CN106663510B - 具有多层涂层的变阻器以及制造方法 - Google Patents

Abstract

在一个实施例中变阻器(100)可包括陶瓷基体(102)。变阻器(100)可进一步包括配置在陶瓷基体(102)周围的多层涂层。多层涂层可包括包含环氧树脂材料的外层(108)。多层涂层还可包括与陶瓷基体(102)相邻且配置在外层(108)和陶瓷基体(102)之间的内层(106)。内层(106)可包括由丙烯酸成分组成的聚合物材料。

Description

具有多层涂层的变阻器以及制造方法

技术领域

本申请的实施例涉及电路保护装置的领域。更具体地，本申请涉及用于浪涌保护的金属氧化物变阻器。

背景技术

过电压保护装置用于保护电子电路和组件免受由于过电压故障条件而引起的损害。这些过电压保护装置可包括连接在要被保护的电路和地线之间的金属氧化物变阻器(MOV)。MOV具有允许将MOV用于保护这样的电路免受灾难性的电压浪涌的影响的独特的电流电压特性。但是，因为变阻器装置被如此广泛地采用以保护许多不同类型的设备，所以存在对改善变阻器性能的持续的需求。

MOV装置一般由通常基于ZnO的陶瓷盘、Ag(银)电极、连接在第一表面和与第一表面相对的第二表面的第一金属引线和第二金属引线组成。在很多情况下，MOV装置还设置有围绕陶瓷盘的绝缘涂层和其它材料。当前市场上所发现的MOV的示例包括涂覆有具有高介电强度的环氧树脂绝缘材料的陶瓷盘。

然而，这种类型的MOV通常被限制为在相对低的温度(诸如小于85℃)下运行，以及更具体地，当以偏置湿度条件诸如85℃、85％相对湿度(RH)和高DC运行电压运行时，这种类型的MOV显示出可靠性问题。认为在这样的偏置湿度条件下所经历的可靠性问题起因于用于接触MOV的陶瓷基体的表面的银电极材料的迁移，还起因于环氧树脂涂层和ZnO陶瓷之间的相互作用。当将涂覆有环氧树脂的MOV运行在高温(至少85℃)、高湿度条件下同时施加DC运行电压时，可靠性问题的示例是通过界面的泄露升高。就这些问题和其它问题而言，本改进会是值得期待的。

发明内容

示例性实施例涉及改进的变阻器。在一个实施例中，变阻器可包括陶瓷基体。变阻器可进一步包括配置在陶瓷基体周围的多层涂层。多层涂层可包括包含环氧树脂材料的外层。多层涂层还可包括与陶瓷基体相邻并且配置在外层和陶瓷基体之间的内层。内层可包括由丙烯酸成分组成的聚合物材料。

在另一个实施例中，形成变阻器的方法可包括设置陶瓷基体以及将第一层施加在陶瓷基体上，其中第一层包括丙烯酸成分。该方法可进一步包括将第二层施加到第一层，其中第二层包括环氧树脂材料。

附图说明

图1呈现了示例性漆层的红外线光谱，其中该漆层可用作根据本公开的实施例的金属氧化物变阻器(MOV)的两层涂层的内层。

图2A呈现了根据本公开的实施例的MOV的俯视图。

图2B呈现了根据本公开的实施例的另一MOV的俯视图。

图2C呈现了图2B的MOV的侧截面视图。

图3描绘了常规MOV的俯视图。

图4A提供了处于初始阶段的根据本实施例的布置有双层涂层MOV的电测量结果。

图4B提供了在偏置条件下168小时后的图4A的MOV的电测量结果。

图4C提供了在偏置条件下336小时后的图4A的MOV的电测量结果。

图4D提供了在偏置条件下500小时后的图4A的MOV的电测量结果。

图5A提供了处于初始阶段的布置有单层环氧树脂涂层的常规MOV的电测量结果。

图5B提供了在偏置条件下168小时后的图5A的MOV的电测量结果。

图5C提供了在偏置条件下336小时后的图5A的MOV的电测量结果。

图5D提供了在偏置条件下500小时后的图5A的MOV的电测量结果。

具体实施方式

现在将参照附图在下文中更全面地描述本发明，本发明的优选实施例在附图中示出。但是，本发明可以以很多不同的形式体现并且不应被解释为受限于本文所陈述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使得本公开将是充分和完整的，以及为了本公开将全面地将本发明的范围传达给本领域的技术人员。在全部附图中，相似的附图标记指代相似的元件。

在以下的说明书和/或权利要求中，术语“在...上”、“上覆盖的”、“配置在...上”和“在...上方”可用在以下说明书和权利要求中。“在...上”、“上覆盖的”、“配置在...上”和“在...上方”可用于标示两个或更多元件直接物理接触彼此。然而，“在...上”、“上覆盖的”、“配置在...上”和“在...上方”也可意味着两个或更多元件并不直接接触彼此。例如，“在...上方”可以意味着一个元件在另一元件之上但是两个元件并不接触彼此，并且可以有另一个元件或元件(一个或多个)在这两个元件之间。此外，术语“和/或”可意味着“和”，可意味着“或”，可意味着“异或”，可意味着“一个”，可意味着“一些，但并非全部”，可意味着“两者都不”，和/或可意味着“两者都”，尽管所要求的主题的范围在这一方面不受限。

本实施例整体涉及基于氧化锌材料的金属氧化物变阻器(MOV)。众所周知，这种类型的变阻器包含陶瓷基体，其中该陶瓷基体的微观结构包括氧化锌颗粒，并且可包括配置在陶瓷微观结构中的诸如其它金属氧化物的各种其它成分。作为背景，MOV主要由氧化锌微粒组成，其中氧化锌微粒被烧结在一起以形成盘，在盘中作为固体的氧化锌微粒是高导电性的材料，同时由其它氧化物形成的微粒间的边界是高电阻的。仅在氧化锌微粒相遇的那些点处，烧结产生了与对称的齐纳二极管相当的‘微变阻器’。金属氧化物变阻器的电学行为是由串联或并联连接的微变阻器的数量导致的。MOV的烧结的基体还解释了它的高电负载能力，这种高电负载能力允许高的能量吸收，由此允许格外高的浪涌电流处理能力。

被采用以接触或封装变阻器的陶瓷基体的上述材料是装置劣化的潜在原因，特别是当在高温、高湿度和/或高电压条件下运行时。在各种实施例中，提供改进的变阻器，该改进的变阻器可抵抗在诸如高温、高湿度或高电压条件下的劣化。在各种实施例中，提供具有由多层结构组成的涂层的MOV，以及特别的，提供具有由两层结构组成的涂层的MOV，其中两层结构由通过环氧树脂组成的外层和通过漆组成的内层组成。与其中陶瓷与环氧树脂涂层直接接触的常规MOV相比，这种多层涂层可改善对泄露和其它电气劣化的抵抗力。

充当两层涂层中的内层的适宜的漆层的示例包括由丙烯酸树脂和其它树脂(诸如氨基树脂)的混合物组成的层。在具体的实施例中，漆层可由防潮、防腐蚀和防霉的所谓的三防漆组成。要用作两层涂层的内层的漆的一个示例性配方是：40％丙烯酸树脂、7％氨基树脂、35％二甲苯、16％添加溶剂以及2％固化剂。在固化之后，可从所得的漆层去除诸如二甲苯的溶剂和其它溶剂。丙烯酸树脂和氨基树脂可反应以形成由聚合物材料(诸如热固性聚合物)组成的漆层，其中聚合物由丙烯酸成分和氨基成分组成。丙烯酸成分和氨基成分的比例可与用于形成漆的丙烯酸树脂和氨基树脂的比例类似或相同。相应地，固化的漆层中丙烯酸成分与氨基成分的比例可以是40∶7或大约6∶1。在其它实施例中，丙烯酸成分与氨基成分的比例可以在3∶1和19∶1之间变化。实施例不限于本文。例如，本实施例涵盖丙烯酸成分：氨基成分的其它比例，该比例中的氨基成分足以在固化后提供交联的热固性聚合物材料。

图1呈现了示例性漆层的红外线光谱10，其中该示例性漆层可用作根据本公开的实施例的MOV的两层涂层的内层。如所例示的，红外光谱10包括多个吸收带，这些吸收带是由氨基成分和丙烯酸成分组成的聚合物材料的特性。

在一个实施例中，为了形成MOV，将漆层施加在陶瓷变阻器基体上，其中该漆层可以是如前所述的基于丙烯酸树脂和氨基树脂的三防漆。在一些实施例中，漆配方制品可以是在涂覆变阻器陶瓷基体时施加的准备好的商用配方制品，而在其它实施例中，可以在涂覆变阻器时准备漆配方制品。在一个示例中，可以如下方式施加漆层以涂覆陶瓷基体的被暴露的表面，即使得随后的层(一层或多层)不与陶瓷基体接触。诸如上文所公开的示例性配方的漆配方制品的优点是，漆配方制品具有低黏性，可通过刷涂、喷涂、浸涂、幕涂或其它方法来施加该漆配方制品。并且，这样的配方制品会显示出良好的粘附性。此外，固化成固体漆层可以相对快的速率发生。

随后，可施加环氧树脂层以覆盖漆层。用于环氧树脂层的适宜的环氧树脂的示例包括用于形成常规MOV装置的已知的环氧树脂材料。环氧树脂层可封装涂覆有漆的陶瓷基体从而诸如通过提供高介电强度来保护陶瓷基体。

图2A呈现了根据本公开的实施例的MOV(变阻器100)的俯视图。为了清楚，去除了变阻器涂层的部分以例示涂层的结构。如所例示的，变阻器100包括可具有平坦形状的陶瓷基体102，其中陶瓷基体102整体处于如所示的X-Y平面内。陶瓷基体102可具有常规形状，诸如所示出的具有长度A和宽度D的一般矩形形状。但是，在其它实施例中，陶瓷基体可具有椭圆形形状、圆形形状或本领域已知的其它形状。实施例不限于本文。如图2中所示出的，第一引线110可接触陶瓷基体102的上表面，而第二引线112接触陶瓷基体102的下表面(不可见)。如所例示的，陶瓷基体102覆盖有两层涂层104。将理解的是，两层涂层104可延伸以在陶瓷基体102的所有侧面上覆盖陶瓷基体102。两层涂层104包括内层106和外层108。在各种实施例中，外层108由可用于涂覆常规MOV装置的常规环氧树脂材料组成。外层108还可具有常规MOV装置的厚度特性。在一些示例中，外层的厚度的范围可为从0.3mm到3mm，并且更特别地从0.5mm到1.2mm。对于给定的样本，外层108的厚度可以是均匀的；但是，如在常规MOV装置中那样，外层108的厚度可以随着MOV装置的不同区域而变化。实施例不限于本文。

内层106可由漆(诸如如上文所述的由丙烯酸树脂和氨基树脂形成的漆)组成。在一些实施例中，内层106的厚度可在3μm-100μm的范围内，并且特别地可为5-50μm。实施例不限于本文。相应地，明显的是，与单层的常规环氧树脂涂层相比，内层的施加基本不改变根据本实施例的两层涂层的总厚度。换言之，在一些实例中，内层106的厚度的范围可为外层108的厚度的大约0.4％到10％。

图2B呈现了根据本公开的另外的实施例的另一个MOV(变阻器120)的俯视图。图2C呈现了变阻器120的侧截面视图。为了清楚，去除变阻器涂层的部分以例示涂层的结构。在本实施例中，陶瓷基体122具有圆形形状。如图2B和图2C中所示出的，第一引线130可接触陶瓷基体122的上表面，而第二引线132接触陶瓷基体122的下表面。两层涂层124包括内层126和外层128，其中内层126和外层128可分别由与内层106和外层108的材料相似的材料组成。内层126的厚度也可落入3μm-100μm的范围内，外层128可具有0.3mm到3mm范围内的厚度。

图3描绘了常规MOV 150，MOV 150可由与MOV 100的部件类似的部件组成，除了陶瓷基体102涂覆有可与MOV 100的外层108相似或相同的单层(环氧树脂层152)。

由根据本实施例的MOV装置所提供的一个优点是在各种条件下的改善的性能，包括在高温负载测试(150℃、施加1500V DC，125℃、施加970V DC)、偏置湿度负载测试(85℃、85％RH以及多达1500V DC的施加电压)和高压测试(施加＞2500V AC)下的改善的性能。图4A到图4D提供了根据本实施例的布置有两层涂层的一组MOV样本的电测量结果。在MOV样本经受所施加的偏置的同时以大约168小时的间隔对MOV样本进行各种测试。具体地，在一组测试中，MOV样本在85％相对湿度的环境中在85℃经受970V连续dc偏置的施加，而在另一组测试中，将样本保持在125℃并且对样本施加连续的970V DC。在图4A到4D和图5A到5D中，示出了在85％相对湿度的环境中在85℃经受970V连续dc偏置的样本的结果。如所说明的，以大约168小时的间隔移动并测量样本。在所示出的数据中，Vnom代表当将1mA电流传导通过MOV时MOV两端的电压降，以及泄露电流是在80％Vnom测量的。

在图4A中，在正向偏置和反向偏置条件下测量一组样本42、43、44、45和46在1ma电流时的变阻器电压(Vnom)。还示出了在正向偏置和反向偏置条件下的泄露测量结果。在正向偏置下，初始Vnom值显示出大约1190的平均值，在反向偏置下，初始Vnom值显示出大约1200的平均值。随着多达500小时的时间的推移，这些值分别少量地升高了大约1.3％和2.5％。在80％Vnom的偏置电压处测量泄露电流(以微安培示出)，记录正向泄露和反向泄露。在非偏置条件下的初始泄露值显示出大约32的平均值，并且随着时间轻微地降低。偏置下的初始泄露值显示出大约34的平均值，该泄露值随着时间轻微地变化，但是并未示出系统性的偏移。这些结果表明，MOV在测试条件下至少达500小时内稳定。

图5A-图5D提供了布置有含有单个环氧树脂层的涂层的常规MOV的电测量结果。使用与图4A-4d中所示的测量条件相同的测量条件来测量一组样本47、48、49、50和51。如图5A中所例示的，如所期望的，初始Vnom和泄露测量结果显示出与图4A的样本测量结果基本相同的结果。但是，电学性能基本地随着时间改变，如图5B、5C和5D中所示出的。例如，在500小时以后，反向偏置条件下的Vnom下降大约8％，正向偏置条件下的Vnom下降大约54％。此外，在非偏置和偏置条件下，500小时以后泄露都升高超过10倍，标示着严重的装置劣化。

除了图4A-4D的电学性能测试结果中所示出的上述优点，可期望本实施例的两层涂层显示出防漏电行为、防震性能、防尘性能、防腐蚀性能、防盐雾性能、防霉性能、抗老化性和抗电晕性。

要说明的是，图4A-4D的以上结果提供了两层MOV的测量结果，在两层MOV中，内层由氨基树脂和丙烯酸树脂的混合物形成，具体来说，内层由40％丙烯酸树脂、7％氨基树脂、35％二甲苯、16％添加溶剂和2％固化剂形成。但是，在其它实施例中，两层涂层可由其中氨基树脂和丙烯酸树脂的相对量不同于以上成分的漆的内层组成。此外，另外的实施例包括这样的两层涂层：其中外层由环氧树脂组成，内层由其它热固性材料组成，其中其它热固性材料由不同于氨基树脂和丙烯酸树脂的前驱体的组合形成。

在进一步的实施例中，可施加两层涂层以保护其它电子组件免于在高压、高温或高湿度条件下劣化。这样的电子组件包括正温度系数热敏电阻器(PTC热敏电阻器)、负温度系数热敏电阻器(NTC热敏电阻器)、电阻器、电容器、滤波器、铁电组件和压电组件，等等。

尽管已参照某些实施例公开了本发明，但在不偏离如所附的权利要求所限定的本发明的范畴和范围的情况下，对所描述的实施例的很多修改、变化和改变是可能的。相应地，意图的是本发明不限于所描述的实施例，以及本发明具有由以下的权利要求的语言及其等同物所限定的全部范围。

Claims (18)

1.一种变阻器，包括：

陶瓷基体；以及

配置在所述陶瓷基体周围的多层涂层，所述多层涂层包括：

外层，所述外层包括环氧树脂材料；以及

内层，所述内层与所述陶瓷基体相邻并且配置在所述外层与所述陶瓷基体之间，所述内层包括由丙烯酸成分树脂、氨基树脂、二甲苯溶剂以及固化剂的混合物形成的聚合物材料三防漆。

2.根据权利要求1所述的变阻器，其中所述陶瓷基体包括ZnO陶瓷。

3.根据权利要求1所述的变阻器，其中所述内层包括3μm到100μm的厚度。

4.根据权利要求1所述的变阻器，其中丙烯酸树脂与氨基树脂的比例为3∶1到19∶1。

5.根据权利要求4所述的变阻器，其中丙烯酸树脂与氨基树脂的比例为6∶1。

6.根据权利要求1所述的变阻器，其中所述外层的厚度为0.3mm到3mm。

7.根据权利要求1所述的变阻器，其中所述外层不接触所述陶瓷基体。

8.一种形成变阻器的方法，包括：

提供陶瓷基体；

将第一层施加在所述陶瓷基体上，所述第一层包括由丙烯酸成分树脂、氨基树脂、二甲苯树脂以及固化剂的混合物形成的三防漆；以及

将第二层施加到所述第一层，所述第二层包括环氧树脂材料。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述陶瓷基体包括ZnO陶瓷。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一层包括5mm到100mm的厚度。

11.根据权利要求8所述的方法，其中施加所述第一层包括：

提供混合物，包括混合丙烯酸树脂、氨基树脂、二甲苯溶剂和固化剂；

将所述混合物施加到所述陶瓷基体；以及

固化所述混合物以形成固体层。

12.根据权利要求11所述的方法，其中丙烯酸树脂与氨基树脂的比例为3∶1到19∶1。

13.根据权利要求12所述的方法，其中丙烯酸成分与氨基成分树脂的比例为6∶1。

14.根据权利要求8所述的方法，其中所述第二层不接触所述陶瓷基体。

15.根据权利要求8所述的方法，其中施加所述第一层包括通过刷涂、喷涂、浸涂或幕涂来施加所述第一层。

16.根据权利要求1所述的变阻器，其中所述三防漆由以下形成：

40％的丙烯酸树脂；

7％的氨基树脂；

35％的二甲苯；

16％的添加溶剂；以及

2％的固化剂。

17.根据权利要求16所述的变阻器，其中响应于固化，二甲苯和额外的溶剂从所述三防漆被移除。

18.根据权利要求17所述的变阻器，其中丙烯酸树脂以及氨基树脂是能够反应的以形成由热固性聚合物材料组成的三防漆。