CN110223812A - 一种片式ntc热敏电阻及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种片式NTC热敏电阻及制备方法，包括：热敏陶瓷体、烧结在热敏陶瓷体两端的端头电极和覆盖在热敏陶瓷体表面的玻璃绝缘层；热敏陶瓷体的原料包括Mn₃O₄、Co₃O₄、TiO₂和CuO；以a代表MnO₂的摩尔含量[mol％]，b代表Co₃O₄的摩尔含量[mol％]，c代表TiO₂的摩尔含量[mol％]，d代表CuO的摩尔含量[mol％]，则：a+b＝100，45/55<a/b<55/45，0<c<12，0<d<30。本发明通过调整调整材料配方，可以满足0402、0603、0805尺寸，电阻在5k～470K，B值在3380～4500的多个电性规格产品的生产需求。

Description

一种片式NTC热敏电阻及制备方法

技术领域

本发明涉及电阻技术领域，尤其涉及一种表面贴装型的片式NTC热敏电阻及制备方法。

背景技术

近年，要求电子元件适应表面贴装，具有负温度特性的NTC热敏电阻也在开展片式化。

现有的片式NTC热敏电阻产品多为带内电极结构，通过热敏陶瓷和贵金属内电极共烧技术实现。现有专利200680004097.7中公开的一种片式NTC热敏电阻就是上述结构，其他日本公司如TDK等的片式热敏电阻产品也均为上述结构；带内电极结构的片式NTC热敏电阻的优点是：通过设计形状不同的内电极，可以很方便的调整产品的电阻值，只需要很少的配方，就可以制作出多种型号的产品。同时，产品的电阻值是由位于内电极之间的热敏陶瓷体决定的，而这一部分陶瓷体不会暴露在外面，即使电镀时外部热敏陶瓷体被腐蚀，也不会改变其电性能。带内电极结构的片式NTC热敏电阻的缺点是：工艺复杂，设备投入高；因为制造这种结构的片式NTC热敏电阻，需要同时用到流延成型技术、丝网印刷技术、陶瓷与金属共烧技术；同时热敏陶瓷体和金属电极之间存在离子迁移，产品可靠性受到限制。

现有专利200710028649.4公开了一种厚膜结构的片式热敏电阻，这种片式热敏电阻是在氧化铝基板上，通过丝网印刷一层热敏陶瓷厚膜，然后在两端形成银电极；这种结构的优点是：工艺简单，设备投资小。缺点是：产品精度差，无法满足行业对精度越来越高的要求。

市场上还有一种独石结构的片式NTC热敏电阻，这种类型的片式NTC热敏电阻主体是热敏陶瓷体，不存在内电极；具有工艺简单，设备投资少，稳定性高的优点。但是由于这种类型的产品不包含内电极，其电性主要是由热敏陶瓷体的材料特性决定的。根据公式

R＝ρ*L/S

当尺寸规格确定为0402、0603、0805时，L和S已经确定，产品的电阻由热敏材料的电阻率确定。所以生产不同电阻规格的片式NTC热敏电阻，需要多种不同电阻率的热敏陶瓷材料。同时，片式产品为细长结构，生产特定电阻和B值的产品时，需要热敏陶瓷材料具有较小的电阻率，也就是生产独石结构的片式NTC热敏电阻需要一系列具有低阻高B特性的热敏陶瓷材料；而，现有技术很难满足这一需求。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种不包含内电极、工艺简单、表面包含玻璃绝缘层、可靠性高的片式NTC热敏电阻及制备方法。

为实现上述目的，本发明提供一种片式NTC热敏电阻，包括：热敏陶瓷体、烧结在所述热敏陶瓷体两端的端头电极和覆盖在所述热敏陶瓷体表面的玻璃绝缘层；

所述热敏陶瓷体的原料包括Mn₃O₄、Co₃O₄、TiO₂和CuO；

以a代表MnO₂的摩尔含量[mol％]，b代表Co₃O₄的摩尔含量[mol％]，c代表TiO₂的摩尔含量[mol％]，d代表CuO的摩尔含量[mol％]，则：

a+b＝100，45/55<a/b<55/45，0<c<12，0<d<30。

作为本发明的进一步改进，所述玻璃绝缘层的原料按重量百分比计，包括：

作为本发明的进一步改进，所述玻璃绝缘层中B₂O₃杂质的含量小于10ppm。

作为本发明的进一步改进，所述端头电极包括：银电极、镍层和锡层；

所述银电极烧结在所述热敏陶瓷体两端，所述银电极上电镀有所述镍层，所述镍层上电镀有所述锡层。

作为本发明的进一步改进，所述镍层的厚度为2-5um，所述锡层的厚度为5-15um。

作为本发明的进一步改进，所述片式NTC热敏电阻的外形为标准的0402、0603或0805尺寸。

作为本发明的进一步改进，通过改变a/b的值及TiO₂和CuO的含量，可生产不同电性能规格的片式NTC热敏电阻。

作为本发明的进一步改进，通过调整所述热敏陶瓷体的原料配比，可制作电阻在5K～470K范围内，B值在3380～4500范围内的片式NTC热敏电阻。

本发明还提供一种片式NTC热敏电阻的制备方法，包括：

按比例称量热敏陶瓷体的原料，配制用于流延的陶瓷浆料；

将所述陶瓷浆料通过流延工艺制备热敏陶瓷生胚；

将所述热敏陶瓷生胚先切割，然后进行高温烧结成热敏陶瓷体；或，将所述热敏陶瓷生胚先高温烧结，然后切割成热敏陶瓷体；

在所述热敏陶瓷体的两端烧结形成银电极；

按比例称取所述玻璃绝缘层的原料，配制用于喷敷的玻璃浆料；

将所述玻璃浆料喷敷在所述银电极未覆盖的热敏陶瓷体上，形成玻璃绝缘层；

在银电极表面上先电镀形成镍层，然后在所述镍层表面上电镀形成锡层。

作为本发明的进一步改进，所述热敏陶瓷体的烧结温度为1100℃～1300℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的片式NTC热敏电阻，不包含贵金属内电极，生产工艺简单，生产成本低，产品可靠性优异，阻值精度高；通过调整调整材料配方，可以满足0402、0603、0805尺寸，电阻在5k～470K，B值在3380～4500的多个电性规格产品的生产需求。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的片式NTC热敏电阻的结构示意图。

图中：

1、热敏陶瓷体；2、玻璃绝缘层；3、银电极；4、镍层；5、锡层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1所示，本发明提供一种片式NTC热敏电阻，包括：热敏陶瓷体1、玻璃绝缘层2和端头电极，端头电极包括银电极3、镍层4和锡层5；其中：银电极3烧结在热敏陶瓷体两端，玻璃绝缘层2覆盖在除热敏陶瓷体1端部的表面上，银电极3上电镀有镍层4，镍层4上电镀有锡层5。

本发明热敏陶瓷体的原料包括Mn₃O₄、Co₃O₄、TiO₂和CuO；

以a代表MnO₂的摩尔含量[mol％]，b代表Co₃O₄的摩尔含量[mol％]，c代表TiO₂的摩尔含量[mol％]，d代表CuO的摩尔含量[mol％]，则：

a+b＝100，45/55<a/b<55/45，0<c<12，0<d<30；其中，d优选为0<d<25。

本发明的片式NTC热敏电阻的外形为标准的0402、0603或0805尺寸；通过改变a/b的值及TiO₂和CuO的含量，可生产不同电性能规格的片式NTC热敏电阻；通过调整热敏陶瓷体的原料配比，可制作电阻在5K～470K范围内，B值在3380～4500范围内的片式NTC热敏电阻。

本发明玻璃绝缘层的原料按重量百分比计，包括：

本发明玻璃绝缘层中B₂O₃杂质的含量小于10ppm。

进一步，本发明镍层的厚度为2-5um，锡层的厚度为5-15um。

本发明提供一种片式NTC热敏电阻的制备方法，包括：

按比例称量热敏陶瓷体的原料，配制用于流延的陶瓷浆料；

将陶瓷浆料通过流延工艺制备热敏陶瓷生胚；

将热敏陶瓷生胚先切割，然后进行高温烧结成热敏陶瓷体；或，将热敏陶瓷生胚先高温烧结，然后切割成热敏陶瓷体；其中，热敏陶瓷体的烧结温度为1100℃～1300℃；

在热敏陶瓷体的两端烧结形成银电极；

按比例称取玻璃绝缘层的原料，配制用于喷敷的玻璃浆料；

将玻璃浆料喷敷在银电极未覆盖的热敏陶瓷体上，形成玻璃绝缘层；

在银电极表面上先电镀形成镍层，然后在镍层表面上电镀形成锡层。

以下将对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

实施例1

本发明提供一种片式NTC热敏电阻及制备方法，包括：

S1、将15组MnO₂、Co₃O₄、TiO₂、CuO金属氧化物粉末按照比例称量，15组MnO₂、Co₃O₄、TiO₂、CuO的摩尔含量a、b、c、d由表1给出，每一组a、b、c、d均满足关系：

a+b＝100、a/b＝45/55、0<c<12、0<d<25。

S2、将S1中称量好的金属氧化物混合粉末和一定比例的有机溶剂、粘合剂一起加入球磨罐进行球磨，配制适合流延的浆料。有机溶剂可以采用醋酸丙酯和乙醇按1:2比例(质量百分比)混合的混合物，粘合剂可以采用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)，过渡金属氧化物粉末、有机溶剂和粘合剂的比例(质量百分比)为：1:1.2:0.2。

S3、将配制好的粉体浆料通过流延工艺制备30um厚度的生膜片，再将20层生膜片压叠在一起，压制成约0.5mm厚度的生胚片，最后将生胚片按照0402尺寸型号，切成1.0×0.5×0.5mm尺寸的半成品。

S4、将切割好的半成品置放在氧化铝匣钵内在300℃的高温下进行排胶(即有机溶剂和粘合剂在这个高温下挥发或者与空气反应成气体散发)、烧结制成负温度系数热敏电阻芯片，具体最高烧结温度为1200～1270℃，保持最高烧结温度的时间在3～9小时之间。

S5、通过喷敷工艺在负温度系数热敏电阻芯片周围(除两端外)喷涂一层含有玻璃粉的浆料，并在800℃下进行烧结，将覆盖在负温度系数热敏电阻芯片上的玻璃粉烧制成玻璃釉。

S6、在覆有玻璃釉的负温度系数热敏电阻芯片的两端(该两端并没有覆有和形成玻璃釉)，涂上一层银钯混合浆料，在700℃下进行烧结，使负温度系数热敏电阻芯片获得良好欧姆接触的金属电极。

S7、在银电极上电镀一层镍，再电度一层锡。镍层的厚度为2～5um，锡层厚度5～15um。

完成以上步骤，制备出0402尺寸片式NTC热敏电阻。如图1所示，片式NTC热敏电阻包括负温度系数热敏电阻芯片1、玻璃釉2和端头电极。

表1

表1中，每批次的a、b、c、d满足，a+b＝100、a/b＝45/55、0<c<10、0<d<25。通过以上方法制备的15组0402尺寸的片式NTC热敏电阻，测得25℃下的电阻值R₂₅和B_25/50记录在表2当中，B_25/50值由如下公式计算出：

B_25/50＝(Ln(R₂₅)-Ln(R₅₀))/(1/298.15-1/323.15)

表2

表2中给出的15组0402型号的片式NTC热敏电阻，基本覆盖了市面上所有的常规型号，并且具有特点：不含内电极，结构简单，仅通过改变氧化锰和氧化钴的比例及氧化钛和氧化铜的添加量来生产不同规格的片式NTC热敏电阻。

实施例2

本发明提供一种片式NTC热敏电阻及制备方法，包括：

除S1、S3步骤外，其余步骤与实施例1相同，制备0603型号片式NTC热敏电阻。

S1、将15组MnO₂、Co₃O₄、TiO₂、CuO金属氧化物粉末按照比例称量，15组MnO₂、Co₃O₄、TiO₂、CuO的摩尔含量a、b、c、d由表3给出，每一组a、b、c、d均满足关系：

a+b＝100、a/b＝50/50、0<c<12、0<d<25。

S3、将配制好的粉体浆料通过流延工艺制备30um厚度的生膜片，再将32层生膜片压叠在一起，压制成约0.8mm厚度的生胚片，最后将生胚片按照0603尺寸型号，切成1.6×0.8×0.8mm尺寸的半成品。

表3

表3中，每批次的a、b、c、d满足，a+b＝100、a/b＝45/50、0<c<10、0<d<25。通过以上方法制备的15组0603尺寸的片式NTC热敏电阻，测得25℃下的电阻值R₂₅和B_25/50记录在表4中，B_25/50值由如下公式计算出：

B_25/50＝(Ln(R₂₅)-Ln(R₅₀))/(1/298.15-1/323.15)

表4

表4中给出的15组0603型号的片式NTC热敏电阻，基本覆盖了市面上所有的常规型号，并具有特点：不含内电极，结构简单，仅通过改变氧化锰和氧化钴的比例及氧化钛和氧化铜的添加量来生产不同规格的片式NTC热敏电阻。

实施例3

本发明提供一种片式NTC热敏电阻及制备方法，包括：

除S1、S3步骤外，其余步骤与实施例1和实施例2相同，制备0805型号片式NTC热敏电阻。

S1、将15组MnO₂、Co₃O₄、TiO₂、CuO金属氧化物粉末按照比例称量，15组MnO₂、Co₃O₄、TiO₂、CuO的摩尔含量a、b、c、d由表5给出，每一组a、b、c、d均满足关系：

a+b＝100、a/b＝52/48、0<c<12、0<d<25。

S3、将配制好的粉体浆料通过流延工艺制备30um厚度的生膜片，再将32层生膜片压叠在一起，压制成约0.8mm厚度的生胚片，最后将生胚片按照0805尺寸型号，切成2.0×1.2×0.8mm尺寸的半成品。

表5

表5中，每批次的a、b、c、d满足，a+b＝100、a/b＝52/48、0<c<10、0<d<25。通过以上方法制备的15组0805尺寸的片式NTC热敏电阻，测得25℃下的电阻值R₂₅和B_25/50记录在表6中，B_25/50值由如下公式计算出：

B_25/50＝(Ln(R₂₅)-Ln(R₅₀))/(1/298.15-1/323.15)

表6

表6中给出的15组0805型号的片式NTC热敏电阻，基本覆盖了市面上所有的常规型号，并具有特点：不含内电极，结构简单，仅通过改变氧化锰和氧化钴的比例及氧化钛和氧化铜的添加量来生产不同规格的片式NTC热敏电阻。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种片式NTC热敏电阻，其特征在于，包括：热敏陶瓷体、烧结在所述热敏陶瓷体两端的端头电极和覆盖在所述热敏陶瓷体表面的玻璃绝缘层；

所述热敏陶瓷体的原料包括Mn₃O₄、Co₃O₄、TiO₂和CuO；

以a代表MnO₂的摩尔含量[mol％]，b代表Co₃O₄的摩尔含量[mol％]，c代表TiO₂的摩尔含量[mol％]，d代表CuO的摩尔含量[mol％]，则：

a+b＝100，45/55<a/b<55/45，0<c<12，0<d<30。

2.如权利要求1所述的片式NTC热敏电阻，其特征在于，所述玻璃绝缘层的原料按重量百分比计，包括：

3.如权利要求2所述的片式NTC热敏电阻，其特征在于，所述玻璃绝缘层中B₂O₃杂质的含量小于10ppm。

4.如权利要求1所述的片式NTC热敏电阻，其特征在于，所述端头电极包括：银电极、镍层和锡层；

所述银电极烧结在所述热敏陶瓷体两端，所述银电极上电镀有所述镍层，所述镍层上电镀有所述锡层。

5.如权利要求4所述的片式NTC热敏电阻，其特征在于，所述镍层的厚度为2-5um，所述锡层的厚度为5-15um。

6.如权利要求1所述的片式NTC热敏电阻，其特征在于，所述片式NTC热敏电阻的外形为标准的0402、0603或0805尺寸。

7.如权利要求1所述的片式NTC热敏电阻，其特征在于，通过改变a/b的值及TiO₂和CuO的含量，可生产不同电性能规格的片式NTC热敏电阻。

8.如权利要求1所述的片式NTC热敏电阻，其特征在于，通过调整所述热敏陶瓷体的原料配比，可制作电阻在5K～470K范围内，B值在3380～4500范围内的片式NTC热敏电阻。

9.一种如权利要求1-8中任一项所述的片式NTC热敏电阻的制备方法，其特征在于，包括：

按比例称量热敏陶瓷体的原料，配制用于流延的陶瓷浆料；

将所述陶瓷浆料通过流延工艺制备热敏陶瓷生胚；

将所述热敏陶瓷生胚先切割，然后进行高温烧结成热敏陶瓷体；或，将所述热敏陶瓷生胚先高温烧结，然后切割成热敏陶瓷体；

在所述热敏陶瓷体的两端烧结形成银电极；

按比例称取所述玻璃绝缘层的原料，配制用于喷敷的玻璃浆料；

将所述玻璃浆料喷敷在所述银电极未覆盖的热敏陶瓷体上，形成玻璃绝缘层；

在银电极表面上先电镀形成镍层，然后在所述镍层表面上电镀形成锡层。

10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述热敏陶瓷体的烧结温度为1100℃～1300℃。