CN1731540A - 叠层陶瓷正温度系数热敏电阻的新型制造方法 - Google Patents

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CN1731540A CN 200510029189 CN200510029189A CN1731540A CN 1731540 A CN1731540 A CN 1731540A CN 200510029189 CN200510029189 CN 200510029189 CN 200510029189 A CN200510029189 A CN 200510029189A CN 1731540 A CN1731540 A CN 1731540A
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周欣山
钱朝勇
沈十林
杨彬
余勤民
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Abstract

本发明公开了一种新型的叠层陶瓷正温度系数热敏电阻的新型制造方法，其步骤为：将制备陶瓷的原料按比例进行配料、制浆、消泡、流延、冲片、印刷、压制、一次切割、排粘、烧结、涂玻璃料、平面磨、封端、烧端、电镀、划片、外观检测、电阻分选、编带，在所述烧结BaTiO3工序中，采用Li2O－Bi2O3－Al2O3－TiO2玻璃相作为烧结助剂，其中所述Bi2O3的含量为BaTiO3摩尔数的0％－2.0％，Li2O的含量为BaTiO3摩尔数的0％－2.0％，Al2O3的含量为BaTiO3摩尔数的0％－2.0％，TiO2的含量为BaTiO3摩尔数的0％－2.0％。本发明的制造方法具有工艺简单、降低烧结温度、提高生产率等优点。

Description

叠层陶瓷正温度系数热敏电阻的新型制造方法
技术领域
本发明涉及过流保护元件的制造方法，尤其涉及一种叠层陶瓷正温度系数热敏电阻的新型制造方法。
背景技术
由于正温度系数(PTC)陶瓷材料本身电阻率较高，目前已知报道的最小的电阻率为2Ω·cm，所以做成块体材料的PTC陶瓷电阻值较高，如果安装在集成线路板上会增加不必要的功耗。如果做成片状叠层元件，通过每一层之间的并联，能将电阻值大大降低，且尺寸很小，能极大的拓宽PTC陶瓷在集成线路板上的使用。世界上许多著名的电子元件生产厂商如Murata、EPCOS经过多年的研究，直至近年才达到产业化水平。Murata公司于二十一世纪初才推出PRG系列过流保护片式多层PTC陶瓷电阻器，其尺寸能做到，室温电阻，PRF系列温度检测片式多层PTC陶瓷电阻器尺寸为1.6mm×0.8mm×0.8mm，室温电阻为33Ω，测温度精度为±5℃。Murata公司就该项技术在世界上许多国家申请专利。
PTC陶瓷的片式叠层化的主要技术难度就是降低PTC陶瓷材料的烧结温度。众所周知，片式叠层元件的制备需要将陶瓷材料和内电极实现共烧。PTC陶瓷的主成分是BaTiO3，它和普通的BaTiO3基电容器不一样，其陶瓷表面容易吸附氧分子，氧分子与半导体陶瓷表面的电子发生极化作用，由物理吸附转化为化学吸附，使得半导体陶瓷表层的电子被束缚，表层载流子浓度减少，形成正空间电荷区，即在表层形成相当于电子势垒的高阻层。因此选择内电极应考虑的是如何破坏半导体陶瓷表面的氧吸附层，传统的银钯电极很难满足上述要求，必须在该浆料中掺入Ni、Zn等贱金属，在烧电极过程中夺取氧吸附层，使陶瓷和电极形成欧姆接触。但由于贱金属在高温烧结时贱金属自身容易氧化，所以其烧结温度一般在1000℃以内。而传统PTC陶瓷材料的烧结温度在1000℃以上，而且必须在氧化气氛中烧结，因此很难实现欧姆内电极和陶瓷体的共烧。
普通的钛酸钡陶瓷PTC一般采用Al2O3-SiO2-TiO2(AST)玻璃体系，作为BaTiO3烧结助剂，玻璃相主要起两个作用：一是吸附有害杂质，提高晶粒的半导化程度。在原材料和工艺中不可避免地会带入一些有害物质，由于杂质进入液相中所需激活能比进入晶格格点上小，而AST在高温下形成液相，故能将杂质吸附在晶界中。实验表明，组分中未引入AST时，引入半导体化元素的BaTiO3材料，其电阻率很高，有的甚至为绝缘体。只有引入AST成分后，材料电阻率方可降低100Ω·cm以下。二是控制晶粒长大，使之成为理想的致密瓷。AST约在1240℃左右形成液相，由于液相中含有钛离子，它可对晶粒实现理想的润湿。在温度不太高时(小于1300℃)，液态量较少，只出现在局部，尚不足以包裹整个晶粒，而液相表面张力的作用，可使晶粒靠紧，有利于传质过程。因此若在该温区停留时间过长，则晶粒生长及不均匀，甚至会出现异常晶粒长大。
发明内容
针对已有技术存在的缺陷，本发明提供了一种新型的叠层陶瓷PTC的制造方法。
本发明的发明目的是通过如下技术方案实现的：
一种新型的叠层陶瓷正温度系数热敏电阻的新型制造方法，其步骤为：将制备陶瓷的原料按比例进行配料、制浆、消泡、流延、冲片、印刷、压制、一次切割、排粘、烧结、涂玻璃料、平面磨、封端、烧端、电镀、划片、外观检测、电阻分选、编带，在所述烧结BaTiO3工序中，采用Li2O-Bi2O3-Al2O3-TiO2玻璃相作为烧结助剂，其中所述Bi2O3的含量为BaTiO3摩尔数的0％-2.0％，Li2O的含量为BaTiO3摩尔数的0％-2.0％，Al2O3的含量为BaTiO3摩尔数的0％-2.0％，TiO2的含量为BaTiO3摩尔数的0％-2.0％。
制造工艺如附图1，将制备陶瓷的原料按比例进行配料、制浆、消泡、流延、冲片、印刷、压制、一次切割、排粘、烧结、涂玻璃料、平面磨、封端、烧端、电镀、划片、外观检测、电阻分选、编带，在工艺中本发明首次引入氮气保护烧结叠层陶瓷PTC的工艺，烧结时采用阶段工艺，在高温段保温时采用氮气保护，保证电极在烧成时不会被氧化。氮气氛保护的气压为0.1MPa-10MPa。然而PTC在非氧化气氛下不具有PTC效应，因此我们在设计烧结程序时在降温段1000度下保温，并通入氧气，使晶粒和晶界发生重氧化，恢复瓷片的PTC效应。
本发明一种新型的叠层陶瓷正温度系数热敏电阻的新型制造方法，在所述烧结BaTiO3工序中，采用Li2O-Bi2O3-Al2O3-TiO2玻璃相作为烧结助剂。本发明的制造方法具有工艺简单、降低烧结温度、提高生产率等优点。
附图说明
图1为本发明叠层陶瓷PTC热敏电阻的制造工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图1进一步说明本发明是如何实现的：
如图1所示，将制备陶瓷的原料按比例进行配料、制浆、消泡、流延、冲片、印刷、压制、一次切割、排粘、烧结、涂玻璃料、平面磨、封端、烧端、电镀、划片、外观检测、电阻分选后进行编带，得叠层陶瓷正温度系数热敏电阻，在所述烧结BaTiO3工序中，采用Li2O-Bi2O3-Al2O3-TiO2玻璃相作为烧结助剂，其中：Li2O-Bi2O3-Al2O3-TiO2玻璃相的配方及烧结温度、所得电阻的电阻率如下表所示：
配方序号   成份配比(与钛酸钡材料的摩尔比mol％) 烧结温度(℃) 电阻率(Ω.cm)
  Li2O   Bi2O3   Al2O3   TiO2
  实施例1   0.5   0.2   0.5   0.5   1280   480
  实施例2   0.5   0.4   0.5   0.5   1280   990
  实施例3   0.5   0.6   0.5   0.5   1240   2,000
  实施例4   0.5   0.8   0.5   0.5   1200   5,200
  实施例5   0.5   1.0   0.5   0.5   1180   9,000
  实施例6   0.5   1.2   0.5   0.5   1160   8,600
  实施例7   0.5   1.4   0.5   0.5   1140   7,900
  实施例8   0.5   1.6   0.5   0.5   1140   9,500
  实施例9   0.5   1.8   0.5   0.5   1120   39,000
  实施例10   0.5   2.0   0.5   0.5   1100   68,000
  实施例11   1   0.2   1   0.5   1240   32
  实施例12   1   0.4   1   0.5   1200   47
  实施例13   1   0.6   1   0.5   1180   140
  实施例14   1   0.8   1   0.5   1100   220
  实施例15   1   1.0   1   0.5   1100   190
  实施例16   1   1.2   1   0.5   1080   260
  实施例17   1   1.4   1   0.5   1060   5,700
  实施例18   1   1.6   1   0.5   1040   290,000
  实施例19   1   1.8   1   0.5   1020   450,000
  实施例20   1   2.0   1   0.5   1020   3,100,000

Claims (5)

1、一种新型的叠层陶瓷正温度系数热敏电阻的新型制造方法，其步骤为：将制备陶瓷的原料按比例进行配料、制浆、消泡、流延、冲片、印刷、压制、一次切割、排粘、烧结、涂玻璃料、平面磨、封端、烧端、电镀、划片、外观检测、电阻分选、编带，其特征在于：在所述烧结BaTiO3工序中，采用Li2O-Bi2O3-Al2O3-TiO2玻璃相作为烧结助剂。
2、根据权利要求1所述的一种新型的叠层陶瓷正温度系数热敏电阻的新型制造方法，其特征在于：其中所述Bi2O3的含量为BaTiO3摩尔数的0％-2.0％，Li2O的含量为BaTiO3摩尔数的0％-2.0％，Al2O3的含量为BaTiO3摩尔数的0％-2.0％，TiO2的含量为BaTiO3摩尔数的0％-2.0％。
3、根据权利要求1或2任意一项权利要求所述的一种新型的叠层陶瓷正温度系数热敏电阻的新型制造方法，其特征在于：烧结时采用阶段工艺，在高温段保温时采用氮气保护，在降温段通入氧气，使晶粒和晶界发生重氧化。
4、根据权利要求3所述的一种新型的叠层陶瓷正温度系数热敏电阻的新型制造方法，其特征在于：氮气氛保护的气压为0.1MPa-10MPa。
5、根据权利要求3所述的一种新型的叠层陶瓷正温度系数热敏电阻的新型制造方法，其特征在于：所述降温段的温度小于等于1000℃。
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CN103050204B (zh) * 2012-12-19 2015-08-19 中国振华集团云科电子有限公司 片式线性正温度系数热敏电阻器制作方法

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