CN105139986B - 防爆型氧化锌压敏电阻器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防爆型氧化锌压敏电阻器，包括：防暴外壳、压敏电阻本体、定位卡和阻燃填充材料；所述防暴外壳内部设置有六根内筋，用于固定压敏电阻本体，使得压敏电阻本体不接触防暴外壳；所述定位卡为镂空结构，设置在防暴外壳内用以修正压敏电阻本体的引线跨距，并固定引线和防暴外壳之间的距离，压敏电阻本体的引线伸出防暴外壳外部；所述压敏电阻本体与防暴外壳之间填充有阻燃填充材料。并公开了上述电阻器的制备方法。实验证明其能有效阻燃和封闭爆炸物。如果发生电阻器爆燃，防暴外壳内的火焰因缺氧而熄灭。这样外壳以外部分是安全的。使得压敏电阻的失效不会影响设备内部其他电子元器件的正常使用。

Description

防爆型氧化锌压敏电阻器及其制备方法

技术领域

本发明属于电子元件制作工艺技术领域。涉及一种防爆型氧化锌压敏电阻器及其制备方法。

背景技术

压敏电阻器广泛应用于家用电器、电力仪表和设备、通讯、防雷设备、LED灯等领域，在经过长期使用、经受异常过电压、遭受雷击等以后会有万分之几或几十万分之几的失效。虽然概率很小，但对某一台设备而言也是不容许的。压敏电阻器失效的现象是压敏电阻短路、爆炸、火苗窜出、引起其他元器件甚至整个设备起火或燃烧。为了解决这一难题，各厂家想出了许多解决办法：提高产品性能、增大产品尺寸、提高压敏电压，但结果都不理想，不是保护效果下降，就是成本提高后还不能根本解决。

中国专利CN201120288479.5，公开了一种防爆压敏电阻，该防爆压敏电阻包括壳体和壳体内的压敏电阻，压敏电阻本体外包裹有阻燃壳体，该壳体分为外壳和内壳，外壳为长方体形状，其内部为空心的，该外壳设有一个开口，开口左右两边设有凹角，内壳为抽屉式形状，其中间设有固角块，该内壳还设有弧形条，内壳的两边各有一凸扣，该凸扣与外壳的凹角相吻合，压敏电阻本体与内壳通过粘胶固定。

中国专利CN201420157857.5，公开了一种防燃、防爆压敏电阻器，包括压敏电阻，所述压敏电阻内设置温度保险丝和引线，在所述压敏电阻外可拆卸式设置防爆外壳，所述压敏电阻上的引线由所述防爆外壳内部延伸至外部。通过在压敏电阻上设置温度保险丝，形成了热保护型压敏电阻(TMOV)，在压敏电阻失效后产生高热之前就能有效的切断电源防止起火，同时在此压敏电阻外部可拆卸式设置防爆外壳，可以对压敏电阻进行双重保护。

针对压敏电阻器的“UL1449 3rd”实施，该标准是针对浪涌抑制器的，其中有“短路电流下的异常过电压试验、中等电流和有限的短路电流试验”(即防爆试验Section39,UL1449TYPE1，2，3)。如MYG14D201产品，当压敏电压为190～200V时，压敏电阻串接约4Ω大功率电炉丝后直接接在220V市电上，要求无火苗或火星冒出。因为普通型压敏电阻器达不到该要求。

常见防爆压敏电阻器规格是MYG14K681M，一般用于空调室外机。在使用防爆压敏电阻器前，使用的是普通型压敏电阻器，每年夏天几十万分之几甚至万分之几空调因压敏电阻器失效而造成事故，一般烧毁电路板后空调停止工作，有时会引起火灾。

发明内容

本发明的目的是在不改变原有工艺设备的条件下，提供一种能够解决压敏失效时安全隐患的电阻器，同时提供此种电阻器的制备方法。

为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：一种防爆型氧化锌压敏电阻器，包括：防爆外壳、压敏电阻本体、定位卡和阻燃填充材料；所述防爆外壳内部设置有六根内筋，用于固定压敏电阻本体，使得压敏电阻本体不接触防爆外壳；所述定位卡为X型薄片状，设置有引线插口，放置在防爆外壳内用以修正压敏电阻本体的引线跨距，并固定引线和防爆外壳之间的距离，压敏电阻本体的引线伸出防爆外壳外部；所述压敏电阻本体与防爆外壳之间填充有阻燃填充材料。

所述防爆外壳采用阻燃等级为V0级的PP制成。

所述压敏电阻本体包括氧化锌基压敏电阻芯片、环氧粉末包封层和引线，所述氧化锌基压敏电阻芯片是以氧化锌、三氧化二铋、三氧化二锑、四氧化三钴、三氧化二铬、三氧化二镍、氧化锰为原料加入去离子水球磨、喷雾造粒、压片、高温烧结、丝网引刷电极、烧银后制成。

所述阻燃填充材料包括环氧灌封胶和阻燃材料。

所述阻燃材料堆积密度大于97％的陶瓷颗粒，所述陶瓷颗粒耐温大于1000℃。

所述阻燃材料的填充厚度大于3mm。

所述环氧灌封胶的主剂与固化剂的质量比为100:12±1。

一种防爆型氧化锌压敏电阻器的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备压敏电阻本体：以氧化锌、三氧化二铋、三氧化二锑、四氧化三钴、三氧化二铬、三氧化二镍、氧化锰为原料加入去离子水球磨、喷雾造粒、压片、高温烧结、丝网引刷电极、烧银后制得氧化锌基压敏电阻芯片，自动浸锡焊上引线，将焊接后的产品在150±10℃的烘箱中烘10分钟，然后包封、固化制得压敏电阻本体；

(2)制备防爆型氧化锌压敏电阻器：浇注防爆外壳，将压敏电阻本体引线向上插入防爆外壳内悬空固定，将定位卡插在引线之间，灌入阻燃材料，矫正引线，倒入配制好的环氧灌封胶，固化后切引线、校正引线后包装。

所述步骤2中阻燃材料的加入量位于两道刻度线之间，下刻度线与压敏电阻本体漆脚齐平，上刻度线为距开口处4mm。

针“UL1449 3rd”中的试验要求，进行大量的试验工作。得出结论如下：

①用环氧粉末或酚醛树脂包封时，火苗穿过包封层在空气中的长度约为10毫米。

②用硅酮树脂包封时，无火苗窜出，但有火星冒出。

③当瓷片中心涂覆大于4毫米厚水泥电阻浆料后，即无火星、火苗窜出。

④当瓷片用环氧粉末包封后，火星、火苗将穿不透3毫米厚粉末状石砂或1.5毫米后陶瓷片。

⑤火星、火苗总是从阻体中心引线交叉点出窜出。

本发明的防爆压敏电阻器，即UL1449 3rd“短路电流下的异常过电压试验、中等电流和有限的短路电流试验后无火苗或火星窜出”，研制满足“UL1449 3rd”所有试验项目的浪涌抑制器即MYGM系列防爆型压敏电阻器。

压敏电阻器有以下三种失效模式：(1)劣化，表现为漏电流增大，压敏电压显著下降，直至为零；从而导致产品击穿。(2)炸裂，若过电压引起的浪涌能量太大，超过了所选用的压敏电阻器极限承受能力，则压敏电阻器在抑制过电压时将会发生陶瓷炸裂现象。(3)穿孔，若过电压峰值特别高，导致压敏电阻器陶瓷瞬间发生电击穿，表现为穿孔。

根据以上失效模式，归于一点，产品失效时，起火，有火苗或火星喷出，会燃烧别的器件或设备外壳。本发明通过在压敏电阻本体外层增加了一层防爆外壳，并在压敏电阻本体与防爆外壳之间填充有阻燃填充材料来达到消除电阻起火和爆炸时的安全隐患。防爆外壳由阻燃等级为V0级的进口阻燃PP制成，其在内部爆炸并产生高温时，外壳有一点软化变形，吸收应力，但不破裂，保证所有爆炸发生在外壳内，对外部不产生任何危害，不同于普通脆性爆裂材料。同时外壳内部六根内筋支撑压敏电阻本体电阻体，使其悬空，压敏电阻本体爆炸起火点位置远离内筋。

阻燃填充材料包括环氧灌封胶和阻燃材料，环氧灌封胶的主材是铝溴联合体、AGE、双酚A混合体、多烯多胺，特点是耐高温、阻燃、无游离氨析出，阻燃材料为耐温1000度以上的陶瓷颗粒，大小颗粒搭配使用，其堆积密度大于97％，能更好地减小击穿爆炸规模，瓷片必须是在有空气的情况下才会着火。定位卡的作用是修正引线跨距，并严格固定引线与外壳的距离，定位卡为镂空结构，不影响充填防爆材料和环氧灌封胶。

本发明创新点：本发明的防爆型压敏电阻器，特征在于普通压敏电阻器外面增加防爆层、在压敏电阻器失效起火或爆炸时，能将起火或爆炸密封在防爆壳中，压敏电阻器开路，切断了电源即火源，很快火苗在防爆壳中熄灭，从而保证了使用安全。

本发明的有益效果：防爆压敏电阻器的使用大大提高了压敏电阻器使用的可靠性。实验证明其能有效阻燃和封闭爆炸物。如果发生电阻器爆燃，防爆外壳内的火焰因缺氧而熄灭。这样外壳以外部分是安全的。使得压敏电阻的失效不会影响设备内部其他电子元器件的正常使用。

附图说明

图1是压敏电阻本体截面图。

图2是防爆型氧化锌压敏电阻器截面图。

图3是定位卡的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

图1是压敏电阻本体截面图，由图1所示，压敏电阻本体包括氧化锌基压敏电阻芯片1、环氧粉末包封层2和引线3，氧化锌基压敏电阻芯片是以重量比为50000：1600：1700：520：200：180：350的氧化锌、三氧化二铋、三氧化二锑、四氧化三钴、三氧化二铬、三氧化二镍、氧化锰为原料，加入去离子水球磨、喷雾造粒、压片、高温烧结、丝网引刷电极、烧银制成。

图2是防爆型氧化锌压敏电阻器截面图，由图2所示，电阻器包括：防爆外壳4、压敏电阻本体6、定位卡和阻燃填充材料。

防爆外壳采用阻燃等级为V0级的PP制成，内部设置有六根内筋，用于固定压敏电阻本体，使得压敏电阻本体不接触防爆外壳。

定位卡见图3，X型薄片状，设置有引线插口，放置在防爆外壳内用以修正压敏电阻本体的引线跨距，并固定引线和防爆外壳之间的距离，压敏电阻本体的引线伸出防爆外壳外部。

压敏电阻本体与防爆外壳之间填充有阻燃填充材料。阻燃填充材料包括阻燃材料6和环氧灌封胶7。环氧灌封胶的主剂：固化剂＝100:12±1(质量比)。阻燃材料堆积密度大于97％的陶瓷颗粒，陶瓷颗粒耐温大于1000℃，陶瓷颗粒的尺寸为20～30目与80～100目按质量比30:70配比使用。阻燃材料的填充厚度大于3mm。

制备步骤如下：

(1)制备压敏电阻本体：以氧化锌、三氧化二铋、三氧化二锑、四氧化三钴、三氧化二铬、三氧化二镍、氧化锰为原料加入去离子水球磨、喷雾造粒、压片、高温烧结、丝网引刷电极、烧银后制得氧化锌基压敏电阻芯片，自动浸锡焊上引线，将焊接后的产品在150±10℃的烘箱中烘10分钟，然后包封、固化制得压敏电阻本体；

(2)制备防爆型氧化锌压敏电阻器：浇注防爆外壳，将压敏电阻本体引线向上插入防爆外壳内悬空固定，将定位卡插在引线之间，灌入阻燃材料，阻燃材料的加入量位于两道刻度线之间，下刻度线与压敏电阻本体漆脚齐平，上刻度线为距开口处4mm。矫正引线，倒入配制好的环氧灌封胶，固化后切引线、校正引线后包装。

批量生产中主要工艺难题、对策及结果。

1、提高防爆性能和引线在壳中位置问题

壳内加了6条很窄的内筋(均位于远离火苗窜出点的边缘)支撑住阻体(内筋是跟外壳一次浇铸而成，六条内筋在电阻周围均匀分布)：①使阻体与壳完全用阻燃材料隔开提高防爆性能。

②固定产品位置。③在点胶前上一个固定盖板，进一步保证了引线位置。

根据用户引线长度的要求±0.3毫米，设计制作切刀，切刀厚度就是引线长度，切孔间距就是用户要求的引线间距，保证了引线长度和间距。

2、气泡问题

由于是先灌阻燃剂后点胶，胶在固化阶段回渗透进阻燃剂中，同时其中的气泡会向上冒，有一部分就会固化在表面。为了解决这一问题，经过多次试验，我们采用了两次点胶的方法：第一次先点一半左右的胶，再进行二次点，这样就彻底解决了气泡问题。

3、上限类别温度耐久性问题

考虑到客户对上限类别温度耐久性试验后需测试漏电流的要求，重点做了以下工作：

①加强去离子水质量的控制，除入厂时检验水阻外，配料前检验水阻，水阻低于1MΩ必须报废，不能使用。

②加强生产过程控制，在整个产品操作加工过程中，手不能直接接触产品，必须带手套操作。

③做好焊接过程控制。焊接温度在规定范围内才能焊接，每批料试焊三条，检验合格后才能批量焊接。操作人员、检验员作好首检、巡检工作。每批料做好废品统计记录、焊剂温度记录。

④将该项试验后测试漏电流纳入我司产品例行试验范畴。

⑤烧结瓷片在用自来水清洗后，再用去离子水清洗一遍，减少自来水中的有害杂质对产品的影响。

⑥对产品焊接后的清洗溶剂进行了更换。将原先使用的工业级酒精更换为溶解性更好的溶剂，纯度提高为化学纯，能更好地将焊接残留助焊剂清洗掉，又很少带入新的污染。

⑦增加了清洗后在130℃的烘干程序，让清洗剂充分挥发掉。确定了工艺，制作了一批样品，一部分做例行试验，一部分送客户做认定。例行试验包括上限类别温度耐久性、湿中负荷、125℃高温储存、低温储存等。另外根据客户要求做了与防爆有关的认定试验，试验均合格。

4、引线氧化问题

经过多种材料选择和长周期储存试验，改用特制的阻燃树脂和固化剂(普通的固化剂固化后在封闭的空间内会缓慢释放游离氨，其会在水气的作用下在引线的锡层表面附着，并会与锡反应形成黑点，影响外观和可焊性。本专利使用的特制的阻燃树脂和固化剂的主材是铝溴联合体、AGE、双酚A混合体、多烯多胺，特点是耐高温、阻燃、无游离氨析出。)，固化时间延长为6小时变稠，24小时固化。因其中不含游离氨，解决了引线氧化问题；同时让用点胶机快速生产成为可能。

5、量产速度问题

开始时是手工用针桶打，为防止胶污染引线，先后采用了：

①在引线上套热缩管护住引线，打胶后再拔去，

②将电阻排成一排，用特制波浪型金属条贴在引线上，再在两端及中间夹住，打胶后再取下，③将13只电阻排成一排，每两只间留有一定的空隙，用普通锯条夹住引线，打胶后再取下。在改进胶的基础上，点胶速度达到3000/人天。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，但同样在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (2)

1.一种防爆型氧化锌压敏电阻器，其特征在于包括：防爆 外壳、压敏电阻本体、定位卡和阻燃填充材料；所述防爆 外壳内部设置有六根内筋，用于固定压敏电阻本体，使得压敏电阻本体不接触防爆 外壳；所述定位卡为X型薄片状，设置有引线插口，放置在防爆 外壳内用以修正压敏电阻本体的引线跨距，并固定引线和防爆 外壳之间的距离，压敏电阻本体的引线伸出防爆 外壳外部，在点胶前上一个固定盖板，进一步保证了引线位置；所述压敏电阻本体与防爆 外壳之间填充有阻燃填充材料，阻燃材料的加入量位于两道刻度线之间，下刻度线与压敏电阻本体漆脚齐平，上刻度线为距开口处4mm；

所述防爆 外壳采用阻燃等级为V0级的PP制成；

所述压敏电阻本体包括氧化锌基压敏电阻芯片、环氧粉末包封层和引线，所述氧化锌基压敏电阻芯片是以重量比为50000：1600：1700：520：200：180：350的氧化锌、三氧化二铋、三氧化二锑、四氧化三钴、三氧化二铬、三氧化二镍、氧化锰为原料加入去离子水球磨、喷雾造粒、压片、高温烧结、丝网引刷电极、烧银后制成；

所述阻燃填充材料包括环氧灌封胶和阻燃材料；

所述阻燃材料堆积密度大于97％的陶瓷颗粒，所述陶瓷颗粒耐温大于1000℃；陶瓷颗粒的尺寸为20～30目与80～100目按质量比30:70配比使用；

所述阻燃材料的填充厚度大于3mm；

所述环氧灌封胶的主剂与固化剂的质量比为100:12±1。

2.一种根据权利要求1所述防爆型氧化锌压敏电阻器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)制备压敏电阻本体：以氧化锌、三氧化二铋、三氧化二锑、四氧化三钴、三氧化二铬、三氧化二镍、氧化锰为原料加入去离子水球磨、喷雾造粒、压片、高温烧结、丝网引刷电极、烧银后制得氧化锌基压敏电阻芯片，自动浸锡焊上引线，将焊接后的产品在150±10℃的烘箱中烘10分钟，然后包封、固化制得压敏电阻本体；

(2)制备防爆型氧化锌压敏电阻器：浇注防爆 外壳，将压敏电阻本体引线向上插入防爆 外壳内悬空固定，将定位卡插在引线之间，灌入阻燃材料，矫正引线，倒入配制好的环氧灌封胶，固化后切引线、校正引线后包装。