CN104143400A - 一种新型电极电子组件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型电极电子组件及制备方法，包含陶瓷基体及陶瓷基体下端的引脚，所述的引脚与陶瓷基体表面附着的新型电极层相连接，所述的新型电极层为单层贱金属或合金的喷涂层，替代传统贵金属银电极，为了贱金属喷涂层与陶瓷表面欧姆接触，并形成很好的附着力，陶瓷表面需作预处理。本发明可以在保证原有产品电气特性前提下，可以达到以下目的：1、降低传统丝网印刷贵金属银电极元素耗用；2、避开传统丝网印刷工艺的有机溶剂挥发和热分解造成的环境污染；3、新型电极与陶瓷基体的欧姆接触更佳，使电子组件电气特性得到提升。

Description

一种新型电极电子组件及其制备方法

技术领域

本发明涉及电子组件领域，尤其是一种新型电极电子组件及其制备方法。

背景技术

压敏电阻以氧化锌粉末为主材，掺杂氧化铋，氧化锑，氧化锰等晶界元素，经干压成型后，高温烧成为带有压敏特性的陶瓷。

传统的压敏电阻导电电极一般采用丝网印刷工艺形成，在陶瓷芯片上附着含银60～80％的有机银浆，经过600～900℃高温烧渗后，电极层一般要求在6～15um的厚度以保证焊接工艺以及产品信赖性。工艺存在如下缺点和不足：

1、银浆中含有大量有害物质，制造工艺会产生严重污染环境；

2、生产成本高，需要耗费大量贵重的银。一般行业内为达到压敏电阻承受较大突波电压冲击的能力，不得不采用加厚银层的方式，银层厚度一般都在15um以上！

银电极型压敏电阻缺点：

1、结合力差，银与陶瓷属不匹配结合，主要靠银浆中玻璃态物质渗透到陶瓷晶界来提高结合力,附着力不佳,欧姆接触电阻大；

2、膜层不耐无铅焊料溶蚀---高温下焊锡极易溶蚀银层。无铅焊锡工艺焊接生产的产品，长时间通电后，Ag电极被焊锡侵蚀以及电极附着力降低甚至脱离，为移动设备(如汽车)等使用此类压敏电阻产生安全隐患。

为了降低压敏电阻的制造成本，申请号为201310177249.5，发明名称为“一种电子陶瓷组件的卑金属复合电极及其制备方法”，公开了多层热喷涂贱金属的工艺，此工艺所制作卑金属复合电极型压敏电阻缺点是，喷涂材料与陶瓷只是表面物理吸附，金属材料与陶瓷基体界面阻抗高，高放电电流易在界面产生高热量，冲击后失效模式均为电极与陶瓷体分离，对产品的长期应用可靠性带来风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种新型电极电子组件及其制备方法，解决喷涂金属电极层与陶瓷基体欧姆接触，结合力不佳的问题。

本发明所采用的技术方案为：一种新型电极电子组件，包括陶瓷基体以及设置在陶瓷基体下端的引脚，所述的陶瓷基体与引脚的外部包裹有绝缘层，所述的引脚连接电极层，所述的陶瓷基体与电机层之间具有预处理层；所述的电极层为单层贱金属或合金的喷涂层；由锌，铜，锡，镍中的一种或几种元素合金的贱金属组成，电极层的厚度为5～20μm；所述的预处理层为镍，钒，铬，铝，锌中的一种或几种元素合金的贱金属；所述的预处理层的厚度为0.1～0.5μm。预处理层目的是为了增加欧姆接触特性与附着力。

而制备上述新型电极电子组件的方法，包括陶瓷基体表面预处理工艺及电极制备工艺；

所述的陶瓷基体表面预处理工艺包括以下步骤：

1)对陶瓷基体表面进行清洁处理；

2)将清洁后的陶瓷基体嵌入与基体形状接近的镂空治具中，露出待溅镀形状；所述的待溅镀形状由所需电极形状而定；

3)将载有陶瓷基体的治具放入工件架，置入溅镀腔体，溅镀设备开始抽真空，真空度为2～8*10-2Mpa；充入氩气，氩气流量为45～50ml/s；

4)设定溅射靶的功率，开启溅镀，10～30分钟完成整个溅镀过程；

所述的电极制备工艺包括以下步骤：

1)将已预处理过的陶瓷体置入连续式电弧或火焰喷涂机的工件架中；

2)喷涂机为隧道连续式，可直接喷涂陶瓷体双面，并设置多任务工位的喷头，每个喷头喷所需材料的一种或合金；

3)设定各工位喷涂电压为20～35V，喷涂电流为100～200A，喷涂气压为0.5Mpa；喷涂时间为2～5秒钟，喷涂厚度为5～10μm。

本发明所述的陶瓷基体表面预处理工艺的步骤2)中镂空治具材质由铝材、不锈钢或其他耐高温的高分子材料制作而成。

本发明所述的陶瓷基体表面预处理工艺的步骤3)中，真空磁控溅镀设备为单炉、双门或连续腔体溅镀设备；真空磁控溅镀设备所用靶材为平面靶或柱形靶。

本发明在电极层施作前对陶瓷芯片作真空金属溅镀之预处理程序，预处理层为陶瓷芯片在电极层加工前为增加与电极层结合力之工艺程序，此预处理金属层不为电极层组成。电极形状根据陶瓷组件形状，不局限于电极的任何形状；电子组件形状可方形，圆形，椭圆型，管型，柱型，锥型等；电子组件为压敏，气敏，PTC热敏，NTC热敏，压电陶瓷，陶瓷电容等电子组件。

本发明的有益效果是：1、降低传统丝网印刷贵金属银电极元素耗用；2、避开传统丝网印刷工艺的有机溶剂挥发和热分解造成的环境污染；3、新型电极与陶瓷基体的欧姆接触更佳，使电子组件电气特性得到提升。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的工艺总流程图；

图3是预处理溅射工艺原理图；

图4(a)-(b)是预处理溅射层与传统丝网印刷电极SEM对比分析图；

图中：1、陶瓷基体；3、引脚；4、绝缘层；22、电极层；21、预处理层。

具体实施方式

现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示的一种电子组件，以压敏电阻为例，工艺流程如图2，含有配料，喷雾造粒，干压成型，烧成陶瓷，陶瓷表面金属预处理，电极喷涂，焊接，绝缘材料包封、固化。

陶瓷基体1的表面需金属预处理21，采用的是镍，钒，铬，铝，锌中的一种或几种元素材料，预处理工艺原理图如图3所示，将瓷片摇上掩膜治具，然后将治具放入溅镀室工件架，设定各靶功率与镀膜时间，开始抽真空，充入惰性气体，约10～30分钟，完成真空磁控溅镀0.1～0.5um的预处理层。此几种元素材料可以与陶瓷基体完美契合，形成欧姆接触，方阻极小，减少受浪涌电流冲击的热量释放，同时具有优良的抗焊锡侵蚀特性，使得焊接成品后，避免实际应用中焊锡的侵蚀，从而延长老化寿命；

电极的喷涂是在预处理21上喷涂电极层22，电极层采用的材料由锌，铜，锡，镍中的一种或几种元素合金组成，通过双面同时电弧喷涂或火焰喷涂而成。工件架通过隧道连续喷涂室，按照各工位的参数设置，约5～10S内完成。

将新型电极与引脚焊接，焊接品经环氧树脂进行绝缘包封，测试电气特性。

以压敏电阻为例，此类电极的压敏电阻耐组合波冲击能力提升50％。常规压敏电阻为满足大能量瞬间冲击的目的，一般采用较厚电极(Ag)层来分散电流密度，一般厚度达到16um以上！本发明提供的压敏电阻结构含有预处理层，起到欧姆接触、过度/隔离焊锡侵蚀的作用，厚度仅在10um以下！相较传统银电极更加致密，预处理层微观分析比传统单层(膜厚约10～15um)丝网印刷银电极更致密，孔隙更小，对比图如图4所示。可使压敏电阻耐受6KV/3KA耦合最大连续交流工作电压,90。相角上冲击至失效(间隔60秒)的能力，从传统银电极压敏电阻的50次，提升至新电极结构压敏电阻的100～120次！提升了200％。

以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (5)

1.一种新型电极电子组件，包括陶瓷基体以及设置在陶瓷基体下端的引脚，所述的陶瓷基体与引脚的外部包裹有绝缘层，其特征在于：所述的引脚连接电极层，所述的陶瓷基体与电极层之间具有预处理层；所述的电极层为单层贱金属或合金的喷涂层；由锌，铜，锡，镍中的一种或几种元素合金的贱金属组成，电极层的厚度为5～20μm；所述的预处理层为镍，钒，铬，铝，锌中的一种或几种元素合金的贱金属。

2.如权利要求1所述的一种新型电极电子组件，其特征在于：所述的预处理层的厚度为0.1～0.5μm。

3.一种如权利要求1所述的新型电极电子组件的制备方法，其特征在于包括陶瓷基体表面预处理工艺及电极制备工艺；

所述的陶瓷基体表面预处理工艺包括以下步骤：

1)对陶瓷基体表面进行清洁处理；

2)将清洁后的陶瓷基体嵌入与基体形状接近的镂空治具中，露出待溅镀形状；所述的待溅镀形状由所需电极形状而定；

3)将载有陶瓷基体的治具放入工件架，置入溅镀腔体，溅镀设备开始抽真空，真空度为2～8*10-2Mpa；充入氩气，氩气流量为45～50ml/s；

4)设定溅射靶的功率，开启溅镀，10～30分钟完成整个溅镀过程；

所述的电极制备工艺包括以下步骤：

1)将已预处理过的陶瓷体置入连续式电弧或火焰喷涂机的工件架中；

2)喷涂机为隧道连续式，可直接喷涂陶瓷体双面，并设置多任务工位的喷头，每个喷头喷所需材料的一种或合金；

3)设定各工位喷涂电压为20～35V，喷涂电流为100～200A，喷涂气压为0.5Mpa；喷涂时间为2～5秒钟，喷涂厚度为5～10μm。

4.如权利要求3所述的一种新型电极电子组件的制备方法，其特征在于：所述的陶瓷基体表面预处理工艺的步骤2)中镂空治具材质由铝材、不锈钢或其他耐高温的高分子材料制作而成。

5.如权利要求3所述的一种新型电极电子组件的制备方法，其特征在于：所述的陶瓷基体表面预处理工艺的步骤3)中，真空磁控溅镀设备为单炉、双门或连续腔体溅镀设备；真空磁控溅镀设备所用靶材为平面靶或柱形靶。