CN104282404B - 复合式铜电极陶瓷正温度系数热敏电阻及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合式铜电极陶瓷正温度系数热敏电阻及其制备工艺，包括陶瓷本体、设置在陶瓷本体上的电极层、陶瓷本体外部的保护层以及保护层下端的引脚，所述的电极层为复合式电极层；所述的电极层由底电极层和外电极层组成；所述的底电极层为溅镀形成的Cr层；所述的外电极层为溅镀形成的Cu层；所述的底电极层与陶瓷本体表面结合，外电极层堆栈于底电极层上形成复合式铜电极层。本发明采用复合式铜电极层材料溅镀于陶瓷体之上，替代传统的贵金属电极烧渗工艺，不仅可以大幅降低电极材料成本；缩短电极制备时间；还可以改善溅镀制备时电极与瓷体间拉力不佳的情况；同时解决了铜电极制备于高温下会氧化问题，降低了污染，实现了绿色环保工艺。

Description

复合式铜电极陶瓷正温度系数热敏电阻及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种热敏电阻，尤其是一种复合式铜电极陶瓷正温度系数热敏电阻及其制备工艺。

背景技术

陶瓷正温度系数热敏电阻是以钛酸钡基材即应用其特性开发的功能陶瓷材料，其材料特性在于当产品温度高于居礼温度点，其电阻率上呈现一陡升变化，以此现象为基础，发展出各项组件应用(过电流保护、温度传感器、恒温加热器等)，而其基本结构主要有陶瓷体结构、电极层、引线结构以及保护层组成。由于产品拥有结构简单、体积小，稳定性高等特性，故广泛应用现今电子电路保护设计与温度感测组件上。

传统的CPTCR于电极制备上所采用的方式多为银浆涂覆之烧渗工艺，虽其可满足上述CPTCR电极制备，但其缺点如下：1、银烧渗制程冗长，耗费人力；2、银浆调配含有害物质，对人体环境均有污染疑虑；3、银电极成本昂贵，无法提供高性价比产品供电子工业应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种复合式铜电极陶瓷正温度系数热敏电阻及其制备工艺，具有成本低，环境污染小等优点。

本发明所采用的技术方案为：一种复合式铜电极陶瓷正温度系数热敏电阻，包括陶瓷本体、设置在陶瓷本体上的电极层、陶瓷本体外部的保护层以及保护层下端的引脚，所述的电极层为复合式电极层；所述的电极层由底电极层和外电极层组成；所述的底电极层为溅镀形成的Cr层；所述的外电极层为溅镀形成的Cu层；所述的底电极层与陶瓷本体表面结合，外电极层堆栈于底电极层上形成复合式铜电极层。

为了更好的形成奥姆接触做为电极层与陶瓷本体的连结，本发明所述的底电极层Cr层的厚度小于或等于0.01μm；

为了避免产品因散热性不佳问题，引发材料动作特性变化及其它耐压/耐电流能力降低的副作用，本发明所述的外电极层Cu层的厚度为0.3～0.6μm。

本发明所述的底电极层与陶瓷本体接触形成CrO层，作为连接两异质材料接合的过渡层；所述的外电极层堆栈于CrO层上。

同时，本发明还提供了一种复合式铜电极陶瓷正温度系数热敏电阻的制备工艺，包括以下步骤：

1)将热敏电阻的陶瓷本体烧结后进行表面预处理；

2)采用真空溅镀的方式在陶瓷本体的表面溅射一层Cr金属；

3)待Cr金属与空气中的氧原子形成氧化铬；

4)在陶瓷本体表面采用真空溅镀的方式溅射Cu靶，使铜原子堆栈于陶瓷本体上。

本发明的有益效果是：采用复合式铜电极层材料溅镀于陶瓷体之上，替代传统的贵金属电极烧渗工艺，并确保CPTCR功能及可靠度不受影响；不仅可以大幅降低电极材料成本约70％；缩短电极制备时间约50％；还可以改善溅镀制备时电极与瓷体间拉力不佳的情况；同时解决了铜电极制备于高温下会氧化问题，降低了污染，实现了绿色环保工艺。

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是本发明溅镀Cr的示意图；

图2是本发明溅镀Cu的示意图；

图中：1、陶瓷本体；2、氧化铬。

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、2所示，将CPTCR烧结后陶瓷本体经溅镀前表面预处理后，调整适当功率参数后，首先底层电极层采用真空溅镀Cr金属，使其溅射于CPTCR瓷体表面上，过程中Cr金属夺取瓷体表面的氧原子，除形成奥姆接触外，另一方面结合氧原子形成与金属堆栈契合度高的氧化铬陶瓷体结构，作为连接两异质材料接合的过渡层，待溅镀Cr金属结束后即在溅射Cu靶，使铜原子堆栈于CPTCR瓷体上，形成层外电极结构，此结构拥有良好散热性、导电性及焊性的优点，作为CPTCR的引线结合或其它电流通路良好材料。

以真空溅镀技术溅镀一层厚度≦0.01μm的Cr层，藉以形成奥姆接触做为电极层与瓷体的连结。

产品因需要形成奥姆接触，故于电极材料选择上以过渡金属作为优先考虑，实验主要选定两款过渡金属作为底层材料，分别为镍与铬金属，实验数据如表一，

银烧渗与溅镀Ni、Cr底电极之产品，其拉力结果为溅镀Cr>银烧渗>溅镀Ni，此结果来自于以Cr薄膜作为底电极，于瓷体端形成CrO,因CrO与金属层堆栈有良好契合度，而Ni薄膜虽同样可于瓷体端形成NiO，但其与金属堆栈契合性不若CrO优良，故拉力上呈现较Cr低了约30％，因此即选择CrO其做为过渡层藉以提高两异相材料间的结合力。

以真空溅镀术溅镀一厚度为0.3～0.6μm的Cu层，考虑铜金属与银拥有相近的外层电子轨域结构(d10-s1)，拥有相近的性质，因电子移动力高，因此拥有较佳的导热性，故采用其做为复合电极层主要材料，来达到与银电极等同效果，避免产品因散热性不佳问题，引发材料动作特性变化及其它耐压/耐电流能力降低的副作用。

同上述说明，因铜材料与银有相近结构，其同样有极佳的导电度，可在一定的电极层厚度下仍有效使避免电流过于集中，造成电极损害，组件烧毁等失效。

外层电极材料以Cu取代Ag，其与Ag一样在高温下均可与锡形成固溶体，达到较佳的结合性，但因Cu于300℃高温下易形成CuO氧化物，导致于后续焊接无法作业，因此导入以溅镀制备Cu电极。

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)

1.一种复合式铜电极陶瓷正温度系数热敏电阻，包括陶瓷本体、设置在陶瓷本体上的电极层、陶瓷本体外部的保护层以及保护层下端的引脚，其特征在于：所述的电极层为复合式电极层；所述的电极层由底电极层和外电极层组成；所述的底电极层为溅镀形成的Cr层；所述的外电极层为溅镀形成的Cu层；所述的底电极层与陶瓷本体表面结合，外电极层堆栈于底电极层上形成复合式铜电极层；所述的底电极层与陶瓷本体接触形成CrO层，所述的外电极层堆栈于CrO层上。

2.如权利要求1所述的复合式铜电极陶瓷正温度系数热敏电阻，其特征在于：所述的底电极层Cr层的厚度小于或等于0.01μm；所述的外电极层Cu层的厚度为0.3～0.6μm。

3.一种如权利要求要求1所述的复合式铜电极陶瓷正温度系数热敏电阻的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：

1)将热敏电阻的陶瓷本体烧结后进行表面预处理；

2)采用真空溅镀的方式在陶瓷本体的表面溅射一层Cr金属；

3)待Cr金属与空气中的氧原子形成氧化铬；

4)在陶瓷本体表面采用真空溅镀的方式溅射Cu靶，使铜原子堆栈于陶瓷本体上。

4.如权利要求3所述的复合式铜电极陶瓷正温度系数热敏电阻的制备工艺，其特征在于：所述的步骤2)中Cr层的厚度小于或等于0.01μm。

5.如权利要求3所述的复合式铜电极陶瓷正温度系数热敏电阻的制备工艺，其特征在于：所述的步骤4)中Cu层的厚度为0.3～0.6μm。