CN103187677B

CN103187677B - 滤波连接器用氧化锌基多层压敏平面阵列的制备方法

Info

Publication number: CN103187677B
Application number: CN201110456871.0A
Authority: CN
Inventors: 韩绍娟; 许壮志; 薛健; 杨殿来; 张孟君; 韩继先
Original assignee: LIAONING PROV ACADEMY OF LIGHT INDUSTRY SCIENCES
Current assignee: LIAONING PROV ACADEMY OF LIGHT INDUSTRY SCIENCES
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2011-12-31
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2031-12-31
Also published as: CN103187677A

Abstract

滤波连接器用氧化锌基多层压敏平面阵列的制备方法，是为了解决电子及家电产品用滤波连接器存在的电磁电波干扰高频化、大容量化严重影响电路的安全使用技术问题而设计的。其步骤：按组分配比取原料，添加剂混匀，经球磨、干燥、喷雾造粒，及用流延法或湿法印刷工艺制备陶瓷基体，将信号极和接地极交替印刷基体与金属内电极膜结合成独石结构；经等静压成型，用冲压法或激光成型法加工成带有簧舌孔的陶瓷坯体；再排塑，烧结，涂覆金属内电极浆料，形成信号极引出端和接地极引出端；最后在陶瓷板表面涂覆玻璃釉保护烧结得到成品。有益效果：该平面阵列具有良好的瞬态电压抑制和连续噪声衰减的性能。结构紧凑、体积小、质量轻、机械强度高，耐冲击和震动能力强，且工艺实用，适合于工业化生产。

Description

滤波连接器用氧化锌基多层压敏平面阵列的制备方法

技术领域

本发明涉及滤波电连接器领域，特别是涉及一种滤波连接器用氧化锌基多层压敏平面阵列的制备方法，采用该方法制备的氧化锌基多层压敏平面阵列，适用于电子测量仪器、计算机机房设备、测控系统、飞机等多个领域的滤波连接器。

背景技术

随着科技的不断发展，电子设备、计算机与家用电器的大量涌现和广泛普及，随之而来的电磁电波干扰高频化、大容量化越来越严重的影响到了电路的安全使用。特别是采用传统的制备工艺制备出的多层压敏平面阵列存在瞬态噪声干扰，由于其上升速度快、持续时间短、电压振幅度高(几百伏至几千伏)、随机性强等特点，对微机和数字电路易产生严重干扰，常使人防不胜防，这已引起国内外电子界的高度重视，也是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明为了解决目前的电子产品及家用电器等所用滤波连接器存在的电磁电波干扰高频化、大容量化越来越严重的影响到了电路的安全使用的技术问题，提供了一种滤波连接器用氧化锌基多层压敏平面阵列的制备方法。

氧化锌基多层压敏平面阵列包括氧化锌陶瓷多层基体、信号极、接地极、信号极引出端、接地极引出端及表面玻璃釉保护材料；所述氧化锌陶瓷多层基体主要组分为ZnO，其摩尔含量为90-98％；并掺杂以下氧化物至少一种，各氧化物所占摩尔比例如下：Bi₂O₃0.5-7％；MnO0.05-1.9％；Sb₂O₃0.5-2.1％；CoO₂0.05-1％；Cr₂O₃0-1.9％；同时添加SiO₂0-1.5％，B₂O₃0.5-3.7％，Al₂O₃0.4-1.9％中的氧化物至少一种；选用的氧化锌为高纯超细粉，其粒度为纳米级1-100nm或亚微米级0.1-1μm的粉料，所有原料的纯度至少为99％；

制备氧化锌基多层压敏平面阵列的工艺步骤：

a.将原料、水和添加剂按摩尔比1∶0.5-0.9∶0.03-0.1的配比混合均匀，经过球磨后干燥，然后进行喷雾造粒，制备颗粒度均匀、流动性好的假颗粒；

b.将喷雾造粒后的颗粒，通过流延法或湿法印刷工艺制备氧化锌基陶瓷基体，根据阵列电容器的电容量和介质耐电压的设计要求进行精确的厚度控制；

c.将信号极和接地极两金属内电极浆料采用尼龙丝网印刷，精密的交替印刷在层叠的陶瓷生料基体上，其中电极图形必须上下交叠对称，陶瓷生料基体与金属内电极膜结合成良好的独石结构；

d.印制好的生料坯体放入等静压机进行等静压成型，压强15-30MPa，时间为1-20Min；

e.采用模具冲压法或激光成型法按所需图形尺寸将生料加工成带有簧舌孔的陶瓷坯体，平面阵列簧舌孔数目为2-200个；

f.将坯体进行排塑处理，排塑温度为600℃，时间为30分钟，然后在900-1200℃温度下进行烧结，烧结时间为1-3小时。

g.采用手工涂覆金属内电极浆料形成信号极引出端和接地极引出端，并于800-900℃下进行烧银，烧银时间为0.5-1小时；接地极引出端采用不间断的多层结构设计，一直延伸到连接器的壳体；

h.最后在陶瓷板表面涂覆玻璃釉保护材料，并于500-950℃下进行保护层烧结，烧结时间为0.5-1小时，得到成品。

本发明的特点及有益效果：多层压敏平面阵列具有良好的瞬态电压抑制和连续噪声衰减的性能。该压敏平面阵列结构紧凑、体积小、质量轻、机械强度高，耐冲击和震动能力强，确保了滤波连接器的质量可靠性；且该工艺实用，适合于工业化生产。

附图说明：

图1本发明的工艺流程图

图2氧化锌基多层压敏平面阵列结构示意图

图3-图4氧化锌陶瓷多层基体结构示意图

具体实施方式：

参看图1-图4，滤波连接器用氧化锌基多层压敏平面阵列的制备方法，氧化锌基多层压敏平面阵列包括氧化锌陶瓷多层基体1、信号极2、接地极3、信号极引出端4、接地极引出端5及表面玻璃釉保护材料6；所述氧化锌陶瓷多层基体1主要组分为ZnO，其摩尔含量为90-98％；并掺杂以下氧化物至少一种，各氧化物所占摩尔比例如下：Bi₂O₃0.5-7％；MnO0.05-1.9％；Sb₂O₃0.5-2.1％；CoO₂0.05-1％；Cr₂O₃0-1.9％；同时添加SiO₂0-1.5％，B₂O₃0.5-3.7％，Al₂O₃0.4-1.9％中的氧化物至少一种；选用的氧化锌为高纯超细粉，其粒度为纳米级1-10Onm或亚微米级0.1-1μm的粉料，所有原料的纯度至少为99％；

制备氧化锌基多层压敏平面阵列的工艺步骤：

h.最后在陶瓷板表面涂覆玻璃釉保护材料，并于500-950℃下进行保护层烧结，烧结时间为0.5-1小时，得到成品。其中：

所用金属内电极浆料为纯钯浆料、纯银浆料或钯银系列贵金属浆料中的任意一种，且金属内电极浆料与生料膜片对应匹配。

所述玻璃釉保护材料属于绝缘介质，主要成分与摩尔含量为Ca：40-60％；Ti：15-30％；Si：21-30％；Al：0-3.6％；Co：0.1-2.2％。

所述添加剂指粘结剂、分散剂和消泡剂。

所述粘结剂为聚乙烯醇、石蜡或者阿拉伯树胶中的一种。

所述分散剂为六偏磷酸钠、聚丙烯酸铵或十二烷基醋酸胺的一种。

所述消泡剂为磷酸三辛酯、磷酸三丁酯、正辛醇或有机硅油中的一种或两种。

实施例1

氧化锌基多层压敏平面阵列，参看图2，包括氧化物掺杂的氧化锌陶瓷多层基体1、信号极2、接地极3、信号极引出端4、接地极引出端5、表面玻璃釉保护材料6。氧化锌基多层压敏平面阵列是将多个独石穿心电容器集成一体，每个信号极与外围公共接地极构成一个穿心式滤波电容器，其信号孔内部、外延部分及接地极边缘经过金属化处理，使其金属内电极全部引出，以保证阵列的信号极与连接器插针、接地极与连接器外壳实现良好电气连接。信号极和接地极两种金属内电极是通过精密印刷叠印在陶瓷基体上，内电极深埋在陶瓷基体中，充分利用了连接器插针间的有限空间，特别适用于高密度、大容量滤波连接器。

根据上述氧化锌基多层压敏平面阵列结构，其陶瓷多层基体的层数为4层，两端端层厚度为650μm，中间层厚度均匀且为180μm；金属电极内置于两层陶瓷基体之间；信号极引出端位于陶瓷板内的小孔内表面；接地极引出端位于陶瓷板的外围表面，接地极引出端采用不间断的多层结构设计，一直延伸到连接器的壳体；多层陶瓷基体与金属内电极组成的生料坯体外表面设有附加材料。

参看图3-图4，氧化锌基多层压敏平面阵列，用于连接器的形状为长方形，长度为37.4mm，宽度为22.44mm，厚度为2.54mm。其陶瓷多层基体的层数为6层，两端端层厚度为680μm，中间层厚度均匀且为160μm；金属电极内置于两层陶瓷基体之间；信号孔位之间彼此独立，信号孔间距采用2.54mm(1英寸)的标准密度，引出端为圆形插针引出，孔径为1.2mm之间，平面阵列接触数目为57个；信号极引出端位于陶瓷板内的小孔内表面；接地极引出端位于陶瓷板的外围表面，接地极引出端采用不间断的多层结构设计，一直延伸到连接器的壳体。

其中氧化锌陶瓷多层基体的成分列入表1，选用高纯超细粉氧化锌，其他辅助原料纯度至少为99％。金属内电极为钯银浆料，其中钯银比例为60∶40，引出端电极浆料为纯银浆料。

所述氧化锌基多层压敏平面阵列，氧化物掺杂氧化锌陶瓷多层基体主要组分为ZnO，其摩尔含量为96％；添加以下氧化物的一种或多种，其所占摩尔比例如下：Bi₂O₃0.9％；MnO0.8％；Sb₂O₃0.6％；同时添加SiO₂0.5％，B₂O₃0.7％，Al₂O₃0.5％中的。所添加氧化物可以在偏析晶界上形成阻挡层，同时部分添加剂可以降低烧结温度和控制晶粒尺寸的作用。其中选用的氧化锌为高纯超细粉，其粒度为纳米级(1-100nm)或亚微米级(0.1-1μm)的粉料，所有原料的纯度至少为99％。

参看图1，根据上述的压敏平面阵列，本专利的工艺路线如图4所示，该工艺包括以下步骤：

a.将原料、水和添加剂按摩尔比1∶0.9∶0.1的配比混合均匀，经过球磨后干燥，然后进行喷雾造粒，制备颗粒度均匀、流动性好的假颗粒。其中：添加剂中粘结剂聚乙烯醇占0.06，分散剂聚丙烯酸铵占0.01和消泡剂磷酸三辛酯占0.03。

b.将喷雾造粒后的颗粒，通过流延法或湿法印刷工艺制备氧化锌基陶瓷基体，根据阵列电容器的电容量和介质耐电压的设计要求进行精确的厚度控制。

c.将信号极和接地极两种金属内电极浆料采用尼龙丝网印刷，精密的交替印刷在层叠的陶瓷生料基体上，其中电极图形必须上下交叠对称，陶瓷生料基体与金属内电极膜结合成良好的独石结构。所用金属内电极浆料为纯钯浆料、纯银浆料或钯银系列贵金属浆料中的任意一种，且金属内电极浆料与生料膜片对应匹配。

h.最后在陶瓷板表面涂覆玻璃釉保护材料，并于500-950℃下进行保护层烧结，烧结时间为0.5-1小时，得到成品。该材料属于绝缘介质，主要成分与摩尔含量为Ca：40％；Ti：30％；Si：24.2％；Al：3.6％；Co：2.2％。利用该介质的良好绝缘性不仅可以阻断端电极间的飞弧通道，涂覆后的产品的防潮性能和耐压性能都得到改善，提高产品的抗电性能。

本发明所制备的平面阵列具有良好的瞬态电压抑制和连续噪声衰减性能，实现了电连接器和滤波连接器的双重功能，便于滤波器的推广应用，通过进行焊接或簧孔装配金属插针，可大幅度提高滤波连接器的装配可靠性，同时提高了滤波连接器的绝缘性能，使其可靠性得到保证。

吸波氧化锌多层压敏平面阵列可以为电路中的电器元件提供瞬态保护，同时能有效的抑制电网噪声，提高电子设备的抗干扰能力及系统的可靠性，广泛地应用于电子测量仪器、计算机机房设备、测控系统、飞机等多个领域，特别是能够满足军事装备的现代化、信息化对压敏陶瓷的性能要求。

多层平面阵列是一种特定的用于电磁干扰(EMI)滤波连接器的元件，一个陶瓷块内包含有多种电容器，单个接线都是通过通孔连接到每个电容器，并且在器件范围内都连接到地。平面阵列的接触数目从2个到200多个，标准的接触范围从0.3毫米直径向上到同轴电缆——全部能滤波，每个器件拥有多个电容器，多个电容值以及多种电气功能的替代品，平面阵列是一种最先进的集成无源器件。

实施例2

将原料、水和添加剂按摩尔比1∶0.5∶0.03的配比混合均匀，经过球磨后干燥，然后进行喷雾造粒，制备颗粒度均匀、流动性好的假颗粒。其中：添加剂中粘结剂石蜡占0.02，分散剂聚丙烯酸铵占0.004和消泡剂正辛醇占0.006。

所述氧化锌基多层压敏平面阵列，氧化物掺杂氧化锌陶瓷多层基体主要组分为ZnO，其摩尔含量为91％；添加以下氧化物的一种或多种，其所占摩尔比例如下：Bi₂O₃4％；MnO1.5％；Sb₂O₃1.8％；CoO₂0.8％；Cr₂O₃0％；同时添加SiO₂0％，B₂O₃0.5％，Al₂O₃0.4％。

在制备所述氧化锌基多层压敏平面阵列的工艺步骤中，最后在陶瓷板表面涂覆玻璃釉保护材料的主要成分与摩尔含量为Ca：60％；Ti：15％；Si：24.9％；Al：0％；Co：0.1％。其他同实施例1。

实施例3

将原料、水和添加剂按摩尔比1∶0.7∶0.08的配比混合均匀，经过球磨后干燥，然后进行喷雾造粒，制备颗粒度均匀、流动性好的假颗粒。其中：添加剂中粘结剂聚乙烯醇占0.05，分散剂十二烷基醋酸胺占0.01和消泡剂磷酸三丁酯占0.02。

所述氧化锌基多层压敏平面阵列，氧化物掺杂氧化锌陶瓷多层基体主要组分为ZnO，其摩尔含量为90％；添加以下氧化物的一种或多种，其所占摩尔比例如下：Bi₂O₃2.6％；MnO1.9％；Sb₂O₃2.1％；CoO₂1％；同时添加B₂O₃0.5％，Al₂O₃1.9％。

在制备所述氧化锌基多层压敏平面阵列的工艺步骤中，最后在陶瓷板表面涂覆玻璃釉保护材料的主要成分与摩尔含量为Ca：50％；Ti：26％；Si：21％；Al：2％；Co：1％。其他同实施例1。

实施例4

将原料、水和添加剂按摩尔比1∶0.6∶0.07的配比混合均匀，经过球磨后干燥，然后进行喷雾造粒，制备颗粒度均匀、流动性好的假颗粒。其中：添加剂中粘结剂阿拉伯树胶占0.04，分散剂六偏磷酸钠占0.01和消泡剂有机硅油占0.02。

所述氧化锌基多层压敏平面阵列，氧化物掺杂氧化锌陶瓷多层基体主要组分为ZnO，其摩尔含量为98％；添加以下氧化物的一种或多种，其所占摩尔比例如下：Bi₂O₃0.5％；MnO0.05％；Sb₂O₃0.5％；CoO₂0.05％；同时添加B₂O₃0.5％，Al₂O₃0.4％。

实施例5

将原料、水和添加剂按摩尔比1∶0.8∶0.09的配比混合均匀，经过球磨后干燥，然后进行喷雾造粒，制备颗粒度均匀、流动性好的假颗粒。其中：添加剂中粘结剂聚乙烯醇占0.05，分散剂磷酸三丁酯占0.01和消泡剂有机硅油占0.03。

所述氧化锌基多层压敏平面阵列，氧化物掺杂氧化锌陶瓷多层基体主要组分为ZnO，其摩尔含量为90％；添加以下氧化物的一种或多种，其所占摩尔比例如下：Bi₂O₃1％；MnO1.4％；Sb₂O₃0.8％；CoO₂0％；Cr₂O₃0.8％；同时添加SiO₂1.5％，B₂O₃3.7％，Al₂O₃0.8％。

在制备所述氧化锌基多层压敏平面阵列的工艺步骤中，最后在陶瓷板表面涂覆玻璃釉保护材料的主要成分与摩尔含量为Ca：48％；Ti：18.8％；Si：30％；Al：1％；Co：2.2％。其他同实施例1。

实施例6

将原料、水和添加剂按摩尔比1∶0.9∶1.0的配比混合均匀，经过球磨后干燥，然后进行喷雾造粒，制备颗粒度均匀、流动性好的假颗粒。其中：添加剂中粘结剂聚乙烯醇占0.08，分散剂六偏磷酸钠占0.01和消泡剂有机硅油占0.01。

所述氧化锌基多层压敏平面阵列，氧化物掺杂氧化锌陶瓷多层基体主要组分为ZnO，其摩尔含量为91％；添加以下氧化物的一种或多种，其所占摩尔比例如下：Bi₂O₃7％；MnO0.1％；Sb₂O₃0.9％；同时添加SiO₂0.5％，B₂O₃0％，Al₂O₃0.5％。

在制备所述氧化锌基多层压敏平面阵列的工艺步骤中，最后在陶瓷板表面涂覆玻璃釉保护材料的主要成分与摩尔含量为Ca：55％；Ti：20％；Si：22％；Al：1％；Co：2％。其他同实施例1。

Claims

1.滤波连接器用氧化锌基多层压敏平面阵列的制备方法，氧化锌基多层压敏平面阵列包括氧化锌陶瓷多层基体(1)、信号极(2)、接地极(3)、信号极引出端(4)、接地极引出端(5)及表面玻璃釉保护材料(6)；其特征在于：所述氧化锌陶瓷多层基体(1)主要组分为ZnO，其摩尔含量为90－98％；并掺杂以下氧化物至少一种，各氧化物所占摩尔比例如下：Bi₂O₃0.5－7％；MnO0.05－1.9％；Sb₂O₃0.5－2.1％；CoO₂0.05－1％；Cr₂O₃0－1.9％；同时添加SiO₂0－1.5％，B₂O₃0.5－3.7％，Al₂O₃0.4－1.9％中的氧化物至少一种；选用的氧化锌为高纯超细粉，其粒度为纳米级1－100nm或亚微米级0.1－1mm的粉料，所有原料的纯度至少为99％；

制备氧化锌基多层压敏平面阵列的工艺步骤：

a.将原料、水和添加剂按摩尔比1:0.5-0.9：0.03-0.1的配比混合均匀，经过球磨后干燥，然后进行喷雾造粒，制备颗粒度均匀、流动性好的假颗粒；

c.将信号极和接地极两金属内电极浆料采用尼龙丝网印刷，交替印刷在层叠的陶瓷生料基体上，其中电极图形必须上下交叠对称，陶瓷生料基体与金属内电极膜结合成独石结构；

d.印制好的生料坯体放入等静压机进行等静压成型，压强15－30MPa，时间为1－20Min；

e.采用模具冲压法或激光成型法按所需图形尺寸将生料加工成带有簧舌孔的陶瓷坯体，平面阵列簧舌孔数目为2－200个；

f.将坯体进行排塑处理，排塑温度为600℃，时间为30分钟，然后在900－1200℃温度下进行烧结，烧结时间为1－3小时；

g.采用手工涂覆金属内电极浆料形成信号极引出端和接地极引出端，并于800－900℃下进行烧银，烧银时间为0.5－1小时；接地极引出端采用不间断的多层结构设计，一直延伸到连接器的壳体；

h.最后在陶瓷板表面涂覆玻璃釉保护材料，并于500－950℃下进行保护层烧结，烧结时间为0.5－1小时，得到成品。

2.根据权利要求1所述的滤波连接器用氧化锌基多层压敏平面阵列的制备方法，其特征在于：所用金属内电极浆料为纯钯浆料、纯银浆料或钯银系列贵金属浆料中的任意一种，且金属内电极浆料与生料膜片对应匹配。

3.根据权利要求1所述的滤波连接器用氧化锌基多层压敏平面阵列的制备方法，其特征在于：所述玻璃釉保护材料属于绝缘介质，主要成分与摩尔含量为Ca：40－60％；Ti：15－30％；Si：21－30％；Al：0－3.6％；Co：0.1－2.2％。

4.根据权利要求1所述的滤波连接器用氧化锌基多层压敏平面阵列的制备方法，其特征在于：所述添加剂指粘结剂、分散剂和消泡剂。

5.根据权利要求4所述的滤波连接器用氧化锌基多层压敏平面阵列的制备方法，其特征在于：所述粘结剂为聚乙烯醇、石蜡或者阿拉伯树胶中的一种。

6.根据权利要求4所述的滤波连接器用氧化锌基多层压敏平面阵列的制备方法，其特征在于：所述分散剂为六偏磷酸钠、聚丙烯酸铵或脂肪胺的一种。

7.根据权利要求4所述的滤波连接器用氧化锌基多层压敏平面阵列的制备方法，其特征在于：所述消泡剂为磷酸三辛酯、磷酸三丁酯、正辛醇或有机硅油中的一种。