电极、第二电极和第三电极收容于所述外壳中；所述第一引脚穿过所述外壳并与所述第一电极电连接；所述第二引脚穿过所述外壳并与所述第二电极电连接；所述第三引脚穿过所述外壳并与所述第三电极电连接。
7.一种压敏电阻器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
制备半导体陶瓷片；
按质量百分比混合下述组分得到第一电极浆料：铝粉25.0~36.0%、银粉30.0~50.0%、三氧化二铋1.0~3.0%、硼硅酸玻璃粉1.5~5.0%、乙基纤维素3.0~6.0%、丁基二甘醇10.0~20.0%和萜烯油2.0~6.0%；
采用丝网印刷将所述第一电极浆料印刷在所述半导体陶瓷片的一个表面上，干燥后形成第一电极浆料层；
按质量百分比混合下述组分得到第二电极浆料：银粉65.0~80.0%、硼硅酸玻璃粉1.0~5.0%、乙基纤维素3.0~8.0%、丁基二甘醇10.0~20.0%和萜烯油2.0~6.0%；
采用丝网印刷将所述第二电极浆料印刷在所述半导体陶瓷片的所述第一电极浆料层所在的表面上，干燥后形成第二电极浆料层，所述第二电极浆料层与所述第一电极浆料层彼此相邻；
采用丝网印刷将第三电极浆料印刷在所述半导体陶瓷片的与所述第一电极浆料层和第二电极浆料层相对的另一表面上，干燥后形成第三电极浆料层；及
将所述形成有第一电极浆料层、第二电极浆料层和第三电极浆料层的半导体陶瓷片于650℃~700℃下烧结0.15~0.3小时，在所述半导体陶瓷片的一个表面上形成第一电极和第二电极，在与第一电极和第二电极相对的另一表面上形成第三电极，得到压敏电阻器。
8.根据权利要求7所述的压敏电阻器的制备方法，其特征在于，所述制备半导体陶瓷片的方法为：
按质量百分比混合下述组分得到混合物：钛酸锶68.0~82.0%、碳酸钡8.0~12.0%、碳酸钙6.0~11.0%、五氧化二铌0.6~1.5%、氧化镧0.2~1.2%、二氧化锰0.5~2.0%、二氧化硅1.0~5.0%、碳酸钠0.1~3.0%和碳酸锂0.1~3.0%；
将所述混合物研磨后采用干粉压制工艺压制成生片；
将所述生片在强还原性气氛中、于1200℃~1400℃下烧结16~25小时；
将所述烧结后的生片在空气气氛中、于800℃~1000℃下热处理2~4小时得到所述半导体陶瓷片。
9.根据权利要求7所述的压敏电阻器的制备方法，其特征在于，所述干燥的方法为于150℃~250℃下干燥0.2~0.5小时。
10.根据权利要求7所述的压敏电阻器的制备方法，其特征在于，还包括封装的步骤，所述封装的步骤为分别将第一引脚、第二引脚和第三引脚的一端固定于外壳内部，另一端伸出外壳，然后将所述形成有第一电极、第二电极和第三电极的半导体陶瓷片收容于所述外壳中，使所述第一引脚、第二引脚和第三引脚位于所述外壳的内部的一端分别与所述第一电极、第二电极和第三电极相抵接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |