一种新型电极电子组件及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种新型电极电子组件及制备方法，包含陶瓷基体及陶瓷基体下端的引脚，所述的引脚与陶瓷基体表面附着的新型电极层相连接，所述的新型电极层为单层贱金属或合金的喷涂层，替代传统贵金属银电极，为了贱金属喷涂层与陶瓷表面欧姆接触，并形成很好的附着力，陶瓷表面需作预处理。本发明可以在保证原有产品电气特性前提下，可以达到以下目的：1、降低传统丝网印刷贵金属银电极元素耗用；2、避开传统丝网印刷工艺的有机溶剂挥发和热分解造成的环境污染；3、新型电极与陶瓷基体的欧姆接触更佳，使电子组件电气特性得到提升。
【专利说明】一种新型电极电子组件及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子组件领域，尤其是一种新型电极电子组件及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 压敏电阻以氧化锌粉末为主材，掺杂氧化铋，氧化锑，氧化锰等晶界元素，经干压 成型后，高温烧成为带有压敏特性的陶瓷。
[0003] 传统的压敏电阻导电电极一般采用丝网印刷工艺形成，在陶瓷芯片上附着含银 60?80%的有机银浆，经过600?900°C高温烧渗后，电极层一般要求在6?15um的厚度 以保证焊接工艺以及产品信赖性。工艺存在如下缺点和不足：
[0004] 1、银浆中含有大量有害物质，制造工艺会产生严重污染环境；
[0005] 2、生产成本高，需要耗费大量贵重的银。一般行业内为达到压敏电阻承受较大突 波电压冲击的能力，不得不采用加厚银层的方式，银层厚度一般都在15um以上！
[0006] 银电极型压敏电阻缺点：
[0007] 1、结合力差，银与陶瓷属不匹配结合，主要靠银浆中玻璃态物质渗透到陶瓷晶界 来提高结合力，附着力不佳，欧姆接触电阻大；
[0008] 2、膜层不耐无铅焊料溶蚀---高温下焊锡极易溶蚀银层。无铅焊锡工艺焊接生产 的产品，长时间通电后，Ag电极被焊锡侵蚀以及电极附着力降低甚至脱离，为移动设备（如 汽车）等使用此类压敏电阻产生安全隐患。
[0009] 为了降低压敏电阻的制造成本，申请号为201310177249. 5,发明名称为"一种电子 陶瓷组件的卑金属复合电极及其制备方法"，公开了多层热喷涂贱金属的工艺，此工艺所制 作卑金属复合电极型压敏电阻缺点是，喷涂材料与陶瓷只是表面物理吸附，金属材料与陶 瓷基体界面阻抗高，高放电电流易在界面产生高热量，冲击后失效模式均为电极与陶瓷体 分离，对产品的长期应用可靠性带来风险。
【发明内容】
[0010] 本发明要解决的技术问题是：提出一种新型电极电子组件及其制备方法，解决喷 涂金属电极层与陶瓷基体欧姆接触，结合力不佳的问题。
[0011] 本发明所采用的技术方案为：一种新型电极电子组件，包括陶瓷基体以及设置在 陶瓷基体下端的引脚，所述的陶瓷基体与引脚的外部包裹有绝缘层，所述的引脚连接电极 层，所述的陶瓷基体与电机层之间具有预处理层；所述的电极层为单层贱金属或合金的喷 涂层；由锌，铜，锡，镍中的一种或几种元素合金的贱金属组成，电极层的厚度为5?20 μ m ; 所述的预处理层为镍，钒，铬，铝，锌中的一种或几种元素合金的贱金属；所述的预处理层的 厚度为〇. 1?〇. 5 μ m。预处理层目的是为了增加欧姆接触特性与附着力。
[0012] 而制备上述新型电极电子组件的方法，包括陶瓷基体表面预处理工艺及电极制备 工艺；
[0013] 所述的陶瓷基体表面预处理工艺包括以下步骤：
[0014] 1)对陶瓷基体表面进行清洁处理；
[0015] 2)将清洁后的陶瓷基体嵌入与基体形状接近的镂空治具中，露出待溅镀形状；所 述的待溅镀形状由所需电极形状而定；
[0016] 3)将载有陶瓷基体的治具放入工件架，置入溅镀腔体，溅镀设备开始抽真空，真空 度为2?8*10-2Mpa ;充入氩气，氩气流量为45?50ml/s ;
[0017] 4)设定溅射靶的功率，开启溅镀，10?30分钟完成整个溅镀过程；
[0018] 所述的电极制备工艺包括以下步骤：
[0019] 1)将已预处理过的陶瓷体置入连续式电弧或火焰喷涂机的工件架中；
[0020] 2)喷涂机为隧道连续式，可直接喷涂陶瓷体双面，并设置多任务工位的喷头，每个 喷头喷所需材料的一种或合金；
[0021] 3)设定各工位喷涂电压为20?35V，喷涂电流为100?200A，喷涂气压为0. 5Mpa ; 喷涂时间为2?5秒钟，喷涂厚度为5?10 μ m。
[0022] 本发明所述的陶瓷基体表面预处理工艺的步骤2)中镂空治具材质由铝材、不锈 钢或其他耐高温的高分子材料制作而成。
[0023] 本发明所述的陶瓷基体表面预处理工艺的步骤3)中，真空磁控溅镀设备为单炉、 双门或连续腔体溅镀设备；真空磁控溅镀设备所用靶材为平面靶或柱形靶。
[0024] 本发明在电极层施作前对陶瓷芯片作真空金属溅镀之预处理程序，预处理层为陶 瓷芯片在电极层加工前为增加与电极层结合力之工艺程序，此预处理金属层不为电极层组 成。电极形状根据陶瓷组件形状，不局限于电极的任何形状；电子组件形状可方形，圆形，椭 圆型，管型，柱型，锥型等；电子组件为压敏，气敏，PTC热敏，NTC热敏，压电陶瓷，陶瓷电容 等电子组件。
[0025] 本发明的有益效果是：1、降低传统丝网印刷贵金属银电极元素耗用；2、避开传统 丝网印刷工艺的有机溶剂挥发和热分解造成的环境污染；3、新型电极与陶瓷基体的欧姆接 触更佳，使电子组件电气特性得到提升。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0027] 图1是本发明的结构示意图；
[0028] 图2是本发明的工艺总流程图；
[0029] 图3是预处理溅射工艺原理图；
[0030] 图4(a)_(b)是预处理溅射层与传统丝网印刷电极SEM对比分析图；
[0031] 图中：1、陶瓷基体；3、引脚；4、绝缘层；22、电极层；21、预处理层。
【具体实施方式】
[0032] 现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的 示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0033] 如图1所示的一种电子组件，以压敏电阻为例，工艺流程如图2,含有配料，喷雾造 粒，干压成型，烧成陶瓷，陶瓷表面金属预处理，电极喷涂，焊接，绝缘材料包封、固化。
[0034] 陶瓷基体1的表面需金属预处理21，采用的是镍，银，铬，错，锌中的一种或几种元 素材料，预处理工艺原理图如图3所示，将瓷片摇上掩膜治具，然后将治具放入溅镀室工件 架，设定各靶功率与镀膜时间，开始抽真空，充入惰性气体，约10?30分钟，完成真空磁控 溅镀0. 1?0. 5um的预处理层。此几种元素材料可以与陶瓷基体完美契合，形成欧姆接触， 方阻极小，减少受浪涌电流冲击的热量释放，同时具有优良的抗焊锡侵蚀特性，使得焊接成 品后，避免实际应用中焊锡的侵蚀，从而延长老化寿命；
[0035] 电极的喷涂是在预处理21上喷涂电极层22,电极层采用的材料由锌，铜，锡，镍中 的一种或几种元素合金组成，通过双面同时电弧喷涂或火焰喷涂而成。工件架通过隧道连 续喷涂室，按照各工位的参数设置，约5?10S内完成。
[0036] 将新型电极与引脚焊接，焊接品经环氧树脂进行绝缘包封，测试电气特性。
[0037] 以压敏电阻为例，此类电极的压敏电阻耐组合波冲击能力提升50%。常规压敏电 阻为满足大能量瞬间冲击的目的，一般采用较厚电极（Ag)层来分散电流密度，一般厚度达 到16um以上！本发明提供的压敏电阻结构含有预处理层，起到欧姆接触、过度/隔离焊锡 侵蚀的作用，厚度仅在l〇um以下！相较传统银电极更加致密，预处理层微观分析比传统单 层（膜厚约10?15um)丝网印刷银电极更致密，孔隙更小，对比图如图4所示。可使压敏 电阻耐受6KV/3KA耦合最大连续交流工作电压，90。相角上冲击至失效（间隔60秒）的能 力，从传统银电极压敏电阻的50次，提升至新电极结构压敏电阻的100?120次！提升了 200%。
[0038] 以上说明书中描述的只是本发明的【具体实施方式】，各种举例说明不对本发明的实 质内容构成限制，所属【技术领域】的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体 实施方式做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。
【权利要求】
1. 一种新型电极电子组件，包括陶瓷基体以及设置在陶瓷基体下端的引脚，所述的陶 瓷基体与引脚的外部包裹有绝缘层，其特征在于：所述的引脚连接电极层，所述的陶瓷基体 与电极层之间具有预处理层；所述的电极层为单层贱金属或合金的喷涂层；由锌，铜，锡， 镍中的一种或几种元素合金的贱金属组成，电极层的厚度为5?20 μ m ;所述的预处理层为 镍，钒，铬，铝，锌中的一种或几种元素合金的贱金属。
2. 如权利要求1所述的一种新型电极电子组件，其特征在于：所述的预处理层的厚度 为 0· 1 ?0· 5 μ m。
3. -种如权利要求1所述的新型电极电子组件的制备方法，其特征在于包括陶瓷基体 表面预处理工艺及电极制备工艺； 所述的陶瓷基体表面预处理工艺包括以下步骤： 1) 对陶瓷基体表面进行清洁处理； 2) 将清洁后的陶瓷基体嵌入与基体形状接近的镂空治具中，露出待溅镀形状；所述的 待溅镀形状由所需电极形状而定； 3) 将载有陶瓷基体的治具放入工件架，置入溅镀腔体，溅镀设备开始抽真空，真空度为 2?8*10-2Mpa ;充入氩气，氩气流量为45?50ml/s ; 4) 设定溅射靶的功率，开启溅镀，10?30分钟完成整个溅镀过程； 所述的电极制备工艺包括以下步骤： 1) 将已预处理过的陶瓷体置入连续式电弧或火焰喷涂机的工件架中； 2) 喷涂机为隧道连续式，可直接喷涂陶瓷体双面，并设置多任务工位的喷头，每个喷头 喷所需材料的一种或合金； 3) 设定各工位喷涂电压为20?35V，喷涂电流为100?200A，喷涂气压为0. 5Mpa ;喷 涂时间为2?5秒钟，喷涂厚度为5?10 μ m。
4. 如权利要求3所述的一种新型电极电子组件的制备方法，其特征在于：所述的陶瓷 基体表面预处理工艺的步骤2)中镂空治具材质由铝材、不锈钢或其他耐高温的高分子材 料制作而成。
5. 如权利要求3所述的一种新型电极电子组件的制备方法，其特征在于：所述的陶瓷 基体表面预处理工艺的步骤3)中，真空磁控溅镀设备为单炉、双门或连续腔体溅镀设备； 真空磁控溅镀设备所用靶材为平面靶或柱形靶。
【文档编号】H01C1/142GK104143400SQ201410375413
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2014年7月31日
【发明者】徐勋, 黄任亨, 贾志伟 申请人:兴勤（常州）电子有限公司