一种复合电极结构的氧化锌压敏电阻器的制造方法
【专利摘要】一种复合电极结构的氧化锌压敏电阻器，包括氧化锌压敏电阻器的本体和引线端子。所述的氧化锌压敏电阻器本体包括有薄片状氧化锌介质芯片及在其正反两面由不同金属依次溅射而成的多层内电极，其中一种金属为铜镍合金，通过一种金属对其他金属薄层的弥合强化与位错蓬盖效应，增强了磁控溅射工艺下氧化锌压敏电阻器电极层的致密度，解决了溅射法工艺下氧化锌压敏电阻器电极尚未达到安全电极厚度即出现电极疏松、裂纹的问题，实现了氧化锌压敏电阻器的电极溅射至安全厚度后仍保持致密，避免了强行溅射至安全厚度后因结构疏松导致的电极剥离等问题，提高了氧化锌压敏电阻器的安全性、可靠性，使磁控溅射工艺规模化生产氧化锌压敏电阻器成为现实。
【专利说明】—种复合电极结构的氧化锌压敏电阻器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种氧化锌压敏电阻器，尤其涉及一种内电极是由多层金属薄膜复合叠加形成的氧化锌压敏电阻器。
【背景技术】
[0002]压敏电阻器作为一种非线性电阻元件，以其优良的瞬态电压抑制性能广泛应用于IC及各种电子设备的电路保护，防止因静电、浪涌或其它瞬态电流(如雷击)对设备造成的损坏。传统的氧化锌压敏电阻器内电极材料是价格昂贵的银。若应用环境恶劣、极端情况下，迁移性极强的银离子扩散到压敏电阻器内部会导致压敏电阻漏电流增大，在压敏电阻表面和内部形成逐渐延伸的导电枝杈，导致压敏电阻绝缘性能下降、使用寿命缩短。作为导电性仅次于银的金属，铜以其迁移性不强、低成本、良好的可焊性等优点成为银电极的替代首选。目前，业内正积极探索铜电极氧化锌压敏电阻器的规模化生产工艺，在现有的铜电极压敏电阻器生产方法中，磁控溅射法具有低成本、静态电参数优良、环境友好的优势。此方法在靶材平行平面布置电磁场，以提高荷能粒子产生的效率，提升溅射速度。其基本原理是使用经电场加速的荷能粒子轰击靶材表面，溅射出的大量中性靶材分子会在基片上沉积成膜，形成电极。磁控溅射法无需经过金属融化过程，溅射前后氧化锌基体温升不大，能耗很低。且生产过程为物理方法，工艺控制简单，产品一致性很好，易于实现规模化生产，但磁控溅射生产的铜电极氧化锌压敏电阻器存在电极表面疏松的问题。
[0003]氧化锌压敏电阻器对电极厚度有严格要求，压敏电阻器导通瞬态电流时急剧发热，如电极厚度过薄，大电流导致的发热会造成电极层烧蚀，烧蚀区域呈放射状，由电极与引线焊接部位指向电极边缘，一般会导致环氧包封层揭盖、引线脱落，露出氧化锌基底，严重时甚至导致压敏炸裂。一般的氧化锌压敏电阻器的电极层厚度都是微米级，按通流要求不同，直径20_及以上片径的压敏电阻器的电极需大于6微米，一般的防雷型压敏电阻器电极厚度也需大于3微米，而一般磁控溅射法的制备的铜电极厚度小于I微米，在此厚度下可保证薄膜致密均匀。为取得较厚的电极层，延长溅射时间时，难以避免出现空位、位错等结构缺陷，随着溅射的进行，铜电极的结构缺陷被成倍放大并延伸至表面，导致铜电极加厚之后结构疏松，严重的甚至出现脱皮、裂纹，造成压敏通流性能不良。为保证磁控溅射法生产的铜电极氧化锌压敏的可靠性，如何增强电极强度，提高电极厚度成为业内必须解决的问题。
实用新型内容
[0004]本实用新型需解决的技术问题是提供一种在磁控溅射工艺下生产的，安全性和可靠性好的氧化锌压敏电阻器，它可以实现内电极在高厚度下仍致密均匀，满足溅射工艺下压敏电阻器的通流能力要求。
[0005]采用的技术方案如下:一种复合电极结构的氧化锌压敏电阻器，其包括有氧化锌压敏电阻器的本体和引线端子。所述的引线端子是用焊锡层焊接在本体电极外侧的引线，由第一引线和第二引线组成。所述的氧化锌压敏电阻器本体包括有薄片状氧化锌芯片及在其正反两面依次溅射多层铬、铜镍合金及单层铜而成的内电极，氧化锌压敏电阻器的外表设有保护本体的环氧树脂包封层。所述的内电极是按铬-铜镍合金-铬-铜镍合金的顺序依次溅射到氧化锌基体上的，最终在电极表面溅射一层铜而成的。电极层中与氧化锌接触的是铬金属层，位于电极层外表面的是铜金属层。
[0006]进一步的，在上述多层电极结构的氧化锌压敏电阻器中，所述的氧化锌芯片是圆片、矩形片、椭圆片的一种。
[0007]进一步的，在所述多层电极结构中，溅射层数可选择的范围为4-20层。单层铜镍合金层的厚度范围为0.3微米_1_5微米，单层铬层的厚度范围为0.01微米-0.3微米，表面铜层的厚度范围为0.5微米-1.5微米。
[0008]氧化锌为六角纤锌矿结构、铜为立方面心结构，二者晶格失配明显，直接溅射时，将在衬底与外延层产生大量的失配位错，位错延伸至外延层表面，并随着溅射进程逐渐放大，最终导致铜层外部位错密度增大。本实用新型以铬作为溅射缓冲层，铬的化学性质活泼，沉积状态下可与氧化锌形成部分化学键合，二者具有良好的附着力。同时，铬与铜也具有良好的结合能，铬少量固溶入铜中形成的铜铬合金早已被大量使用，处于铜层与氧化锌间的铬层可起到缓冲晶格失配的作用。相比于氧化锌直接溅射铜层，铬层与铜层的晶格匹配更好，在铬层上溅射铜层，可有效减少界面位错，延长了铜层的可溅射厚度。
[0009]金属薄膜的生长基本都是核生长型，其特点是衬底上的沉积原子首先凝聚成核，后续飞来的沉积原子不断聚集在核附近，形成多个不断长大的小岛，相邻小岛彼此接触并结合，最终形成连续的薄膜。在铜层中的位错区域，电极层会出现强度不足、塑性形变的情况，溅射粒子是通过将自身能量传递给衬底完成吸附的，塑性形变过程吸收能量导致粒子沉积能量降低，附着力变差，同时位错扩大，以上因素导致位错区域溅射后的膜层结构趋向疏松，附着力变差，后续以此区域为衬底的溅射会进一步加剧这一趋势，最终导致膜层致密性变差，无法达到安全电极厚度。
[0010]铬层与铜层相互渗入，弥散入铜层的铬还起增强电极强度的作用，铜与铬的结合能较高，铜层位错对其沉积影响较小，在铜层间引入铬层后，铬起到粘合剂的作用，对疏松的铜层黏合加固，提高了铜层的强度，可显著减小位错区域的塑性形变，此外，铬的成膜能力较好，溅射后的铬膜可实现对原有铜层位错的蓬盖，后续溅射的铜是以铬为衬底进行的沉积，受原有的铜位错区域影响很小。铜层间的铬膜通过塑性强化、蓬盖位错的方式，限制了溅射过程中铜电极位错缺陷的生长，保证了铜电极可溅射至安全厚度。
[0011 ] 作为进一步的改进，将电极中的铜替换为铜镍合金，铜镍之间可无限固溶，具有更好的硬度，强度，其形成的单一合金相与铬的匹配性更好。此外，考虑到外层金属需具备良好的可焊锡能力，电极外层为铜电极。由此形成了本实用新型的电极结构。
[0012]本实用新型对照现有技术的有益效果是，本实用新型采用多层金属薄膜的电极结构，有效增强了溅射工艺下氧化锌压敏电阻器电极层的致密度，保证了电极层厚度能达到氧化锌压敏电阻器要求的安全厚度，避免了强行溅射至安全厚度后因结构疏松导致的电极脱皮等问题，从而提高了磁控溅射法生产的氧化锌压敏电阻器的安全性、可靠性，使磁控溅射工艺规模化生产氧化锌压敏电阻器成为现实。【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型一种复合电极结构的氧化锌压敏电阻器的结构示意图。
[0014]图2是本实用新型氧化锌本体的侧视图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图详细说明本实用新型的【具体实施方式】:
[0016]实施例1，如附图1所示，本实用新型涉及的一种复合电极结构的氧化锌压敏电阻器，用于电路中的瞬态电压抑制，其包括有氧化锌压敏电阻器的本体和引线端子，所述的氧化锌压敏电阻器的本体包括有薄片状氧化锌介质芯片001及在其正反两面依次溅射多层铬、铜镍合金及单层铜而成的内电极002。在图1中，所述的氧化锌介质芯片是圆片状，它也可以是方片、椭圆片中的一种。所述的引线端子由两根引线004组成，依靠焊锡层003分别焊接在两个电极002的外侧。氧化锌压敏电阻器外表设有保护本体的环氧树脂层005。如附图2所示，内电极002是按照铬006-铜镍合金007-铬006-铜008的顺序溅射在氧化锌芯片001上而得的，铬层006与氧化锌芯片001直接接触，铜层008位于电极002最外层。所述的内电极002由铬006、铜镍合金007和铜008共计4层金属薄膜构成。所述铬层厚度为0.06微米，所述铜镍合金层厚度为1.5微米，所述铜层厚度为1.5微米。
[0017]实施例2，本实施例中，多层电极结构氧化锌压敏电阻器于实施例1的区别在于:所述的内电极002由铬006、铜镍合金007和铜008共计8层薄膜构成。所述铬层厚度为
0.02微米，所述铜镍合金层厚度为0.8微米，所述铜层厚度为I微米。
[0018]实施例3，本实施例中，多层电极结构氧化锌压敏电阻器于实施例1的区别在于:所述的内电极002由铬006、铜镍合金007和铜008共计10层薄膜构成。所述铬层厚度为
0.01微米，所述铜镍合金层厚度为0.7微米，所述铜层厚度为0.8微米。
[0019]以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型的保护范围并不以上述实施方式为限。
【权利要求】
1.一种复合电极结构的氧化锌压敏电阻器，其包括有氧化锌压敏电阻器的本体和引线端子，其特征在于，所述的引线端子是用焊锡层焊接在本体电极外侧的引线，由第一引线和第二引线组成，所述的氧化锌压敏电阻器的本体包括有薄片状氧化锌芯片及在其正反两面依次溅射多层铬、铜镍合金及单层铜而成的内电极，氧化锌压敏电阻器的外表设有保护本体的环氧树脂包封层，所述的内电极是用铬、铜镍合金在薄片状氧化锌芯片上按照铬-铜镍合金-铬-铜镍合金的顺序依次溅射，并最终在表面溅射一层铜而成的，与氧化锌直接接触的金属薄层是铬，位于内电极外表面的金属薄层是铜。
2.根据权利要求1所述的一种复合电极结构的氧化锌压敏电阻器，其特征在于，所述的薄片状氧化锌芯片可以是圆片、矩形片、椭圆片中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种复合电极结构的氧化锌压敏电阻器，其特征在于，所述的内电极中金属薄层的总层数范围为4-20层。
4.根据权利要求1所述的一种复合电极结构的氧化锌压敏电阻器，其特征在于，所述的内电极中铬层的厚度范围为0.01微米-0.3微米。
5.根据权利要求1所述的一种复合电极结构的氧化锌压敏电阻器，其特征在于，所述的内电极中铜镍合金层的厚度范围为0.3微米-1.5微米。
6.根据权利要求1所述的一种复合电极结构的氧化锌压敏电阻器，其特征在于，所述的内电极中表面铜层的厚度范围为0.5微米-1.5微米。
【文档编号】H01C7/10GK203617055SQ201320591222
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年9月17日 优先权日:2013年9月17日
【发明者】李伟力, 徐晓, 方弋, 阙华昌, 崔雪萍, 李国正, 田文飞, 张清华 申请人:昆山萬豐電子有限公司