CN114843054A - 一种用于压敏电阻器的包封材料及包封方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于压敏电阻器的包封材料及包封方法。本发明的用于压敏电阻器的包封材料的组成包括：Na₃PO₄、Zn(H₂PO₄)₂、Al(H₂PO₄)₃、FeCl₃和H₃PO₄。本发明的压敏电阻器的包封方法包括以下步骤：1)将Na₃PO₄、Zn(H₂PO₄)₂、Al(H₂PO₄)₃和水混合，再加入FeCl₃和H₃PO₄，得到包封液；2)将压敏电阻器放入包封液浸泡，烧结，得到含包封层的压敏电阻器。本发明的包封材料组成简单、成本低，能够批量、高效地制备含包封层的压敏电阻器，且包封层具有耐腐蚀性好、均匀、难“爬镀”的优势，压敏电阻器的良品率高。

Description

一种用于压敏电阻器的包封材料及包封方法

技术领域

本发明属于包封的技术领域，尤其涉及一种用于压敏电阻器的包封材料及包封方法。

背景技术

氧化锌压敏电阻器的瓷体，属于半导体，包括了94％-98％的氧化锌和2-6％的添加剂(例如，氧化铋、氧化钴、氧化锰、氧化镍、氧化锑、氧化硼、氧化铬、氧化硅等氧化物)。但是，氧化锌压敏电阻器的表面电阻率低和存在氧化物颗粒，电镀时容易产生金属Ni和Sn镀在瓷体上，即产生“爬镀”现象，从而使两个端电极短路，导致变阻器成为导体。

为避免爬镀现象的发生，一般需要对瓷体进行表面处理，使其表面绝缘化，且不易产生爬镀。玻璃包封工艺，是一种常用的表面处理技术，具体是先制备玻璃粉，以玻璃粉为主要成分加入有机添加剂等制备成玻璃浆料，然后通过喷涂设备对产品进行多面多次的喷涂方式在电子元器件上包覆一层绝缘玻璃层。这种方法工艺不仅繁琐、操作次数多，需要特定的喷涂设备和装置，而且在喷涂浆料的过程中，容易出现浆料流挂、不均匀的现象，导致后续电镀出现爬镀、烧结后产品外观出现凹坑、粘片、脱落等问题。高分子绝缘材料进行涂覆包裹的方法在实际生产中也需要特定的夹具和设备，操作要求高，对于小型化器件处理不利于操作。显然，这两种表面处理的使用方面受到了限制，并不适用于简单、批量化处理电子元器件。

因此，亟需开发研究一种可制得良品率高、抗酸性腐蚀性好、表面均匀的包封层，且适用于压敏电阻器批量化处理的包封材料。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种用于压敏电阻器的包封材料。

本发明的目的之二在于提供一种用于压敏电阻器的包封材料的包封方法。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明提供了一种用于压敏电阻器的包封材料，其包括质量份的组分：Na₃PO₄ 1～5份，Zn(H₂PO₄)₂ 15～30份，Al(H₂PO₄)₃ 0.1～3份，FeCl₃ 0.5～5份，H₃PO₄ 8～40份。

优选的，所述的用于压敏电阻器的包封材料质量份的组分：Na₃PO₄ 2～4份，Zn(H₂PO₄)₂20～25份，Al(H₂PO₄)₃ 0.5～2.0份，FeCl₃ 1～2.5份，H₃PO₄ 10～35份。

第二方面，本发明提供了第一方面所述的用于压敏电阻器的包封方法，包括以下步骤：

1)将第一方面所述的用于压敏电阻器的包封材料加水分散制成包封液；

2)将压敏电阻器放入步骤1)的包封液中进行浸泡，再进行烧结，得到含包封层的压敏电阻器。

优选的，所述用于压敏电阻器的包封方法，包括以下步骤：

1)将第一方面所述的包封材料中的Na₃PO₄、Zn(H₂PO₄)₂和Al(H₂PO₄)₃分散在水中，再加入所述的包封材料中的FeCl₃和H₃PO₄，得到包封液；

2)将压敏电阻器放入步骤1)所述的包封液中进行浸泡，再进行干燥和烧结，得到含包封层的压敏电阻器。

优选的，步骤1)所述Na₃PO₄、Zn(H₂PO₄)₂、Al(H₂PO₄)₃和FeCl₃的摩尔比为(0.5～5)：(5～15)：(0.1～3)：(0.4～5)。

进一步优选的，步骤1)所述Na₃PO₄、Zn(H₂PO₄)₂、Al(H₂PO₄)₃和FeCl₃的摩尔比为(0.8～2)：(6～10)：(0.2～1.5)：(0.5～2)。

优选的，步骤1)所述H₃PO₄的质量占所述的用于压敏电阻器的包封材料的1％～15％。

进一步优选的，步骤1)所述H₃PO₄的质量占所述的用于压敏电阻器的包封材料的2％～10％。

优选的，步骤1)所述水的质量占所述包封液的80％～95％。

优选的，步骤1)所述混合的具体操作为向水中依次加入Na₃PO₄，Zn(H₂PO₄)₂和Al(H₂PO₄)₃。

优选的，步骤1)所述分散的方式为搅拌。

优选的，所述搅拌的温度为65℃～80℃。

优选的，所述搅拌的时间为25min～40min。

优选的，所述搅拌的转速为10～20r/min。

优选的，步骤2)所述浸泡的时间为24min～40min。

优选的，步骤2)所述干燥的温度为60℃～120℃。

进一步优选的，所述干燥的温度为80℃～100℃。

优选的，步骤2)所述烧结的温度为600℃～850℃。

进一步优选的，步骤2)所述烧结的温度为700℃～800℃。

优选的，步骤2)所述烧结的时间为350min～400min。

优选的，步骤2)所述烧结是在空气气氛下进行的。

本发明的有益效果是：本发明提供的用于压敏电阻器的包封材料组成简单、成本低，能够批量、高效地制备含有包封层的电子元件，且制得含有包封层的电子元件具有耐腐蚀性好和良品率高的优势，而含有包封层的电子元件中的包封层还具有均匀、难“爬镀”的效果。

具体为：

(1)本发明的用于压敏电阻器的包封材料以Na₃PO₄-Zn(H₂PO₄)₂-Al(H₂PO₄)₃为整体，通过外加法引入阳离子(Fe³⁺)，且制得包封液和相应的包封方法操作简单，原料易获得，成本较低，适用于工业化量产执行；

(2)本发明的用于压敏电阻器的包封材料用于制备含有包封层的电子元件，是通过用溶液浸泡的方式对产品进行表面包封处理，从而可以一次性对电子元器件的多个面进行包封处理，包封处理后对电子元器件进行烘干、高温处理在电阻瓷体表面形成一层类似玻璃的表面绝缘层，进而避免后续电镀过程中出现爬镀的问题；

(3)本发明制备的包封材料制得的包封层的耐酸性能符合生产要求、化学稳定性优良，可在后续电镀工序中保存绝缘表面层的完整性从而避免爬镀问题的出现；

(4)本发明的用于压敏电阻器的包封材料以磷酸盐为主要成分，三氯化铁为辅助材料；其中，三氯化铁，经过高温处理后形成类似玻璃结构的表面绝缘层，从而在瓷体表面起到绝缘的作用；磷酸二氢铝在高温条件下可以固化成膜，历经失水、聚合反应而形成交联网状结构，发生相转变形成不同的磷酸铝晶相，进而加速固化，最终形成完整的膜层(具有良好的绝缘性可以为表面层提供绝缘性能)；磷酸二氢锌溶于水后呈粘稠的液体状，使得在溶液浸泡过程中溶液可以有效地粘附在产品表面形成表面层；磷酸钠具有熔点低、易溶于水的特点，可以降低该体系的熔点，能够在700～800℃进行烧结处理得到完整、致密、均匀的绝缘玻璃表面层；

以上所有组分协同作用从而使含有包封层的电子元件(特别是含有玻璃包封层的氧化锌小型压敏电阻)在后续电镀工艺中保持表面层的完整性，避免出现“爬镀”现象；

(5)本发明提供的包封方法简单、高效，且原料易获得，不仅解决了以往包封处理工艺操作复杂，受产品尺寸大小限制，需要特定的设备和装置、生产效率低等问题，而且还解决现有的压敏电阻器包封工艺中存在的爬镀、脱落、粘片和不适用于小型化产品等问题，从而使得包封工艺的产品合格率达到99％以上。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种包封方法，其具体步骤包括：

1)取1.6596g Na₃PO₄、22.6463g Zn(H₂PO₄)₂、0.6941g Al(H₂PO₄)₃、2.25g FeCl₃、8mL的85％H₃PO₄；

2)在烧杯中倒入适量去离子水(450mL～500mL)放置在磁力搅拌器上进行搅拌，依次加入Na₃PO₄、Al(H₂PO₄)₃和Zn(H₂PO₄)₂，混合搅拌，再依次加入FeCl₃、H₃PO₄的顺序依次放入试剂，混合溶解均匀后配制得到用于压敏电阻器的包封材料(即包封液)；

3)将600～800个压敏电阻器放入装有去离子水的烧杯中，然后将烧杯放置在超声波清洗机中进行超声清洗，得到表面清洗干净并润湿的压敏电阻样品；

4)将步骤3)中清洗后的压敏电阻样品放置在实施例1的用于压敏电阻器的包封材料中，再放置在磁力搅拌水浴锅中，在水浴温度50℃、转速为10r/min的条件下浸泡30min，放置在电热恒温鼓风干燥箱中100℃烘干处理，得到磷酸盐包封的压敏电阻样品；

5)将步骤4)中干燥后的压敏电阻样品放置在箱式电炉中，并在750℃下进行烧结处理，得到含玻璃包封层的压敏电阻器。

实施例2

本实施例提供一种用于压敏电阻器的包封方法，其具体步骤包括：

1)取1.5723g Na₃PO₄、21.4551g Zn(H₂PO₄)₂、1.9726g Al(H₂PO₄)₃、2.25g FeCl₃、20mL的85％H₃PO₄；

2)在烧杯中倒入适量去离子水(450mL～500mL)放置在磁力搅拌器上进行搅拌，依次加入Na₃PO₄、Al(H₂PO₄)₃和Zn(H₂PO₄)₂，混合搅拌，再依次加入FeCl₃、H₃PO₄的顺序依次放入试剂，混合溶解均匀后配制得到用于压敏电阻器的包封材料(即包封液)；

3)将600～800个压敏电阻器放入装有去离子水的烧杯中，然后将烧杯放置在超声波清洗机中进行超声清洗，得到表面清洗干净并润湿的压敏电阻样品；

4)将步骤3)中清洗后的压敏电阻样品放置在实施例2的用于压敏电阻器的包封材料中，再放置在磁力搅拌水浴锅中，在水浴温度50℃、转速为10r/min的条件下浸泡30min，放置在电热恒温鼓风干燥箱中100℃烘干处理，得到磷酸盐包封的压敏电阻样品；

5)将步骤4)中干燥后的压敏电阻样品放置在箱式电炉中，并在800℃下进行烧结处理，得到含玻璃包封层的压敏电阻样品。

实施例3

本实施例提供一种用于压敏电阻器的包封方法，其具体步骤包括：

1)取3.0726g Na₃PO₄、20.9637g Zn(H₂PO₄)₂、0.9637g Al(H₂PO₄)₃、1.0g FeCl₃、15mL的85％H₃PO₄；

2)在烧杯中倒入适量去离子水(450mL～500mL)放置在磁力搅拌器上进行搅拌，依次加入Na₃PO₄、Al(H₂PO₄)₃和Zn(H₂PO₄)₂，混合搅拌，再依次加入FeCl₃、H₃PO₄的顺序依次放入试剂，混合溶解均匀后配制得到用于压敏电阻器的包封材料；

3)将600～800个压敏电阻器放入装有去离子水的烧杯中，然后将烧杯放置在超声波清洗机中进行超声清洗，得到表面清洗干净并润湿的压敏电阻样品；

4)将步骤3)中清洗后的压敏电阻样品放置在实施例3的用于压敏电阻器的包封材料中，再放置在磁力搅拌水浴锅中，在水浴温度50℃、转速为10r/min的条件下浸泡30min，放置在电热恒温鼓风干燥箱中100℃烘干处理，得到磷酸盐包封的压敏电阻样品；

5)将步骤4)中干燥后的压敏电阻样品放置在箱式电炉中，并在800℃下进行烧结处理，得到含玻璃包封层的压敏电阻样品。

实施例4

本实施例提供一种用于压敏电阻器的包封方法，其具体步骤包括：

1)取1.6596g Na₃PO₄、22.6463g Zn(H₂PO₄)₂、0.6941g Al(H₂PO₄)₃、1.25g FeCl₃、10mL的85％H₃PO₄；

2)在烧杯中倒入适量去离子水(450mL～500mL)放置在磁力搅拌器上进行搅拌，依次加入Na₃PO₄、Al(H₂PO₄)₃和Zn(H₂PO₄)₂，混合搅拌，再依次加入FeCl₃、H₃PO₄的顺序依次放入试剂，混合溶解均匀后配制得到用于压敏电阻器的包封材料；

3)将600～800个压敏电阻器放入装有去离子水的烧杯中，然后将烧杯放置在超声波清洗机中进行超声清洗，得到表面清洗干净并润湿的压敏电阻样品；

4)将步骤3)中清洗后的压敏电阻样品放置在实施例4的用于压敏电阻器的包封材料中，再放置在磁力搅拌水浴锅中，在水浴温度50℃、转速为10r/min的条件下浸泡30min，放置在电热恒温鼓风干燥箱中100℃烘干处理，得到磷酸盐包封的压敏电阻样品；

5)将步骤4)中干燥后的压敏电阻样品放置在箱式电炉中，并在800℃下进行烧结处理，得到玻璃包封层的压敏电阻样品。

实施例5

本实施例提供一种用于压敏电阻器的包封方法，其具体步骤包括：

1)取1.6596gNa₃PO₄、22.6463g Zn(H₂PO₄)₂、0.6941g Al(H₂PO₄)₃、1.75g FeCl₃、20mL的85％H₃PO₄；

2)在烧杯中倒入适量去离子水(450mL～500mL)放置在磁力搅拌器上进行搅拌，依次加入Na₃PO₄、Al(H₂PO₄)₃和Zn(H₂PO₄)₂，混合搅拌，再依次加入FeCl₃、H₃PO₄的顺序依次放入试剂，混合溶解均匀后配制得到用于压敏电阻器的包封材料；

3)将600～800个压敏电阻器放入装有去离子水的烧杯中，然后将烧杯放置在超声波清洗机中进行超声清洗，得到表面清洗干净并润湿的压敏电阻样品；

4)将步骤3)中清洗后的压敏电阻样品放置在实施例5的用于压敏电阻器的包封材料中，再放置在磁力搅拌水浴锅中，在水浴温度50℃、转速为10r/min的条件下浸泡30min，放置在电热恒温鼓风干燥箱中100℃烘干处理，得到磷酸盐包封的压敏电阻样品；

5)将步骤4)中干燥后的压敏电阻样品放置在箱式电炉中，并在800℃下进行烧结处理，得到含玻璃包封层的压敏电阻样品。

对比例1

本对比例与实施例1的包封也的区别在于：不包括FeCl₃和H₃PO₄。

本对比例提供一种用于压敏电阻器的包封方法，其具体步骤包括：

1)取1.6596g Na₃PO₄、22.6463g Zn(H₂PO₄)₂、0.6941g Al(H₂PO₄)₃；

2)在烧杯中倒入适量去离子水(300～500mL)放置在磁力搅拌器上进行搅拌，按照Na₃PO₄、Al(H₂PO₄)₃、Zn(H₂PO₄)₂的顺序依次放入试剂，混合溶解均匀后配制得到用于压敏电阻器的包封材料；

3)将600～800个压敏电阻器放入装有去离子水的烧杯中，然后将烧杯放置在超声波清洗机中进行超声清洗，得到表面清洗干净并润湿的压敏电阻样品；

4)将步骤3)中清洗后的压敏电阻样品放置在对比例1的用于压敏电阻器的包封材料中，再放置在磁力搅拌水浴锅中，在水浴温度50℃、转速为10r/min的条件下浸泡30min，放置在电热恒温鼓风干燥箱中100℃烘干处理，得到磷酸盐包封的压敏电阻样品；

5)将步骤4)中干燥后的压敏电阻样品放置在箱式电炉中，并在800℃下进行烧结处理，得到含玻璃包封层的压敏电阻样品。

如无特殊说明，实施例和对比例中选用的原料试剂具体为：试剂级别的Na₃PO₄(99wt％)，Zn(H₂PO₄)₂(98wt％)，Al(H₂PO₄)₃(99wt％)和FeCl₃(98wt％)，85wt％磷酸(密度约为1.7g/mL)；所使用的压敏电阻器的型号为0201，规格大小为2μm×1μm×0.5μm。

性能测试

1)耐酸性能测试：

按照实施例1～5和对比例1中原料的配比称取原料试剂，并将原料试剂放入研钵中进行混合，将混合均匀的原料放入坩埚中，然后在750～800℃的条件下进行烧结，得到玻璃块试样；通过将玻璃块试样置于100mL电镀液(pH＝2～5，含有以氨基磺酸镍、氯化镍等镍盐为主盐，硼酸，及少量的添加剂如络合剂、稳定剂、表面活性剂等)中，在室温条件下，浸泡24h后，取出试样进行清洗、干燥，称量其质量，通过质量损失率来表征玻璃样品的耐酸性。

通过相同配比的玻璃块试样作为测试样能够比较直观地观察将其作为玻璃包封层的性能。

2)压敏电阻器表面外观评价标准：经过包封处理后的压敏电阻样品的六个表面颜色需呈现黑色，整体均匀一致，表面无泛黄、泛白、杂质等现象，即为外观合格的压敏电阻器。实施例1～5和对比例1中包封材料和含有包封层的压敏电阻的性能测试结果，如表1所示。

表1实施例1～5和对比例1中包封材料和含有包封层的压敏电阻的性能测试结果

由表1可知：通过实施例和对比例的样品进行比较，采用本发明的包封材料或者包封方法得到的玻璃包封层的耐酸性能有了明显的提高，能够在酸性环境下本发明的含玻璃包封层的压敏电阻样品表面的包封层的质量损失率能够维持在0.15％以下，说明其具有良好的抗酸性能和包封效果。

同时，采用实施例1～5中的包封方法得到玻璃层的压敏电阻表面外观光滑平整均匀，无凹坑、脱落、变色等不合格现象，而且其批量制备小型的压敏电阻能够实现99％以上的良品率，远远高于对比例1的包封方法的良品率。

这说明本发明提供的包封方法不仅操作简单，成本较低，包封材料(或含玻璃包封层的压敏电阻样品)的耐酸性能符合生产要求，化学稳定性优良，而且用于压敏电阻的包封工艺操作方法操作具有简单便利，不需要特定的工艺设备，成本低的特点。另外，该包封方法还可以在压敏电阻(电子元器件)批量处理时，得到外观平整光滑的绝缘表面层；有效提高压敏电阻包封外观的合格率，减少包封工艺操作次数，节约成本，解决了因为喷涂浆料流挂、不均匀导致的产品爬镀、粘片、脱落、凹坑等问题。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于压敏电阻器的包封材料，其特征在于，包括以下质量份的组分：Na₃PO₄ 1～5份，Zn(H₂PO₄)₂ 15～30份，Al(H₂PO₄)₃ 0.1～3份，FeCl₃ 0.5～5份，H₃PO₄ 8～40份。

2.根据权利要求1所述的用于压敏电阻器的包封材料，其特征在于，包括以下质量份的组分：Na₃PO₄ 2～4份，Zn(H₂PO₄)₂ 20～25份，Al(H₂PO₄)₃ 0.5～2.0份，FeCl₃ 1～2.5份，H₃PO₄10～35份。

3.一种压敏电阻器的包封方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将权利要求1或2所述的用于压敏电阻器的包封材料加水分散制成包封液；

2)将压敏电阻器放入步骤1)的包封液中进行浸泡，再进行烧结，得到含包封层的压敏电阻器。

4.一种压敏电阻器的包封方法，其特征在于，采用的包封材料为权利要求1或权利要求2所述的用于压敏电阻器的包封材料，具体包括以下步骤：

1)将所述的包封材料中的Na₃PO₄、Zn(H₂PO₄)₂和Al(H₂PO₄)₃分散在水中，再加入所述的包封材料中的FeCl₃和H₃PO₄，得到包封液；

2)将压敏电阻器放入步骤1)所述的包封液中进行浸泡，再进行干燥和烧结，得到含包封层的压敏电阻器。

5.根据权利要求3或4所述的包封方法，其特征在于：步骤1)所述分散的方式为搅拌。

6.根据权利要求5所述的包封方法，其特征在于：所述搅拌的温度为65℃～80℃。

7.根据权利要求5所述的包封方法，其特征在于：所述搅拌的时间为25min～40min。

8.根据权利要求3或4所述的包封方法，其特征在于：步骤2)所述浸泡的时间为24min～40min。

9.根据权利要求4所述的包封方法，其特征在于：步骤2)所述干燥的温度为60℃～120℃。

10.根据权利要求3或4所述的包封方法，其特征在于：步骤2)所述烧结的温度为600℃～850℃。