CN105084885A

CN105084885A - 一种氧化锌压敏电阻介质材料及片式电阻器制备方法

Info

Publication number: CN105084885A
Application number: CN201410187029.5A
Authority: CN
Inventors: 宋远强; 游钦禄
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-05-06
Filing date: 2014-05-06
Publication date: 2015-11-25

Abstract

本发明公开了一种氧化锌压敏电阻介质材料及片式电阻器制备方法。所属氧化锌压敏电阻介质材料以氧化锌为主原料，采用无铅、无镉配方添加Bi₂O₃、CoO、MnO、Sb₂O₃、Cr₂O₃、TiO₂、SrO、In₂O₃、NiO、ZrO2、SiO₂，两种以上氧化物所组成材料配方，该氧化锌压敏电阻介质材料适合制作片式氧化锌压敏电阻器，采用该介质材料所制备的片式氧化锌压敏电阻器具有规定电流下的电压范围宽(200V/mm～1200V/mm)、非线性系数高(48～80)和漏电流小0.2～1.0μA的优良电性能特征。烧结温度范围850～1160℃，制备工艺采用多层片式电容器生产制造技术，工艺简单易控，便于实现低成本的工业化生产。

Description

一种氧化锌压敏电阻介质材料及片式电阻器制备方法

技术领域

本发明公开了属于化合物半导体氧化锌压敏电阻介质新材料应用技术领域，涉及一种氧化锌压敏电阻介质材料及片式电阻器制备方法。氧化锌压敏电阻介质材料是以氧化锌(ZnO)为主体材料，添加多种其他微量元素，适用于陶瓷烧结工艺制成的氧化锌压敏电阻介质材料。采用陶瓷工艺制成的化合物半导体氧化锌压敏电阻器元件的关键结构材料。

背景技术

随着电子设备向集成化、微型化和低压化的方向发展，迎来了敏电阻器片式化和微型化和与其密切相连的关键结构材料的发展机遇。如何将实现高性能关键结构材料国产化和片式氧化锌压敏电阻器制造技术自主化发展模式的研究工作任务作为我们的研究目标。紧跟国际ROHS标准要求，从材料组成配方设计时，首先，考虑采用无铅、无镉绿色环保的氧化锌压敏电阻介质主体材料体系，因此在氧化锌压敏电阻器生产制造过程和使用中都不会危害人体健康和对环境造成污染，制得的氧化锌压敏电阻介质材料性能优良是我们追求的目标。以研究氧化锌压敏电阻介质新材料技术成果作为推动片式氧化锌压敏电阻器产业升级的关键技术支撑，在200810046263.0专利基础上拓展工作电压范围，提高非线性系数研究开发出了多电压系列的氧化锌压敏电阻介质材料，规定电流下的电压分别为200V/mm、280V/mm、380V/mm、480V/mm、540V/mm、610V/mm、750V/mm、900V/mm、1200V/mm。非线性系数为48～80，漏电流为0.2～1.0μA，为片式氧化锌压敏电阻器制造业的发展创造了有利条件。

发明内容

本发明提供一种氧化锌压敏电阻介质材料及片式电阻器制备方法。所属氧化锌压敏电阻介质材料以氧化锌为主原料，采用无铅、无镉配方添加Bi₂O₃、CoO、MnO、Sb₂O₃、Cr₂O₃、TiO₂、SrO、In₂O₃两种以上氧化物所组成材料配方，该氧化锌压敏电阻介质材料系列适合制作片式氧化锌压敏电阻器，采用该介质材料系列所制备的片式氧化锌压敏电阻器具有规定电流下的电压范围宽(200V/mm～1200V/mm)、非线性系数高(48～80)和漏电流小0.2～1.0μA的优良电性能特征。烧结温度范围850～1160℃，制备工艺采用多层片式电容器生产制造技术，工艺简单易控，便于实现低成本的工业化生产。

本发明技术方案如下：

一种氧化锌压敏电阻介质材料。其组分包括78～96％的ZnO、所添加的氧化物含量为0.1～6.2％的Bi₂O₃、0.1～2.0％的CoO、0.3～2.5％的MnO、0.1～1.5％的Sb₂O₃、0.1～1.5％的Cr₂O₃、0.5～5.6％的TiO2、0.1～1.0％的In₂O3、0.5～3.8％的Ni₂O₃、0.1～1.5％的ZrO₂、0.2～2.0％的SiO₂，上述氧化物组分含量均为质量百分比含量。添加两种以上的氧化物配制而成。

氧化锌压敏电阻介质材料配方组成：

一种片式氧化锌压敏电阻器制备方法，包括以下步骤：

步骤1.配料：配制氧化锌压敏电阻介质材料，称取主成分78～96％的ZnO、所添加的氧化物含量为0.1～6.2％的Bi₂O₃、0.1～2.0％的CoO、0.3～2.5％的MnO、0.1～1.5％的Sb₂O₃、0.1～1.5％的Cr₂O₃、0.5～5.6％的TiO2、0.1～1.0％的In₂O3、0.5～3.8％的Ni₂O₃、0.1～1.5％的ZrO₂、0.2～2.0％的SiO₂，上述氧化物组分含量均为质量百分比含量。添加两种以上的氧化物配制而成。

步骤2.混料：按表一：称取，实施例1～9配方原料进行搅拌磨混料(时间为1～2小时)，烘干(温度为100～140℃)和预收缩烧结(温度为750～850℃、保温时间为1～3小时)。

步骤3.磨料：将步骤2所得混料搅拌磨超细加工，搅拌磨时间1～3小时、烘干(温度为100～140℃)、过100目筛网获得氧化锌压敏电阻介质材料备用。

步骤4.流延浆料配制：将步骤3所得的磨料中加入，粘合剂、甲苯、无水乙醇、分散剂和增塑剂，粉料球磨24～48小时，使其成为介质流延浆料。

步骤5.流延：将步骤4所得的介质流延浆料通过陶瓷介质膜片流延机制备成介质膜片备用。

步骤6.内电极印刷：将步骤5.所得的介质膜片按照工艺要求制作上下护片，将下护片粘贴在印刷巴块上，将巴块放置在丝网印刷机基座上进行内电极浆料印刷，然后烘干。

步骤7.叠片：在步骤6印刷内电极的膜片上面叠合一张空白介质膜片，印刷第二层电极(按照工艺要求移位一个产品切割图形尺寸，在进行双数层2、4、6---层印刷时必须移位，在印刷单数层1、3、5---层内电极时不产生移位印刷)，按照生产流转卡要求的印刷的内电极层数后，叠合上护片(完成印刷叠片后的产品加工过程)获得印刷巴块。

步骤8.烘巴：将步骤7制作好的巴块在50～85℃条件下烘巴4～12小时。

步骤9.温等静压：将步骤8所得巴块放入不锈钢衬底的塑料薄膜上，然后装入真空封装袋内，进行真空封装后进行温等静压成型。

步骤10.切割：将温等静压成型的巴块，按照工艺流转卡产品型号规定的生坯芯片切割尺寸进行切割成为生坯芯片。

步骤11.排胶：将切割后的生坯芯片放置在承烧板上在排胶炉中进行排胶，去除有机物质。

步骤12.烧结：将排胶后的芯片连同承烧板一起放置在烧结炉内进行烧结。烧结工艺条件为：升温速率4～6℃/分，烧结温度850～1160℃，保温时间1～4小时

步骤13.制备端电极：将烧结后的芯片进行端电极浆料涂覆和烧银，最终获得片式氧化锌压敏电阻器。

使用表一：1～9实施例制作的片式氧化锌压敏电阻器0805尺寸规定电流下的电压(V1mA(V))＝8，最大允许工作电压AC(V)＝4、DC(V)＝5.5，最大限制电压VC(V)＝17、IP(A)＝2，通流容量1Time(A)＝120、2Time(A)＝60，能量耐量2ms(J)＝0.05、10/1000(J)＝0.1，最大静态功率(W)＝0.05，静态电容量(pf)＝800。4045尺寸压敏电压(V1mA(V))＝910，最大允许工作电压AC(V)＝550、DC(V)＝755，最大限制电压VC(V)＝1500、IP(A)＝100，通流容量1Time(A)＝3000、2Time(A)＝1500，能量耐量2ms(J)＝120.0、10/1000(J)＝175.0，最大静态功率(W)＝0.4，静态电容量(pf)＝10000。

本发明有益技术效果是：

本发明所述氧化锌压敏电阻介质材料以氧化锌原料作为主成分，采用无铅、无镉配方添加Bi₂O₃、Co₂O₃、MnO₂、Sb₂O₃、Cr₂O₃、TiO₂、In₂O₃、Ni₂O₃、ZrO₂、SiO₂氧化物，获得多系列氧化锌压敏电阻介质材料，其规定电流下的电压分别为200V/mm、280V/mm、380V/mm、480V/mm、543V/mm、610V/mm、750V/mm、900V/mm、1200V/mm，非线性系数为48～80，漏电流为0.2～1.0μA，作为多电压系列、高非线性系数和低的漏电流性能的氧化锌压敏电阻介质材料，适合于制作多层片式压敏电阻器：采用该系列介质材料所制备的片式电阻器可较好的满足不同压敏电压的产品设计制作要求，并具有高非线性系数为48～80和漏电流为0.2～1.0μA低等特点，且烧结温度低850～1160℃，制备工艺简单易控、成本较低。

附图说明

图1是片式氧化锌压敏电阻器结构剖面示意图。

图2是本发明氧化锌压敏电阻器的制备方法工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述：

表一：实施方式一配方表

组分含量(％)	ZnO	Bi₂O₃	Co₂O₃	MnO₂	Sb₂O₃	Cr₂O₃	TiO₂	In₂O₃	Ni₂O₃	ZrO₂	SiO₂
												实施例1	78	6.2	2.0	2.5	1.2	1.0	5.6	-	2.5	-	1.0
实施例2	86	5.0	0.5	2.0	1.0	1.0	1.5	-	1.5	1.5	-
												实施例3	88	3.0	-	0.5	-	0.8	3.0	0.1	3.8	-	-
实施例4	90	-	1.5	-	1.5	1.0	1.0	0.5	2.0	-	2.0
												实施例5	90	2.0	0.1	1.5	-	1.2	2.5	-	1.5	-	1.2
实施例6	92	-	1.0	0.8	0.5	1.5	2.0	1.0	1.0	-	0.2
												实施例7	94	0.1	0.5	1.0	1.0	0.5	1.5	-	0.5	0.5	-
实施例8	94	1.5	1.0	0.5	0.5	1.0	0.5	-	0.5	-	-
												实施例9	96	0.6	1.5	0.3	0.1	0.1	-	0.2	0.8	0.1	-

本发明具体实施例1～9的制备方法包括下述步骤和试验圆片制作方法：

步骤2.混料：按表一：实施例称取配方原料进行搅拌磨混料(时间为1～2小时)，烘干(温度为100～140℃)和预收缩烧结(温度为750～850℃、保温时间为1～3小时)。

试验圆片制作方法：将步骤3所得氧化锌压敏电阻介质材料加入粘合剂进行造粒、研磨、过100目筛网后采用专用圆片模具进行试验圆片的压制成型加工后。接下来按照步骤10进行排胶、步骤11.进行烧结工艺条件为：升温速率4～6℃/分，烧结温度900～1160℃，保温时间1～4小时、步骤12.端电极制备，然后进行电参数测量。实施例配方1～9试验圆片测得规定电流下的电压分别为：V_1mA(V)＝200V/mm、200V/mm、380V/mm、480V/mm、543V/mm、610V/mm、750V/mm、900V/mm、1200V/mm。非线性系数α＝48、55、60、65、70、75、80。漏电流IL＝0.2～1.0μA。试验结果表明多电压系列、高非线性系数和低的漏电流氧化锌压敏电阻介质材料是实现工业化制造的关键支撑体系材料。

Claims

1.一种氧化锌压敏电阻介质材料及片式电阻器制备方法，其特征在于，主成分包括78～96％的ZnO、所添加的氧化物含量为0.1～6.2％的Bi₂O₃、0.1～2.0％的CoO、0.3～2.5％的MnO、0.1～1.5％的Sb₂O₃、0.1～1.5％的Cr₂O₃、0.5～5.6％的TiO2、0.1～1.0％的In₂O3、0.5～3.8％的Ni₂O₃、0.1～1.5％的ZrO₂、0.2～2.0％的SiO₂，上述氧化物组分含量均为质量百分比含量，添加两种以上的氧化物配制而成。

2.根据权利要求1，一种氧化锌压敏电阻介质材料及片式电阻器制备方法，其特征在于具体实施例1～9的制备方法配料表一：所构成的材料配方。

实施例1～9的制备方法配料表一：

3.根据权利要求1所述，一种氧化锌压敏电阻介质材料及片式电阻器制备方法，其特征在于，主成分包括78～96％的ZnO、所添加的氧化物含量为0.1～6.2％的Bi₂O₃、0.1～2.0％的CoO、0.3～2.5％的MnO、0.1～1.5％的Sb₂O₃、0.1～1.5％的Cr₂O₃、0.5～5.6％的TiO2、0.1～1.0％的In₂O3、0.5～3.8％的Ni₂O₃、0.1～1.5％的ZrO₂、0.2～2.0％的SiO₂，上述氧化物组分含量均为质量百分比含量，添加两种以上的氧化物配制而成。获得的优良电性能指标：规定电流下的电压分别为：V_1mA(V)＝200V/mm、200V/mm、380V/mm、480V/mm、543V/mm、610V/mm、750V/mm、900V/mm、1200V/mm。非线性系数α＝48、55、60、65、70、75、80。漏电流IL＝0.2～1.0μA。

4.一种氧化锌压敏电阻介质材料及片式电阻器制备方法，其特征在于，具体实施方式步骤12.的烧结工艺条件为：升温速率4～6℃/分，烧结温度850～1160℃，保温时间1～4小时。