CN104058796A - Ptc陶瓷复合电极及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PTC陶瓷复合电极及其制备方法，包括PTC陶瓷基片，和采用磁控溅射方法在PTC陶瓷基片正反两表面沉积形成的结合层、及在所述结合层上磁控溅射沉积形成的导电层；采用磁控溅射方法制备，包括溅射沉积50-100nm的结合层和溅射沉积200-2000nm的合金导电层。本发明公开的PTC陶瓷复合电极，具有工艺简单，焊接性能好，生产效率高，成本低等优点，结合本发明公开的溅射制备方法，可提高产品生产效率20%左右，节约电极材料成本50%左右，优化了目前PTC陶瓷溅射膜电极的制备方法。

Description

PTC陶瓷复合电极及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种PTC陶瓷复合电极及其制备方法，属于电子材料技术领域。

背景技术

PTC陶瓷器件在各种过热保护、过流保护、过载保护及恒温发热等具有广阔的市场，几乎在所有电子产品中都被应用。PTC陶瓷器件的电极制备是PTC陶瓷器件制备过程中的关键步骤之一，电极的质量直接影响器件的性能，另外器件制备成本中很大一部分来自电极的制备。所以发展高性能，低成本的电极具有非常重要的意义。现有的PTC陶瓷电极制备工艺主要有液态金属法、化学沉积法、烧渗金属法、金属喷涂法、热蒸镀沉积法和磁控溅射沉积法。其中以化学沉积法、烧渗金属法（丝网印刷银浆烧结法）、热蒸镀沉积法和磁控溅射沉积法广泛见于工业生产应用。但是以上四种方法中，磁控溅射沉积法具有明显的优势，其具有器件性能好，一致性高、环保、成本低等优点。国内专利CN102503580A公开了一种热敏陶瓷溅射膜电极的结构和制备方法。其提出了采用结合层、阻挡层和导电层构成的三层膜系薄膜电极结构及采用磁控溅射金属靶或合金靶制备上述电极的方法。本发明在其基础上公开了一种PTC陶瓷双层复合结构及其磁控溅射方法。该结构相对于专利CN102503580A提出的结构更加简单，从而可以简化磁控溅射工艺，提高成产效率。另外本发明在不采用单独银导电层的情况下同样可以获得焊接性能良好的PTC陶瓷器件，从而大大节约了电极材料成本和生产成本。

但是现有的PTC陶瓷复合电极中由于配方不同，PTC陶瓷器件的制备工艺复杂，所需原材量大，不够节省成本，产品质量也有待改善。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种PTC陶瓷复合电极及其制备方法，采用这种复合电极结构和溅射制备方法可以简化生产工艺，提高生产效率，降低电极材料成本和生产成本。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种PTC陶瓷复合电极，其特征在于：包括PTC陶瓷基片，和采用磁控溅射方法在PTC陶瓷基片正反两表面沉积形成的结合层、及在所述结合层上磁控溅射沉积形成的导电层。

所述结合层的材质为钛、铝、铬中的一种，采用磁控溅射金属钛靶或金属铝靶、金属铬靶的方法，在PTC陶瓷基片的正反两表面沉积形成，每一结合层的厚度为50-100nm。

所述导电层的材质为铜镍铟、铜镍铋或铜镍锡三元合金。

所述导电层采用磁控溅射铜镍铟、铜镍铋或铜镍锡三元合金靶材的方法，分别在结合层表面上沉积形成，每一导电层的厚度为200-2000nm。

所述导电层的材质为铜镍银合金，采用磁控溅射共溅镍铜靶和金属银靶的方法，分别在结合层表面上沉积形成，每一导电层的厚度为200-2000nm。其中铜镍银合金中银的质量百分比小于4%。

为了实现上述PTC陶瓷复合电极结构，本发明还提供一种PTC陶瓷复合电极的制备方法，包括采用磁控溅射制备结合层的方法和采用磁控溅射制备合金导电层的方法，具体包括以下步骤：

1）镀膜前对PTC陶瓷基片进行清洗以获得洁净的表面，清洗步骤包括：球磨机滚洗20-40分钟，超声波清洗15分钟以上，清洗完成离心甩干，然后再100-140℃烘箱中烘干待装片；

2）将PTC陶瓷基片通过掩膜装架放置在片架上，并进入真空腔体抽真空，当真空度达到5×10^-3Pa时，充入氩气并动态维持0.3-0.7 Pa；

3）溅射结合层：先将结合层金属靶预溅10s，然后控制溅射功率和时间，溅射沉积结合层50-100 nm；

4）溅射沉积导电层：结合层沉积完成后，在同一真空中，采用合金靶溅射或者采用银靶和镍铜靶共溅沉积导电层薄膜200-2000nm；

5）导电层沉积完毕后，将真空室放入大气，取出PTC陶瓷器件即得。

有益效果：本发明提供的PTC陶瓷复合电极，采用这种结构和制备工艺，具有工艺简单，焊接性能好，生产效率高，成本低等优点，结合本发明公开的溅射制备方法，可提高产品生产效率20%左右，节约电极材料成本50%左右。优化了目前PTC陶瓷溅射膜电极的制备方法，制备的陶瓷器件的焊接良率为100%，欧姆接触电阻小于0.4欧姆，结合力大于6 MPa。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中：PTC陶瓷基片1、结合层2、导电层3。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，一种PTC陶瓷复合电极，包括依次布置的导电层3、结合层2、PTC陶瓷基片1、结合层2、导电层3；

所述结合层2的材质为钛、铝、铬中的一种，采用磁控溅射金属钛靶或金属铝靶、金属铬靶的方法，在PTC陶瓷基片1的正反两表面沉积形成，每一结合层的厚度为50-100nm。

所述导电层3的材质为铜镍铟、铜镍铋或铜镍锡三元合金；采用磁控溅射铜镍铟、铜镍铋或铜镍锡三元合金靶材的方法，分别在结合层2表面上沉积形成，每一导电层的厚度为200-2000nm。

或者，所述导电层3的材质为铜镍银合金，采用磁控溅射共溅镍铜靶和金属银靶的方法，分别在结合层表面上沉积形成，每一导电层的厚度为200-2000nm。其中铜镍银合金中银的质量百分比小于4%。

本发明还提供一种PTC陶瓷复合电极的制备方法，包括以下步骤：

1）镀膜前对PTC陶瓷基片1进行清洗以获得洁净的表面，清洗步骤包括：球磨机滚洗20-40分钟，超声波清洗15分钟以上，清洗完成离心甩干，然后再100-140℃烘箱中烘干待装片；

2）将PTC陶瓷基片1通过掩膜装架放置在片架上，并进入真空腔体抽真空，当真空度达到5×10^-3Pa时，充入氩气并动态维持0.3-0.7 Pa左右；

3）溅射结合层2：先将结合层金属靶预溅10s，然后控制溅射功率和时间，溅射沉积结合层50-100 nm左右；

4）溅射沉积导电层3：结合层2沉积完成后，在同一真空中，采用合金靶溅射或者采用银靶和镍铜靶共溅沉积导电层薄膜200-2000nm；

5）导电层沉积完毕后，将真空室放入大气，取出PTC陶瓷器件即得。

实施例1

镀膜前对PTC陶瓷基片1进行清洗以获得洁净的表面，清洗步骤包括：球磨机滚洗30分钟，超声波清洗15分钟，清洗完成离心甩干，然后再120℃烘箱中烘干待装片；

将PTC陶瓷基片1通过掩膜装架放置在片架上，并进入真空腔体抽真空，当真空度达到5×10^-3Pa时，充入氩气并动态维持0.5 Pa左右；

溅射结合层2：金属铬薄膜，先将结合层铬靶预溅10s，然后控制溅射功率和时间，溅射沉积结合层50nm左右；

溅射沉积导电层3：结合层2沉积完成后，在同一真空中，采用镍质量分数为15%，铟质量分数10%和铜质量分数75%的合金靶溅射沉积导电层薄膜约2000nm；

导电层沉积完毕后，将真空室放入大气，取出PTC陶瓷器件。

经测试，制备的陶瓷器件的焊接良率为100%，欧姆接触电阻小于0.4欧姆，结合力大于6 MPa。

实施例2

镀膜前对PTC陶瓷基片1进行清洗以获得洁净的表面，清洗步骤包括：球磨机滚洗30分钟，超声波清洗15分钟，清洗完成离心甩干，然后再120℃烘箱中烘干待装片；

将PTC陶瓷基片1通过掩膜装架放置在片架上，并进入真空腔体抽真空，当真空度达到5×10^-3Pa时，充入氩气并动态维持0.5 Pa左右；

溅射结合层2：金属铬薄膜，先将结合层铬靶预溅10s，然后控制溅射功率和时间，溅射沉积结合层50nm左右；

铬薄膜沉积完成后，在同一真空中，采用银靶和镍铜靶共溅，形成厚度约为2000nm的铜镍银合金薄膜。其中银靶功率密度为5 W/cm²，镍铜靶功率密度为25W/cm²。获得的合金薄膜经测定，银的质量百分比为3.2%。

导电层沉积完毕后，将真空室放入大气，取出PTC陶瓷器件。

经测试，制备的陶瓷器件的焊接良率为100%，欧姆接触电阻小于0.4欧姆，结合力大于6 MPa。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种PTC陶瓷复合电极，其特征在于：包括PTC陶瓷基片，和采用磁控溅射方法在PTC陶瓷基片正反两表面沉积形成的结合层、及在所述结合层上磁控溅射沉积形成的导电层。

2.根据权利要求1所述的PTC陶瓷复合电极，其特征在于：所述结合层的材质为钛、铝、铬中的一种，采用磁控溅射金属钛靶或金属铝靶、金属铬靶的方法，在PTC陶瓷基片的正反两表面沉积形成，每一结合层的厚度为50-100nm。

3.根据权利要求1所述的PTC陶瓷复合电极，其特征在于：所述导电层的材质为铜镍铟、铜镍铋或铜镍锡三元合金。

4.根据权利要求3所述的PTC陶瓷复合电极，其特征在于：所述导电层采用磁控溅射铜镍铟、铜镍铋或铜镍锡三元合金靶材的方法，分别在结合层表面上沉积形成，每一导电层的厚度为200-2000nm。

5.根据权利要求1所述的PTC陶瓷复合电极，其特征在于：所述导电层的材质为铜镍银合金，采用磁控溅射共溅镍铜靶和金属银靶的方法，分别在结合层表面上沉积形成，每一导电层的厚度为200-2000nm。

6.根据权利要求5所述的PTC陶瓷复合电极，其特征在于：其中铜镍银合金中银的质量百分比小于4%。

7.一种PTC陶瓷复合电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）镀膜前对PTC陶瓷基片进行清洗以获得洁净的表面，清洗步骤包括：球磨机滚洗20-40分钟，超声波清洗15分钟以上，清洗完成离心甩干，然后再100-140℃烘箱中烘干待装片；

2）将PTC陶瓷基片通过掩膜装架放置在片架上，并进入真空腔体抽真空，当真空度达到5×10^-3Pa时，充入氩气并动态维持0.3-0.7 Pa；

3）溅射结合层：先将结合层金属靶预溅10s，然后控制溅射功率和时间，溅射沉积结合层50-100 nm；

4）溅射沉积导电层：结合层沉积完成后，在同一真空中，采用合金靶溅射或者采用银靶和镍铜靶共溅沉积导电层薄膜200-2000nm；

5）导电层沉积完毕后，将真空室放入大气，取出PTC陶瓷器件即得。