一种负温度系数热敏电阻芯片、热敏电阻以及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种负温度系数热敏电阻芯片、热敏电阻以及其制备方法。负温度系数热敏电阻芯片由过渡金属氧化物粉末烧结而成，过渡金属氧化物粉末的配方由四氧化三钴Co3O4，二氧化锰MnO2，三氧化二钇Y2O3，三氧化二铬Cr2O3和/或二氧化钛TiO2按照特定的含量组成。由上述负温度系数热敏电阻芯片制备得到相应的热敏电阻。本发明的负温度系数热敏电阻芯片、热敏电阻以及其制备方法，改进了制备热敏电阻芯片的过渡金属氧化物粉末的配方，从而得到一种具有新尖晶石相结构的金属氧化物，激活能量较低，从而使得到的热敏电阻的B值较高。根据实验测试结果，以0402尺寸片式负温度系数热敏电阻为例，低阻值的电阻的B值均可达到较高。
【专利说明】一种负温度系数热敏电阻芯片、热敏电阻以及其制备方法
【【技术领域】】
[0001]本发明涉及热敏电阻元件，特别是涉及一种负温度系数热敏电阻芯片、热敏电阻以及其制备方法。
【【背景技术】】
[0002]通常，负温度系数(Negative Temperature Coeff icient,简称NTC)的热敏电阻芯片一般是由过渡金属氧化物粉末烧结而成。现有的过渡金属氧化物粉末的组分和含量有较多体系，较多配方。而热敏电阻的材料特性常数B值即是受金属氧化物粉末配方影响的，同时也与热敏电阻的电阻率有关，电阻率越大，B值越高。现有的粉末配方，例如常见的三元系(Mn-Co-Ni系)，四元系(Mn-Co-N1-M，其中M = Cu、Fe、S1、Pb、Zn等)，其制备的热敏电阻的材料特性常数B值较低。以行业中较为常见的0402尺寸片式负温度系数热敏电阻为例，低电阻值下的产品的B值均较低，例如25°C下标称电阻值为IOK欧的产品，其B值在3380左右；25°C下标称电阻值为IOOK欧的产品，其B值在3950左右；25°C下标称电阻值为500K欧的产品，其B值在4300左右。当热敏电阻的B值较低时，其应用于较高温度下，热敏电阻的敏感程度会降低，从而较低的B值限制了产品在较高温度下的使用。
【
【发明内容】
】
[0003]本发明所要解决的技术问题是:弥补上述现有技术的不足，提出一种负温度系数热敏电阻芯片、热敏电阻以及其制备方法，得到的低电阻值下的热敏电阻的B值均较高。
[0004]本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决:
[0005]一种负温度系数热敏·电阻芯片，由过渡金属氧化物粉末烧结而成，所述过渡金属氧化物粉末包括如下含量的组分:按摩尔百分比计算，30%~70%的四氧化三钴Co3O4,20%~60%的二氧化锰MnO2,大于O小于等于5%的三氧化二钇Y2O3, 5%~20%的三氧化二铬Cr2O3或二氧化钛TiO2，各组分的含量之和为100%。
[0006]一种负温度系数热敏电阻芯片，由过渡金属氧化物粉末烧结而成，所述过渡金属氧化物粉末包括如下含量的组分:按摩尔百分比计算，40%~60%的四氧化三钴Co3O4,30%~50%的二氧化锰MnO2,大于O小于等于5%的三氧化二钇Y2O3, 5%~15%的三氧化二铬Cr2O3,以及5%~10%的二氧化钛TiO2，各组分的含量之和为100%。
[0007]—种负温度系数热敏电阻芯片的制备方法，包括以下步骤:(1)混合过渡金属氧化物制得金属氧化物粉末，所述过渡金属氧化物粉末的组分以及含量为上述的过渡金属氧化物粉末；(2)将所述金属氧化物粉末烧结成所述热敏电阻芯片。
[0008]一种负温度系数热敏电阻，包括负温度系数热敏电阻芯片，玻璃保护层和电极，所述玻璃保护层环绕所述负温度系数热电阻芯片四周设置，所述电极设置在所述负温度系数热电阻芯片的两端；所述负温度系数热敏电阻芯片为上述的热敏电阻芯片。
[0009]一种负温度系数热敏电阻的制备方法，其特征在于:包括以下步骤:制备如上所述的负温度系数热敏电阻芯片；在所述负温度系数热敏电阻芯片的除两端外的四周环绕一层含有玻璃粉的浆料，烧结所述玻璃粉浆料，制成玻璃保护层；在环绕有所述玻璃保护层的热敏电阻芯片的两端涂覆一层电极浆料，烧结所述电极浆料，制得所述热敏电阻。
[0010]本发明与现有技术对比的有益效果是:
[0011]本发明的负温度系数热敏电阻芯片、热敏电阻以及其制备方法，制备热敏电阻芯片的过渡金属氧化物粉末的配方由四氧化三钴Co3O4, 二氧化锰MnO2,三氧化二钇Y2O3,三氧化二铬Cr2O3和/或二氧化钛TiO2按照特定的含量组成，得到一种具有新尖晶石相结构的金属氧化物，激活能量较低，从而使得到的热敏电阻的B值较高。根据实验测试结果，上述配方下的金属氧化物制得的热敏电阻，以0402尺寸片式负温度系数热敏电阻为例，低阻值(10K~500K)的电阻的B值均可达到较高，25°C下标称电阻值为IOK欧、100K欧、500K欧的产品，其B值可以达到4100、4500、4800。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0012]图1是本发明【具体实施方式】中的热敏电阻的结构示意图。
【【具体实施方式】】
[0013]下面结合【具体实施方式】并对照附图对本发明做进一步详细说明。
[0014]【具体实施方式】[0015]本【具体实施方式】中，负温度系数的热敏电阻芯片，由过渡金属氧化物粉末烧结而成，过渡金属氧化物粉末包括四氧化三钴Co3O4, 二氧化锰MnO2,三氧化二钇Y2O3,三氧化二铬Cr2O3和/或二氧化钛TiO2，各组分的含量之和为100%。
[0016]其中，过渡金属氧化物包括三氧化二铬Cr2O3或二氧化钛TiO2时的含量配比为(按摩尔百分比计算):
[0017]Co3O4, 30% ~70% ;
[0018]MnO2, 20% ~60% ;
[0019]Y2O3,大于O小于等于5% ；
[0020]Cr2O3 (或 TiO2), 5% ~20%。
[0021]当过渡金属氧化物包括三氧化二铬Cr2O3和二氧化钛TiO2时的含量配比为(按摩尔百分比计算):
[0022]Co3O4,40% ~60% ;
[0023]MnO2, 30% ~50% ;
[0024]Y2O3,大于O小于等于5% ；
[0025]Cr2O3，5% ~15% ；
[0026]TiO2, 5% ~10%。
[0027]当配方中既包括三氧化二铬Cr2O3又包括二氧化钛TiO2时，可相应协调和平衡体系中的主体成分和辅助成分，从而提高得到的热敏电阻芯片的可靠性。
[0028]本【具体实施方式】中，由四氧化三钴Co3O4, 二氧化锰MnO2,三氧化二钇Y2O3,三氧化二铬Cr2O3和/或二氧化钛TiO2,按照特定的含量组成配方制备金属氧化物粉末，从而得到一种具有新尖晶石相结构的金属氧化物，其激活能量较低，使得其烧结成热敏电阻芯片制得热敏电阻后的B值较高。如下，通过设置多个实施例，验证本【具体实施方式】中制得的热敏电阻产品低电阻范围时的B值较高。
[0029]实施例1:将Co304、Mn02、Cr203、Y203粉末按照比例(摩尔百分比)40%:45%:11%:4%进行混合形成过渡金属氧化物粉末，将所述金属氧化物粉末直接烧结制成负温度系数热敏电阻芯片。其中，具体烧结温度为1200°C~1270°C，保持该烧结温度的时间在3~9小时之间。将该实施例中制得的热敏电阻芯片组装制成负温度系数的热敏电阻，制得的热敏电阻的结构如图1所示。具体制备过程为:在所述负温度系数热敏电阻芯片I的除两端外的四周环绕一层含有玻璃粉的浆料，烧结所述玻璃粉浆料，制成玻璃保护层2 ;在环绕有玻璃保护层2的热敏电阻芯片I的两端涂覆一层电极浆料，烧结所述电极浆料，在两端形成电极3后，制得负温度系数热敏电阻。测得该实施例中热敏电阻的电阻率为10000Ω - mm, B值为4200。
[0030]实施例2:本实施例与实施例1中的组分相同，仅组分含量有不同:将Co304、Mn02、Cr203、Y203粉末按照比例(摩尔百分比)34%:60%:5%:1%进行混合形成过渡金属氧化物粉末。按照该配方，制备热敏电阻芯片，进而制得热敏电阻。制备过程同实施例1中相同，在此不重复说明。测得该实施例中热敏电阻的电阻率为3000 Ω.πιπι，Β值为4050。
[0031]实施例3:本实施例与实施例1中的组分相同，仅组分含量有不同:将Co304、Mn02、Cr203、Y203粉末按照比例(摩尔百分比)45%:45%:5%:5%进行混合形成过渡金属氧化物粉末。按照该配方，制备热敏电阻芯片，进而制得热敏电阻。制备过程同实施例1中相同，在此不重复说明。测得该实施例中热敏电阻的电阻率为2800 Ω.πιπι，Β值为4050。
[0032]实施例4:本实施例与实施例1中的组分相同，仅组分含量有不同:将Co304、Mn02、Cr203、Y203粉末按照比例(摩尔百分比)48%:30%:20%:2%进行混合形成过渡金属氧化物粉末。按照该配方，制备热敏电阻芯片，进而制得热敏电阻。制备过程同实施例1中相同，在此不重复说明。测得该 实施例中热敏电阻的电阻率为200000 Ω.πιπι，Β值为4700。
[0033]实施例5:本实施例的配方的组分中既包括Cr203，又包括Ti02，与实施例1中的组分和含量均有不同:将Co304、Mn02、Cr203、Ti02、Y203粉末按照比例(摩尔百分比)40%:35%:10%:10%:5%进行混合形成过渡金属氧化物粉末。按照该配方，制备热敏电阻芯片，进而制得热敏电阻。制备过程同实施例1中相同，在此不重复说明。测得该实施例中热敏电阻的电阻率为120000Ω._，Β值为4700。
[0034]实施例6:本实施例与实施例5中的组分和制备过程均相同，仅组分含量有不同:将 Co304、Mn02、Cr203、Ti02、Y203 粉末按照比例(摩尔百分比)40%:30%:15%:11%:4% 进行混合形成过渡金属氧化物粉末。测得该实施例中热敏电阻的电阻率为300000 Ω._，Β值为 4800。
[0035]实施例7:本实施例与实施例5中的组分和制备过程均相同，仅组分含量有不同:将 Co304、Mn02、Cr203、Ti02、Y203 粉末按照比例(摩尔百分比)45%:30%:15%:5%:5% 进行混合形成过渡金属氧化物粉末。测得该实施例中热敏电阻的电阻率为10000 Ω._，Β值为4100。
[0036]实施例8:本实施例与实施例5中的组分和制备过程均相同，仅组分含量有不同:将Co304、Mn02、Cr203、Ti02、Y203粉末按照比例(摩尔百分比)45%:40%:7%:5%:3%进行混合形成过渡金属氧化物粉末。测得该实施例中热敏电阻的电阻率为90000Ω._，Β值为4500。[0037]实施例9:本实施例的组分与实施例1中相同，但含量和制备过程有不同，金属氧化物粉末不是直接烧结制成热敏电阻芯片，而是通过流延工艺、生膜片压叠、烧结后制成热敏电阻芯片。
[0038](I)将 Co304、Mn02、Cr203、Y203 粉末按照比例(摩尔百分比)50%:40%:5%:5% 进行混合形成过渡金属氧化物粉末，再加入有机溶剂和粘合剂配制适合流延的浆料。其中，有机溶剂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。
[0039](2)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，制成约0.5mm厚度的生胚片,最后将生胚片切成1.6mmX0.8mmX0.5mm尺寸的半成品。
[0040](3)将切割好的半成品置放在氧化铝匣钵内在300°C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。其中，具体烧结温度为1200°C~1270°C，保持该烧结温度的时间在3~9小时之间。
[0041](4)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°C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轴。
[0042](5)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°C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，从而制得热敏电阻。制得的热敏电阻的结构也如图1所示。
[0043]随机抽取了按照上述方式制得的成品，对其性能进行测试，具体见表一。其中，R表示成品在25°C下的阻值，B25/50是采样成品在25°C和50°C两个温度下而计算出来的材料特性常数B值。
[0044]表一
[0045]
【权利要求】
1.一种负温度系数热敏电阻芯片，由过渡金属氧化物粉末烧结而成，其特征在于:所述过渡金属氧化物粉末包括如下含量的组分:按摩尔百分比计算，30%~70%的四氧化三钴Co3O4, 20%~60%的二氧化锰MnO2,大于O小于等于5%的三氧化二钇Y2O3, 5%~20%的三氧化二铬Cr2O3或二氧化钛TiO2，各组分的含量之和为100%。
2.一种负温度系数热敏电阻芯片，由过渡金属氧化物粉末烧结而成，其特征在于:所述过渡金属氧化物粉末包括如下含量的组分:按摩尔百分比计算，40%~60%的四氧化三钴Co3O4, 30%~50%的二氧化锰MnO2,大于O小于等于5%的三氧化二钇Y2O3, 5%~15%的三氧化二铬Cr2O3,以及5%~10%的二氧化钛TiO2，各组分的含量之和为100%。
3.一种负温度系数热敏电阻芯片的制备方法，其特征在于:包括以下步骤:(1)混合过渡金属氧化物制得金属氧化物粉末，所述过渡金属氧化物粉末的组分以及含量为权利要求1或者2中所述的过渡金属氧化物粉末；(2)将所述金属氧化物粉末烧结成所述热敏电阻芯片。
4.根据权利要求3所述的负温度系数热敏电阻芯片的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中烧结的温度为1200°C~1270°C，保持所述烧结温度的时间在3~9小时。
5.根据权利要求3所述的负温度系数热敏电阻芯片的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)具体包括如下步骤:将所述金属氧化物粉末与有机溶剂、粘合剂按照质量百分比为1: (1.0~1.4): (0.1~0.3)混合制成浆料；将所述浆料通过流延工艺制备成生膜片，将多层所述生膜片压叠在一起制成生胚片，将所述生胚片烧结制成所述热敏电阻芯片。
6.根据权利要求5所述的负温度系数热敏电阻芯片的制备方法，其特征在于:所述有机溶剂为醋酸丙酯和乙醇按质量百分比(0.5~1.5):(1.5~2.5)混合后得到的混合物。
7.根据权利要求 5所述的负温度系数热敏电阻芯片的制备方法，其特征在于:所述粘合剂为聚乙烯醇缩丁醛。
8.一种负温度系数热敏电阻，包括负温度系数热敏电阻芯片，玻璃保护层和电极，所述玻璃保护层环绕所述负温度系数热电阻芯片四周设置，所述电极设置在所述负温度系数热电阻芯片的两端；其特征在于:所述负温度系数热敏电阻芯片为权利要求1或者2所述的热敏电阻芯片。
9.一种负温度系数热敏电阻的制备方法，其特征在于:包括以下步骤:制备如权利要求I或者2所述的负温度系数热敏电阻芯片；在所述负温度系数热敏电阻芯片的除两端外的四周环绕一层含有玻璃粉的浆料，烧结所述玻璃粉浆料，制成玻璃保护层；在环绕有所述玻璃保护层的热敏电阻芯片的两端涂覆一层电极浆料，烧结所述电极浆料，制得所述热敏电阻。
【文档编号】C04B35/622GK103664141SQ201310706096
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2013年12月19日
【发明者】包汉青, 黄飞, 王军, 袁仲宁 申请人:深圳顺络电子股份有限公司