CN108231307B - 一种铝电极的氧化锌压敏电阻器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝电极的氧化锌压敏电阻器及其制备方法。该氧化锌压敏电阻器包括ZnO陶瓷基体、电极及电极引出线，ZnO陶瓷基体为片状结构，在ZnO陶瓷基体的两面上都设有电极，电极与电极引出线连接；电极为铝电极；电极引线与电极应用焊接钎料，采用超声辅助焊接实现电气互连；焊接钎料为添加有活性Ti、Zr、V和稀土元素中的一种或多种的多元Sn基合金。本发明与只采用银浆或铜浆或多层复合贱金属电极相比，在电极制备成本上大大降低，具有更优的电气性能，生产效率更高，生产过程绿色环保，而且免清洗工艺。

Description

一种铝电极的氧化锌压敏电阻器及其制备方法

技术领域

本发明涉及过电压保护半导体元件，特别是涉及采用低成本的Al制作铝电极的氧化锌压敏电阻器及其制备方法。

背景技术

氧化锌压敏电阻器因其优良的非线性特性和强耐浪涌能力而常常作为一种典型的电子陶瓷元器件而广泛用于各种电子线路和电力系统中。工业上压敏电阻器的制备工艺流程如下：压敏ZnO陶瓷基体制作→上电极→焊接、包封、固化→成品检测；表面金属化(上电极)是氧化锌压敏电阻器生产和制造过程中的必要环节。目前行业中普遍采用的是丝网印刷银浆，然后经高温烧渗制备银电极工艺，该工艺存在的显著缺陷是生产成本高。

据统计，上面所述传统的印刷银浆后再烧结(简称刷银)工序的生产成本大约占到生产一个完整压敏电阻器成本的45％。而现有的很多企业为了降低生产成本，往往采用的是减小银层厚度或刷银面积来实现，但这种做法却使得产品电性能明显变差。因此，在保证产品电性能的前提下，降低压敏电阻器电极生产成本的必然趋势是采用贱金属替代贵金属银。

如下表1所示，铝及其合金是电和热的良导体，其导电性和导热性虽然较金属银和铜差，但铝的比热容更大，尤其是价格上具有显著的优势，因此在电子电气产品制造业中，“以铝代银、以铝代铜”成为产业低成本化发展的必然趋势之一。

表1铝与银和铜物理性能和价格的比较

采用贱金属电极替代银电极来降低电子元器件生产成本的方案引起了生产商和科研工作者的广泛关注和大量研究，并取得了一些成果。中国发明专利申请CN103578607A公开了一种贱金属电极结构及其制备方法；该申请采用铜浆替代银浆，通过丝网印刷工艺将铜浆印刷在电子陶瓷表面，然后在N₂气氛下经高温还原形成铜电极。相比较传统丝印银电极，该技术的缺点是：①成本降低幅度很小，尤其是当小批量生产时，其平均成本甚至要比丝印银电极ZnO压敏电阻器的成本更高；②工艺流程复杂，丝印铜浆电极在烧结过程中需要维持高纯度的N₂气氛，以防止铜浆在烧结过程中的氧化；③与丝印银浆电极工艺一样也存在环境污染等问题。

中国发明专利申请CN103247362A公开了一种电子陶瓷元件的贱金属复合电极及其制备方法；该申请采用热喷涂工艺制备复合贱金属电极层，即在陶瓷基体上先喷涂一层铝电极，再在铝电极上喷涂一层铜电极作为焊接层，该技术能在不降低ZnO压敏电阻电气性能的基础上，一定程度上降低电极生产成本，但仍存在一些明显的缺点：首先，该申请采用的是多层复合贱金属电极结构，即先在陶瓷基体表面制备第一贱金属电极层作为过渡层，该过渡层采用的是铝电极，但由于喷涂铝电极层具有极差的可焊性，因此为了实现电极与电极引出线的互连，该申请采取的方法是在第一贱金属电极层上喷涂第二贱金属铜电极层作为可焊层，然而这种双层复合电极结构会使得电极制备工艺更加繁杂，能源消耗大，生产效率低；其次，该申请中提到的多层复合贱金属电极层的制备工艺是通过翻转样品的方法单面的制备，即每次只能对陶瓷基体的一个表面进行电极制备，这样的话制备双面各两层贱金属电极共需要翻转样品3次，这必然大大的影响生产效率以及增加了人工成本；再其次，为了实现焊接层与电极引出线互连后的高可靠性，必须先保证第二贱金属铜电极完全覆盖在第一贱金属电极层的待焊接区，实际生产中需要将喷涂铜电极层平均厚度控制在50um以上才能保证铜电极层能完全覆盖住铝电极，然而这种过量的铜电极材料的使用使得整个电极制备成本急剧升高，经计算显示，如果采用该申请所示的技术制备Al/Cu电极各50um厚的ZnO压敏电阻器，那么仅从材料成本角度考虑，喷涂Cu电极层成本与喷涂Al电极层成本之比为8:1。因此从生产效率、设备的前期投资、成本等因素综合考虑，采用该申请制备的多层复合贱金属电极层ZnO压敏电阻器与传统丝印电极相比很难有成本上的优势，这也是目前限制该技术在行业上推广使用的主要原因。

为了实现压敏电阻器低成本化发展需求，如果只采用喷涂工艺制备单一的Al贱金属电极很显然可以有效的解决ZnO压敏电阻器生产成本问题。然而，在金属软钎焊领域，铝及其合金因其表面致密的氧化膜使其可焊性极差，目前已有的关于焊接铝及其合金的低温焊料主要是Sn基的药芯焊锡丝和焊锡膏，其都存在一个显著的特点就是配套的助焊剂活性很强。然而，对于喷涂Al电极而言，由于它是经过高温熔化、溅射、沉积在ZnO陶瓷基板上的，因而其氧化程度比铝板材要高的多，而且喷涂铝电极表面更加粗糙、多孔，因此导致常规的焊铝焊料不适用于焊接喷涂铝电极，主要原因是：一方面对于铝电极层的高氧化问题，现有焊铝助焊剂活性还不够，钎料溶化后在铝电极上几乎不润湿；另一方面对于ZnO陶瓷基体而言，现有焊铝助焊剂活性又太高，导致焊接过程中会损伤陶瓷基体。

目前，采用超声辅助钎焊铝或铝合金的方法是应用于铝与铝之间的对接或搭接焊接，而且铝或铝合金是常规的铝板材或棒材，在焊接之前还需要先对铝表面进行清理，而且钎焊用材料采用的是普通Sn-Zn基钎料，该类钎料具有润湿性较差、易氧化、抗腐蚀性差，超声钎焊时间较长，焊后的接头强度也较低等问题。而针对ZnO压敏电阻器喷涂铝电极而言，由于其铝电极本身的结构粗糙性及高氧化率问题，使得常用的超声焊接技术难以有效的解决喷涂铝电极与引线的焊接问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种可以完全实现用纯铝或者铝合金作为电极，制备成本大幅度降低，且工艺简单的铝电极的氧化锌压敏电阻器及其制备方法，所得的铝电极的氧化锌压敏电阻器与多层复合贱金属电极(Al/Cu)制备的电阻器性能相当，而成本大幅降低，工艺简化。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种铝电极的氧化锌压敏电阻器，包括ZnO陶瓷基体、电极及电极引出线，ZnO陶瓷基体为片状结构，在ZnO陶瓷基体的两面上都设有电极，电极与电极引出线连接；所述电极为铝电极；所述电极引线与电极应用焊接钎料，采用超声辅助焊接实现电气互连；所述焊接钎料为添加有活性Ti的多元Sn基合金。

为进一步实现本发明目的，优选地，所述的铝电极的覆盖面积等于或小于ZnO陶瓷基体上表面积或下表面积。

优选地，所述的ZnO陶瓷基体的形状为圆形、方形或环形；所述铝电极的形状与ZnO陶瓷基体的形状相同或不同。

优选地，所述的铝电极的材质为纯铝或铝合金；所述的铝电极的单边厚度为20-100μm。

优选地，所述的电极引出线为铜线、铝线或合金线。

优选地，所述铝电极是ZnO陶瓷基体进行回火处理后采用喷涂技术涂覆在所述ZnO陶瓷基体上下两表面；所述的ZnO陶瓷基体进行回火处理是将表面清除后的ZnO陶瓷基体进行回火处理，回火温度控制在560～660℃，回火时间控制在90～150min所述的ZnO陶瓷基体进行回火处理是将表面清除后的ZnO陶瓷基体进行回火处理，回火温度控制在560～660℃，回火时间控制在90～150min。

优选地，所述的超声辅助焊接通过如下步骤实现：

1)所制备的铝电极装载在治具中，然后放置在超声辅助焊接样品台上；并将焊料放置在待焊接Al电极表面；

2)将焊料预先加热到220-280℃，使其熔化成液态，保温；

3)将电极引线放置在已熔化的钎料上；

4)启动超声焊机，超声探头压在电极引线上，在超声波的辅助下实现铝电极与引线的互连；控制超声焊机参数：超声时间为2s～10s、超声功率为2000W～3500W、超声频率为20KHz、超声振幅为2～13um、预压力为0.2～0.5MPa。

优选地，所述焊接钎料为添加有活性Ti、Zr、V和稀土元素中的一种或多种的多元Sn基合金。优选所述的添加有活性Ti的多元Sn基合金为Sn-Ag-Ti钎料。本发明钎料主要为Sn-Ag-Ti活性钎料，可加入或不加入稀土元素，也可以进行其他元素的掺杂。

优选地，所述的焊接钎料的形状为焊丝或者焊片。

所述铝电极的氧化锌压敏电阻器的制备方法，包括如下步骤：

a.表面预处理：将待喷涂的ZnO陶瓷基体进行表面预处理，清除表面的粉末；

b.热处理：将步骤a处理后的ZnO陶瓷基体进行回火处理，回火温度控制在540～660℃，回火时间控制在60～150min；

c.装片：将步骤b热处理后的ZnO陶瓷基体装载在预先加工成型好的治具掩膜中，固定上下两块掩膜板；

d.调试设备：将喷涂用铝线安装到喷涂机构中，控制喷涂电压为27-45V、送丝电压为9-18V、压缩空气压力为0.3MPa-0.65MPa、喷涂距离为70-160mm；

e.制电极：将步骤d中装载好的样品放置在喷涂设备的样品传送系统的入口处，启动喷枪进行铝电极制备，单面铝电极喷涂完成后，翻转治具，按同样方法在样品另外一面喷涂铝电极；或将ZnO陶瓷基体垂直悬挂，喷枪水平式喷涂作业，同时对ZnO陶瓷基体两表面进行电极制备；

f.除尘：将步骤e完成后的电极进行表面除尘处理，采用高压气枪吹扫装载有电极的治具两表面，以去除喷涂过程中吸附在电极表面的金属粉尘；得铝电极；

g.超声焊接：将所制备的铝电极装载在治具中，然后放置在超声辅助焊接样品台上；并将焊料放置在待焊接Al电极表面；将焊料预先加热到220-280℃，使其熔化成液态，保温；将电极引线放置在已熔化的钎料上；启动超声焊机，超声探头压在电极引线上，在超声波的辅助下实现Al电极与引线的互连；控制超声焊机参数：超声时间为2s～10s、超声功率为2000W～3500W、超声频率为20KHz、超声振幅为2～13um、预压力为0.2～0.5MPa。

本发明ZnO陶瓷基体进行回火处理是将表面清除后的ZnO陶瓷基体进行回火处理，回火温度控制在560～660℃，回火时间控制在90～150min。本发明发现，ZnO压敏陶瓷一般是经过1100℃以上高温烧结而成，该高温烧结的陶瓷基体处于不稳定状态，ZnO晶界势垒较高，如果不经过本发明的上述回火处理，直接喷涂电极后压敏电阻的抗雷击老化性能很差；本发明回火处理可以使ZnO晶界变得稳定下来，降低势垒高度，从而能提高喷涂贱金属电极的抗老化能力。

目前Sn-Ag-Ti是一种比较常见的活性钎料，主要是用于钎焊陶瓷、Si、石墨等采用常规钎料难以进行焊接的材料。Ti元素的加入主要是为了降低基体材料的表面张力，Ti的添加也能与陶瓷等难焊接材料进行反应形成一定厚度的反应层，从而实现陶瓷与金属之间的化学结合，形成良好的金属与陶瓷互连。然而Ti在空气中容易氧化，Sn-Ag-Ti钎料在空气环境下加热熔化后表面存在一层氧化渣，这层氧化物包裹着内部钎料，从而阻止钎料在基板上的润湿铺展，目前常用来抑制Ti氧化的技术措施是在钎料中再添加其他抗氧化性元素，比如稀土元素Ce，但该方法也只能一定程度上减少Ti的氧化，并不能完全有效解决该问题，而且加入稀土元素Ce较大的增加了钎料的制备成本，与本发明的目的相违背，而且由于稀土元素的加入还存在一定的环保问题。

本发明发现，Ti元素可降低铝电极表面张力，在铝电极表面富集，从而增强钎料的润湿铺展能力；而且Ti也能与铝电极表面发生化学反应，从而使铝电极与钎料形成良好的连接；同时通过超声焊接，其超声振动一方面可以破除熔化钎料以及铝电极表面的氧化层；另一方面可以进一步促进钎料在铝电极上的润湿铺展。因而本发明采用超声辅助钎焊与活性钎料的结合可以实现喷涂铝电极与电极引线之间的焊接。

本发明所制备的MOV元器件具有以下优点：

1)本发明的电极采用纯铝或者铝合金，成本比银浆、铜浆以及多层复合贱金属电极成本更低；具有显著的成本优势。

2)本发明铝电极的氧化锌压敏电阻器只有ZnO陶瓷基体、铝电极及电极引出线三部分，电极制备工艺流程更加简单，生产效率更高；

3)本发明生产过程无需使用溶剂，也不要对浆料进行烧结，也无需掺杂稀土元素，生产过程更加节能环保。而传统导电浆料中还有一些有机溶剂及有毒有害物质，经还原烧渗之后会污染环境。

4)免清洗。与传统Ag或Cu电极所采用的锡膏回流焊工艺不同，传统电极引线回流焊后需要超声清洗，而本发明中的Al电极与引出线焊接后则无需清洗工序。

5)本发明具有不亚于银浆电极以及多层复合贱金属电极MOV器件的电气性能，比如其8-20μS波形抗雷击能力与多层复合贱金属电极相似，但都比银浆、铜浆电极好。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合较佳实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限如此，并不构成对本发明的专利保护范围的限制。

实施例1

在本实施例中，一种铝电极的氧化锌压敏电阻器，包括ZnO陶瓷基体、电极及电极引出线，ZnO陶瓷基体为片状结构，在ZnO陶瓷基体的两面上都设有电极，电极与电极引出线连接；电极为铝电极。ZnO陶瓷基体的形状为圆形，直径为20mm，电压等级为320V；喷涂Al电极，其形状与陶瓷基体形状相同，也为圆形，只不过铝电极直径要略小于陶瓷表面直径；述电极引线为铜线，直径为0.8mm，焊接钎料为Sn-Ag-Ti钎料。

铝电极的氧化锌压敏电阻器的具体制备工艺流程如下：

a.表面预处理。将待喷涂的ZnO陶瓷基体进行表面预处理，清除表面的粉末等杂质；

b.热处理：将步骤a处理后的ZnO陶瓷基体进行回火处理，回火温度控制在645℃，回火时间控制在140min。

c.装片。将步骤b处理后的ZnO陶瓷基体装载在预先加工成型好的治具掩膜中，然后固定上下两块掩膜板；

d.调试设备。将喷涂用铝线(直径为1.5mm)安装到喷涂设备的送丝机构中，设置好喷涂工艺参数：喷涂电压在38V、送丝电压在12V、压缩空气压力在0.50MPa、喷涂距离在100mm，然后试启动设备，待设备正常工作后，进行下一步；

e.制电极。将步骤c中装载好的样品放置在喷涂设备的样品传送系统的入口处，然后启动喷枪进行铝电极制备，本实施例中采用两面电极同时喷涂的方式，且单面铝电极层平均厚度控制为50μm。

f.除尘。将步骤e完成后的样品进行表面除尘处理，可以采用高压气枪吹扫装载有样品的治具两表面，以去除喷涂过程中吸附在样品表面的金属粉尘；

g.卸载。在步骤f完成之后，打开治具，取下样品，即可获得所需贱金属铝电极样品。

h.将制备好的铝电极MOV样品装载在治具中，然后放置在超声辅助焊接样品台上；并将预成型焊片放置在待焊接铝电极表面；

i.将焊料预先加热255±5℃，使其熔化成液态，并维持加热温度在255±5℃；

j.然后将预先预制好的电极引线或引脚放置在步骤b中已熔化的钎料上；

k.根据样品规格，预先设定好超声焊机参数:超声时间为5s、超声功率在3000W、超声频率在20KHz、超声振幅在5um、预压力在0.3MPa。然后启动超声装置，超声探头就会压在电极引线上，在超声波的辅助下实现铝电极与引线的互连。

然后将上述所制样品经包封、固化后测试样品的电气性能，并与相同规格的市售铝/铜双层复合贱金属压敏电阻器(牌号为20D511KA，生产单位：隆科电子有限公司)进行对比。主要测试了样品的压敏电压、漏电流、8-20us抗雷击性能等关键的电气性能指标，其中：压敏电压是在1mA的直流电下所测得的数值；漏电流是在75％的压敏电压下测得的数值；抗雷击性能是在8-20us脉冲电流波下测得的数值，每次让大约15KA的脉冲电流通过样品，然后待样品冷却后测试其压敏电压变化率，变化率越大视为抗雷击性能越差。本实施例中样品电性能测试结果如下表2所示。

表2

实施例1中的实验结果表明：试验组与对比组中的样品具有相似的基本电气性能(如，压敏电压、漏电流)以及8-20uS抗通流能力，这说明采用喷涂工艺制备氧化锌压敏电阻器铝电极，然后辅以超声钎焊实现铝电极与引线互连能达到产品的性能要求，并且其电气性能不亚于目前市售的相同规格的产品。

实施例2

在本实施例中，一种铝电极的氧化锌压敏电阻器，包括ZnO陶瓷基体、电极及电极引出线，ZnO陶瓷基体为片状结构，在ZnO陶瓷基体的两面上都设有电极，电极与电极引出线连接；电极为铝电极。ZnO陶瓷基体以规格为V34E350的方形氧化锌压敏电阻，本实施例与实施例1的区别在于：ZnO陶瓷基体为正方形，边长为34mm，电压等级为350V；电极形状与电子陶瓷基体形状相同，也为方形；电极引出线为镀锡铜引脚；焊接钎料为Sn-Ag-Ti-Ce钎料。

铝电极的氧化锌压敏电阻器的具体制备工艺流程如下：

a.表面预处理。将待喷涂的ZnO陶瓷基体进行表面预处理，清除表面的粉末；

b.热处理：将步骤a处理后的ZnO陶瓷基体进行回火处理，回火温度控制在630℃，回火时间控制在145min。

c.装片。将步骤b处理后的ZnO陶瓷基体装载在预先加工成型好的治具掩膜中，然后固定上下两块掩膜板；

d.调试设备。将喷涂用铝线(直径为1.5mm)安装到喷涂设备的送丝机构中，设置好喷涂工艺参数：喷涂电压在33V、送丝电压在10V、压缩空气压力在0.45MPa、喷涂距离在140mm，然后试启动设备，待设备正常工作后，进行下一步；

e.制电极。将步骤c中装载好的样品放置在喷涂设备的样品传送系统的入口处，然后启动喷枪进行铝电极制备，本实施例中采用两面电极同时喷涂的方式，且单面铝电极层平均厚度控制为50μm。

f.除尘。将步骤e完成后的样品进行表面除尘处理，可以采用高压气枪吹扫装载有样品的治具两表面，以去除喷涂过程中吸附在样品表面的金属粉尘；

g.卸载。在步骤f完成之后，打开治具，取下样品，即可获得所需贱金属铝电极样品。

h.将制备好的铝电极MOV样品装载在治具中，然后放置在超声辅助焊接样品台上；并将一定量的预成型焊片放置在待焊接铝电极表面；

i.将焊料预先加热255±5℃，使其熔化成液态，并维持加热温度在255±5℃；

j.然后将预先预制好的电极引线或引脚放置在步骤b中已熔化的钎料上；

k.根据样品规格，预先设定好超声焊机参数:超声时间为7s、超声功率在3000W、超声频率在20KHz、超声振幅在8um、预压力在0.4MPa。然后启动超声装置，超声探头就会压在电极引线上，在超声波的辅助下实现铝电极与引线的互连。

然后将实施例2所制样品经包封、固化后测试样品的电气性能，并与相同规格的市售铝/铜双层复合贱金属压敏电阻器(牌号为34S511KA，生产单位：隆科电子有限公司)进行对比。主要测试了样品的压敏电压、漏电流、8-20us抗雷击性能等关键的电气性能指标，其中：压敏电压是在1mA的直流电流下所测得的数值；漏电流是在75％的压敏电压下测得的数值；抗雷击性能是在8-20us脉冲电流波下测得的数值，每次让大约50KA的脉冲电流通过样品，然后待样品冷却后测试其压敏电压变化率，变化率越大表明抗雷击性能越差。本实施例中样品电性能测试结果如下表3所示：

表3

实施例2的实验结果与实施例1中的实验结果很类似，也表明了：试验组与对比组中的样品具有相似的基本电气性能(如，压敏电压、漏电流)以及8-20uS抗通流能力，这说明采用喷涂工艺制备氧化锌压敏电阻器铝电极，然后辅以超声钎焊实现铝电极与引线互连能达到产品的性能要求，并且其电气性能不亚于目前市售的相同规格的产品。

实施例3

在本实施例中，一种铝电极的氧化锌压敏电阻器，包括ZnO陶瓷基体、电极及电极引出线，ZnO陶瓷基体为片状结构，在ZnO陶瓷基体的两面上都设有电极，电极与电极引出线连接；电极为铝电极。ZnO陶瓷基体是规格为V34E150的方形氧化锌压敏电阻，本实施例与实施例1和实施例2的区别在于：ZnO陶瓷基体为正方形，边长为34mm，电压等级为150V；电极形状与电子陶瓷基体形状相同，也为方形；电极引出线为镀锡铜包钢引脚；焊接钎料为Sn-Ag-Ti钎料。

铝电极的氧化锌压敏电阻器的具体制备工艺流程如下：

a.表面预处理。将待喷涂的ZnO陶瓷基体进行表面预处理，清除表面的粉末；

b.热处理：将步骤a处理后的ZnO陶瓷基体进行回火处理，回火温度控制在645℃，回火时间控制在120min。

c.装片。将步骤b处理后的ZnO陶瓷基体装载在预先加工成型好的治具掩膜中，然后固定上下两块掩膜板；

d.调试设备。将喷涂用铝线(直径为1.5mm)安装到喷涂设备的送丝机构中，设置好喷涂工艺参数：喷涂电压在42V、送丝电压在15V、压缩空气压力在0.6MPa、喷涂距离在120mm，然后试启动设备，待设备正常工作后，进行下一步；

e.制电极。将步骤c中装载好的样品放置在喷涂设备的样品传送系统的入口处，然后启动喷枪进行铝电极制备，本实施例中采用两面电极同时喷涂的方式，且单面铝电极层平均厚度控制为50μm。

f.除尘。将步骤e完成后的样品进行表面除尘处理，可以采用高压气枪吹扫装载有样品的治具两表面，以去除喷涂过程中吸附在样品表面的金属粉尘；

g.卸载。在步骤f完成之后，打开治具，取下样品，即可获得所需贱金属铝电极样品。

h.将制备好的铝电极MOV样品装载在治具中，然后放置在超声辅助焊接样品台上；并将一定量的预成型焊片放置在待焊接铝电极表面；

i.将焊料预先加热265±5℃，使其熔化成液态，并维持加热温度在265±5℃；

j.然后将预先预制好的电极引线或引脚放置在步骤b中已熔化的钎料上；

k.根据样品规格，预先设定好超声焊机参数:超声时间为7s、超声功率在3000W、超声频率在20KHz、超声振幅在10um、预压力在0.3MPa。然后启动超声装置，超声探头就会压在电极引线上，在超声波的辅助下实现铝电极与引线的互连。

然后将实施例3所制样品经包封、固化后测试样品的电气性能，并与相同规格的市售铝/铜双层复合贱金属压敏电阻器(牌号为34S241KA，生产单位：隆科电子有限公司)进行对比。主要测试了样品的压敏电压、漏电流、8-20us抗雷击性能等关键的电气性能指标，其中：压敏电压是在1mA的直流电流下所测得的数值；漏电流是在75％的压敏电压下测得的数值；抗雷击性能是在8-20us脉冲电流波下测得的数值，每次让大约55KA的脉冲电流通过样品，然后待样品冷却后测试其压敏电压变化率，变化率越大视为抗雷击性能越差。本实施例中样品电性能测试结果如下表4所示：

表4

实施例3的实验结果与实施例1和实施例2中的实验结果也很类似，表明了：试验组与对比组中的样品具有相似的基本电气性能(如，压敏电压、漏电流)以及8-20uS抗通流能力，这说明采用喷涂工艺制备氧化锌压敏电阻器铝电极，然后辅以超声钎焊实现铝电极与引线互连能达到产品的性能要求，并且其电气性能不亚于目前市售的相同规格的产品。

以上所有实施例中的实验结果都能表明：在基本电气性能(如，压敏电压、漏电流)以及8-20uS抗通流能力方面，本发明的实施例中所制备的氧化锌压敏电阻器与多层复合贱金属电极制备的氧化锌压敏电阻器的电气性能具有相似性。而本发明具有的明显优势是：生产成本大大降低、工艺流程更简便，而且生产效率更高、更加节能环保，免清洗等。

应该指出，在本发明的基础下，本领域技术人员可能对本发明做各种改动、修改或完善，这些修改、改进和完善及其实施方式同样也落于本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种铝电极的氧化锌压敏电阻器，包括ZnO陶瓷基体、电极及电极引出线，ZnO陶瓷基体为片状结构，在ZnO陶瓷基体的两面上都设有电极，电极与电极引出线连接；其特征在于：所述电极为铝电极；所述电极引线与电极应用焊接钎料，采用超声辅助焊接实现电气互连；所述焊接钎料为添加有活性Ti的多元Sn基合金；

所述的铝电极的氧化锌压敏电阻器通过如下步骤制备：

a.表面预处理：将待喷涂的ZnO陶瓷基体进行表面预处理，清除表面的粉末；

b.热处理：将步骤a处理后的ZnO陶瓷基体进行回火处理，回火温度控制在540～660℃，回火时间控制在60～150min；

c.装片：将步骤b热处理后的ZnO陶瓷基体装载在预先加工成型好的治具掩膜中，固定上下两块掩膜板；

d.调试设备：将喷涂用铝线安装到喷涂机构中，控制喷涂电压为27-45V、送丝电压为9-18V、压缩空气压力为0.3MPa-0.65MPa、喷涂距离为70-160mm；

e.制电极：将步骤d中装载好的样品放置在喷涂设备的样品传送系统的入口处，启动喷枪进行铝电极制备，单面铝电极喷涂完成后，翻转治具，按同样方法在样品另外一面喷涂铝电极；或将ZnO陶瓷基体垂直悬挂，喷枪水平式喷涂作业，同时对ZnO陶瓷基体两表面进行电极制备；

f.除尘：将步骤e完成后的电极进行表面除尘处理，采用高压气枪吹扫装载有电极的治具两表面，以去除喷涂过程中吸附在电极表面的金属粉尘；得铝电极；

g.超声焊接：将所制备的铝电极装载在治具中，然后放置在超声辅助焊接样品台上；并将焊料放置在待焊接Al电极表面；将焊料预先加热到220-280℃，使其熔化成液态，保温；将电极引线放置在已熔化的钎料上；启动超声焊机，超声探头压在电极引线上，在超声波的辅助下实现Al电极与引线的互连；控制超声焊机参数：超声时间为2s～10s、超声功率为2000W～3500W、超声频率为20KHz、超声振幅为2～13um、预压力为0.2～0.5MPa。

2.根据权利要求1所述的铝电极的氧化锌压敏电阻器，其特征在于：所述的铝电极的覆盖面积等于或小于ZnO陶瓷基体上表面积或下表面积。

3.根据权利要求1所述的铝电极的氧化锌压敏电阻器，其特征在于：所述的ZnO陶瓷基体的形状为圆形、方形或环形；所述铝电极的形状与ZnO陶瓷基体的形状相同或不同。

4.根据权利要求1所述的铝电极的氧化锌压敏电阻器，其特征在于：所述的铝电极的材质为纯铝或铝合金；所述的铝电极的单边厚度为20-100μm。

5.根据权利要求1所述的铝电极的氧化锌压敏电阻器，其特征在于：所述的电极引出线为铜线、铝线或合金线。

6.根据权利要求1所述的铝电极的氧化锌压敏电阻器，其特征在于：所述铝电极是ZnO陶瓷基体进行回火处理后采用喷涂技术涂覆在所述ZnO陶瓷基体上下两表面；所述的ZnO陶瓷基体进行回火处理是将表面清理后的ZnO陶瓷基体进行回火处理，回火温度控制在540～660℃，回火时间控制在60～150min。

7.根据权利要求1所述的铝电极的氧化锌压敏电阻器，其特征在于：所述焊接钎料为添加有活性Ti、Zr、V和稀土元素中的一种或多种的多元Sn基合金。

8.根据权利要求1所述的铝电极的氧化锌压敏电阻器，其特征在于：所述的焊接钎料的形状为焊丝状或焊片状。

9.权利要求2-8任一项所述铝电极的氧化锌压敏电阻器的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

a.表面预处理：将待喷涂的ZnO陶瓷基体进行表面预处理，清除表面的粉末；

b.热处理：将步骤a处理后的ZnO陶瓷基体进行回火处理，回火温度控制在540～660℃，回火时间控制在60～150min；

c.装片：将步骤b热处理后的ZnO陶瓷基体装载在预先加工成型好的治具掩膜中，固定上下两块掩膜板；

d.调试设备：将喷涂用铝线安装到喷涂机构中，控制喷涂电压为27-45V、送丝电压为9-18V、压缩空气压力为0.3MPa-0.65MPa、喷涂距离为70-160mm；

e.制电极：将步骤d中装载好的样品放置在喷涂设备的样品传送系统的入口处，启动喷枪进行铝电极制备，单面铝电极喷涂完成后，翻转治具，按同样方法在样品另外一面喷涂铝电极；或将ZnO陶瓷基体垂直悬挂，喷枪水平式喷涂作业，同时对ZnO陶瓷基体两表面进行电极制备；

f.除尘：将步骤e完成后的电极进行表面除尘处理，采用高压气枪吹扫装载有电极的治具两表面，以去除喷涂过程中吸附在电极表面的金属粉尘；得铝电极；

g.超声焊接：将所制备的铝电极装载在治具中，然后放置在超声辅助焊接样品台上；并将焊料放置在待焊接Al电极表面；将焊料预先加热到220-280℃，使其熔化成液态，保温；将电极引线放置在已熔化的钎料上；启动超声焊机，超声探头压在电极引线上，在超声波的辅助下实现Al电极与引线的互连；控制超声焊机参数：超声时间为2s～10s、超声功率为2000W～3500W、超声频率为20KHz、超声振幅为2～13um、预压力为0.2～0.5MPa。