CN109065307B - 一种小型化大通流容量压敏电阻器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型化大通流容量压敏电阻器，包括氧化锌压敏电阻芯片和打扁的带“S”弯引线构成压敏本体，在压敏本体上内涂阻燃树脂后经过环氧粉末包封。其中，氧化锌压敏电阻芯片由氧化锌、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、氧化硼等构成，经高温烧结并制作电极，通过将引线成型为打扁+“S”弯，使引线与银层接触面积增加，银层各部分与引线的最短距离缩短，冲击时大电流比较均匀地通过银片，从而整体提高芯片的通流水平，同时，内涂阻燃树脂，隔绝银层附近的空气，使银层无法烧灼损坏。

Description

一种小型化大通流容量压敏电阻器及其制备方法
技术领域
本发明涉及电子元器件制作工艺技术领域，尤其涉及一种小型化大通流容量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。对于三相、单相电能表、电源柜、楼宇总电源箱和大型设备的保护用防雷压敏电阻器而言，其经受异常过电压、雷击、操作过电压更多、更大，这就需要大通流容量(8/20μS、2mS、10/1000μS电流波)的压敏电阻器起过压保护作用，同时由于安装空间和成本的原因，需要将产品做成小型化的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小型化大通流容量压敏电阻器及其制备方法，在不改变压敏电阻器正常保护水平指标的条件下，减小体积、节约成本。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种小型化大通流容量压敏电阻器的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：称取氧化锌、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、氧化硼组成的混合物中加入去离子水进行球磨，得到流动性好的浆料并喷雾造粒，其中，氧化锌的质量分数比为91.8％～92％、三氧化二铋的质量分数比为3.1％～3.2％、三氧化二锑的质量分数比为3.1％～3.3％、四氧化三钴的质量分数比为1.1％～1.3％、氧化锰的质量分数比为0.3％～0.6％，氧化硼的质量分数比为0.05％～0.3％，三氧化二镍的质量分数比为0.1％～0.3％，三氧化二铬的质量分数比为0.1％～0.3％。
步骤二：采用目标小型化瓷片直径按烧结收缩率84％制作成型模具，将造粒料压制成生坯并烧结至目标压敏电压；
步骤三：丝网印刷低温压敏银浆制作电极，并曲线烧银处理；
步骤四：采用打扁的带“S”弯引线在银层上进行插片焊接得到压敏本体；
步骤五：在压敏本体上内涂阻燃树脂后经过环氧粉末包封得到小型化大通流容量压敏电阻器。
上述方案步骤二中，目标压敏电压采用的电压梯度为180V/mm。
上述方案步骤四中，打扁的带“S”弯引线采用软性镀锡铜线。
一种小型化大通流容量压敏电阻器，由氧化锌压敏电阻芯片和打扁的带“S”弯镀锡铜线构成的压敏本体，在所述压敏本体上内涂阻燃树脂后经过环氧粉末包封，所述氧化锌压敏电阻芯片由氧化锌、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、氧化硼等组成，经高温烧结并制作电极而成，其中，氧化锌的质量分数比为91.8％～92％、三氧化二铋的质量分数比为3.1％～3.2％、三氧化二锑的质量分数比为3.1％～3.3％、四氧化三钴的质量分数比为1.1％～1.3％、氧化锰的质量分数比为0.3％～0.6％，氧化硼的质量分数比为0.05％～0.3％，三氧化二镍的质量分数比为0.1％～0.3％，三氧化二铬的质量分数比为0.1％～0.3％。
上述方案中，所述氧化锌压敏电阻芯片的直径为22mm，所述打扁的带“S”弯镀锡铜线的直径为1.3mm。
本发明小型化大通流容量压敏电阻器具有以下有益效果：
1、将压敏高压配方正交试验，合理优化，在其他参数不变的情况下选择出通流能力最高、高温负荷性能合格的配方；
2、降低压敏芯片的电压梯度，由常规的230V/mm降为180V/mm，提高氧化锌压敏芯片的热容量，降低大电流冲击后的温升，从而提高芯片的大电流耐受能力；
3、将引线成型为打扁+“S”弯，使引线与银层增加接触面积，银层各部分与引线的最短距离缩短，冲击时使大电流比较均匀地通过银片，从而整体提高芯片的通流水平；
4、内涂阻燃树脂，隔绝银层附近的空气，使银层无法烧灼损坏。
附图说明
图1是发明小型化大通流容量压敏电阻器的结构示意图；
附图标记说明：1、氧化锌压敏电阻芯片，2、银层，3、打扁的带“S”弯引线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1，本发明的一种小型化大通流容量压敏电阻器的制备方法，包括如下步骤：
配置压敏高压原料：称取氧化锌、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、氧化锰和氧化硼为原料配料后加入去离子水，经高速球磨、得到流动性好的浆料并喷雾造粒，其中，氧化锌的质量分数比为91.8％～92％、三氧化二铋的质量分数比为3.1％～3.2％、三氧化二锑的质量分数比为3.1％～3.3％、四氧化三钴的质量分数比为1.1％～1.3％、氧化锰的质量分数比为0.3％～0.6％，氧化硼的质量分数比为0.05％～0.3％，三氧化二镍的质量分数比为0.1％～0.3％，三氧化二铬的质量分数比为0.1％～0.3％。
制作芯片：采用目标小型化瓷片尺寸按烧结收缩率84％制作成型模具，压制小型化直径生坯、根据目标压敏电压，按照电压梯度为180V/mm，收缩率为84％成型生坯，调节最高烧结温度，按典型的隧道窑烧结曲线烧结，使生坯烧结至目标压敏电压。
制作银片：根据烧结后小型化产品尺寸，按照压敏电阻常规留边量定制丝网，丝网印刷低温压敏银浆制作电极，按照典型的烧银曲线烧银。
焊接插片：用打扁的带“S”弯引线3插片焊接，使打扁的带“S”弯引线3与银层2充分接触、引线在银层2上成“S”弯分布，使冲击电流能够均匀的通过氧化锌压敏电阻芯片的瓷片，提高产品的耐大电流冲击能力。同时为保证产品的大通流能力，选用软性镀锡铜线，降低引线内阻，同时便于成型为“S”弯和打扁。为保证“S”弯引线3插片焊接后与银层2服帖，在引线折弯下部加一个约为1.0mm的前后弯。
在焊接后的压敏本体上内涂压敏专用阻燃树脂，常温凉置30分钟以上，使其充分固化；再经过环氧粉末包封，由于大通流小型化压敏电阻器通常有耐高温要求、尺寸较大，直径一般在16毫米以上，且经受的冲击电流密度相对较大，所以选用高温型、耐大电流冲击、耐温度冲击、耐高温储存好的环氧粉末。
最后，标识电阻具体型号，测量电阻的压敏电压、漏电流和压比，切引线、校正引线后包装。
一种小型化大通流容量压敏电阻器，由直径为22mm氧化锌压敏电阻芯片1和直径为1.3mm打扁的带“S”弯引线3构成的压敏本体，在压敏本体上内涂阻燃树脂后经过环氧粉末包封。其中，氧化锌压敏电阻芯片由氧化锌、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、氧化硼组成，经高温烧结并制作电极而成。
实施例1
步骤一，称取氧化锌的质量分数比为91.8％、三氧化二铋的质量分数比为3.2％、三氧化二锑的质量分数比为3.3％、四氧化三钴的质量分数比为1.3％、三氧化二铬的质量分数比为0.3％、三氧化二镍的质量分数比为0.3％、氧化锰的质量分数比为0.6％、氧化硼的质量分数比为0.3％组成的混合物中加入去离子水进行球磨，得到流动性好的浆料并喷雾造粒。
步骤二，采用目标小型化瓷片直径22mm按烧结收缩率84％制作成型模具，压制小型化直径的生坯，按照电压梯度为180V/mm，成型生坯，调节最高烧结温度从常规的1120℃/3H升高约15℃，到1135℃/3H左右，按照隧道窑烧结曲线烧结，使生坯烧结至目标压敏电压。
步骤三，根据烧结后小型化产品尺寸，按照压敏电阻常规留边量定制丝网，采用含银量为80％的580度低温压敏银浆制作电极，按照优化的曲线烧银。
步骤四，选用直径为1.3mm的软性镀锡铜线作为打扁的带“S”弯引线插片焊接，引线与银层充分接触且在银层上呈“S”弯分布，焊接后得到压敏本体。
步骤五，将压敏本体上内涂压敏专用阻燃树脂，常温凉置30分钟以上，使其充分固化,最后采用高温型、耐大电流冲击、耐温度冲击和耐高温储存的环氧粉末包封，得到最大外径为26mm的小型化大通流容量压敏电阻器。
实施例2
步骤一，按发明内容制备方法称取氧化锌的质量分数比为92％、三氧化二铋的质量分数比为3.1％、三氧化二锑的质量分数比为3.1％、四氧化三钴的质量分数比为1.1％、三氧化二铬的质量分数比为0.1％、三氧化二镍的质量分数比为0.1％、氧化锰的质量分数比为0.3％、氧化硼的质量分数比为0.05％组成的混合物中加入去离子水进行球磨，得到流动性好的浆料并喷雾造粒。
步骤二，采用目标小型化瓷片直径22mm按烧结收缩率84％制作成型模具，压制小型化直径的生坯，按照电压梯度为180V/mm，成型生坯，调节最高烧结温度从常规的1120℃/3H升高约15℃，到1135℃/3H左右，按照隧道窑烧结曲线烧结，使生坯烧结至目标压敏电压。
步骤三，根据烧结后小型化产品尺寸，按照压敏电阻常规留边量定制丝网，采用含银量为80％的580度低温压敏银浆制作电极，按照优化的曲线烧银。
步骤四，选用直径为1.3mm的软性镀锡铜线作为打扁的带“S”弯引线插片焊接，引线与银层充分接触且在银层上呈“S”弯分布，焊接后得到压敏本体。
步骤五，将压敏本体上内涂压敏专用阻燃树脂，常温凉置30分钟以上，使其充分固化,最后采用高温型、耐大电流冲击、耐温度冲击和耐高温储存的环氧粉末包封，得到最大外径为26mm的小型化大通流容量压敏电阻器。
实施例3
以制作型号为MYG25K681S的小型化大通流容量压敏电阻为例：
步骤一，按发明内容制备方法称取氧化锌的质量分数比为91.912％、三氧化二铋的质量分数比为3.125％、三氧化二锑的质量分数比为3.17％、四氧化三钴的质量分数比为1.195％、三氧化二铬的质量分数比为0.1838％、三氧化二镍的质量分数比为0.202％、氧化锰的质量分数比为0.4％、氧化硼的质量分数比为0.092％组成的混合物中加入去离子水进行球磨，得到流动性好的浆料并喷雾造粒。
步骤二，采用目标小型化瓷片直径22mm按烧结收缩率84％制作成型模具，压制小型化直径的生坯，按照电压梯度为180V/mm，成型生坯，调节最高烧结温度从常规的1120℃/3H升高约15℃，到1135℃/3H左右，按照隧道窑烧结曲线烧结，使生坯烧结至目标压敏电压。
步骤三，根据烧结后小型化产品尺寸，按照压敏电阻常规留边量定制丝网，采用含银量为80％的580度低温压敏银浆制作电极，按照优化的曲线烧银。
步骤四，选用直径为1.3mm的软性镀锡铜线作为打扁的带“S”弯引线插片焊接，引线与银层充分接触且在银层上呈“S”弯分布，焊接后得到压敏本体。
步骤五，将压敏本体上内涂压敏专用阻燃树脂，常温凉置30分钟以上，使其充分固化,最后采用高温型、耐大电流冲击、耐温度冲击和耐高温储存的环氧粉末包封，得到最大外径为26mm的小型化大通流容量压敏电阻器。
表1为MYG25K681标准产品与MYG25K681S小型化产品的对比表：
Figure BDA0001712382220000051
常规电表25K681的电流密度为：
Id＝15000/(3.14*22*22)*4＝39.48(A/mm2)
小型化电表25K681S的电流密度为：
Id'＝20000/(3.14*19*19)*4＝70.58(A/mm2)
直线与S弯线打扁的8/20μS冲击对比实验：
取MYG25K681S银片40只，前20只为直线，后20只用老虎钳弯成“S”弯，插片、焊接包封后同时做20KA(8/20μS)一次冲击试验，结果前者平均压敏电压变化率为-7.8％，试后漏电流平均为25.8微安，此数据已除去了两只冲击后银层飞弧爆炸的样品。后者平均压敏电压变化率为-2.3％，试后漏电流平均为2.4微安。
阻燃树脂试验：
取MYG25K681S银片40只，“S”弯、插片、焊接后，20只不内涂阻燃树脂，另20只内涂阻燃树脂，包封后同时做20KA(8/20μS)4次冲击试验，结果前者平均压敏电压变化率为-12.7％，试后漏电流平均为37.5微安，且这20只产品每只试验后环氧包封层均有不同程度的鼓包。后者平均压敏电压变化率为-8.7％，试后漏电流平均为24.1微安，且这20只产品每只试验后环氧包封层无任何鼓包。由此可见内涂阻燃树脂能提高产品的耐冲击能力。
由上表所示，小型化产品的电流密度耐受能力大幅增加，小型化后芯片面积减小23％，包封后成品面积减小22.2％。10/1000μS和2mS波冲击能力保持不变，8/20μS雷电流波冲击能力提高30％以上。此产品小型化后，主要电性能没有下降，尺寸大幅减小，节约了成本和安装空间。
针对大通流容量压敏电阻器设计的各项主要可靠性试验。
(1)高温负荷，在125度的环境中，在压敏电阻器上施加最大连续交流电压96小时，压敏电压变化率小于3％，试验后漏电流小于10微安；
(2)以MYG25K681S为例，通过20KA(8/20μS)冲击1次，压敏电压变化率小于3％，试验后漏电流小于10微安；
(3)以MYG25K681S为例，通过440A(10/1000μS)冲击1次，压敏电压变化率小于3％，试验后漏电流小于10微安；
(4)以MYG25K681S为例，通过220A(2mS)冲击1次，压敏电压变化率小于3％，试验后漏电流小于10微安。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种小型化大通流容量压敏电阻器的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：称取氧化锌、三氧化二铋、三氧化二锑、四氧化三钴、氧化锰组成的混合物中加入去离子水球磨，得到浆料并喷雾造粒，其中，氧化锌的质量分数比为91.8％～92％、三氧化二铋的质量分数比为3.1％～3.2％、三氧化二锑的质量分数比为3.1％～3.3％、四氧化三钴的质量分数比为1.1％～1.3％、氧化锰的质量分数比为0.3％～0.6％；
步骤二：采用目标小型化瓷片直径按烧结收缩率84％制作成型模具，将造粒料压制成生坯并排胶烧结至目标压敏电压；
步骤三：丝网印刷低温压敏银浆制作电极，并按正常烧银曲线烧银；
步骤四：采用打扁的带“S”弯引线，插片焊接得到压敏本体；
步骤五：在压敏本体上内涂阻燃树脂后，环氧粉末包封得到小型化大通流容量压敏电阻器。
2.根据权利要求1所述的小型化大通流容量压敏电阻器的制备方法，其特征在于：步骤一中，还向所述混合物中加入辅料，所述辅料包括氧化硼、三氧化二镍和三氧化二铬，其中，氧化硼的质量分数比为0.05％～0.3％，三氧化二镍的质量分数比为0.1％～0.3％，三氧化二铬的质量分数比为0.1％～0.3％。
3.根据权利要求1所述的小型化大通流容量压敏电阻器的制备方法，其特征在于：步骤二中，目标压敏电压采用的电压梯度为180V/mm。
4.根据权利要求1所述的小型化大通流容量压敏电阻器的制备方法，其特征在于：步骤四中，打扁的带“S”弯引线(3)采用软性镀锡铜线。
5.一种根据权利要求1至4任意一项所述的小型化大通流容量压敏电阻器的制备方法制备的小型化大通流容量压敏电阻器，其特征在于：由氧化锌压敏电阻芯片(1)和打扁的带“S”弯引线(3)构成的压敏本体，在所述压敏本体上内涂阻燃树脂后环氧粉末包封，所述氧化锌压敏电阻芯片(1)由氧化锌、三氧化二铋、三氧化二锑、四氧化三钴、氧化锰、三氧化二铬、三氧化二镍、氧化硼组成，经高温烧结并制作电极而成，其中，氧化锌的质量分数比为91.8％～92％、三氧化二铋的质量分数比为3.1％～3.2％、三氧化二锑的质量分数比为3.1％～3.3％、四氧化三钴的质量分数比为1.1％～1.3％、氧化锰的质量分数比为0.3％～0.6％，氧化硼的质量分数比为0.05％～0.3％，三氧化二镍的质量分数比为0.1％～0.3％，三氧化二铬的质量分数比为0.1％～0.3％。
6.根据权利要求5所述的小型化大通流容量压敏电阻器，其特征在于：所述氧化锌压敏电阻芯片(1)的直径为22mm，所述打扁的带“S”弯引线(3)的直径为1.3mm。
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