一种表面安装ZnO压敏电阻及其制备方法与流程

本发明涉及zno压敏电阻器及其制造方法，特别涉及一种适合表面贴装技术的贴片式zno压敏电阻及其制造方法。

背景技术：

zno压敏电阻器已大量用于电力电子线路中吸收或抑制异常过电压，保护电力电子设备免遭破坏。

随着电子产品向小型化、低成本、高性能、高可靠发展，表面安装技术(smt--surfacemounttechnology)已在电子产品制造业迅速普及。zno压敏电阻是电子产品必备元件，但是目前zno压敏电阻的片式化率很低，现有贴片式压敏电阻采用类似多层陶瓷电容器(mlcc)叠层工艺技术制造，这种技术的优势在于制造低压敏电压的压敏电阻。

zno压敏电阻更多用于较高电压回路，例如220vac和110vac工频电源回路通常采用压敏电压为390～680v和200～270v的压敏电阻进行防雷过压保护。

由于中高压zno压敏电阻采用的压敏陶瓷材料的压敏电压梯度介于100～300v/mm，如果采用叠层工艺制造较高电压压敏电阻，每个有效层厚度超过0.5mm，甚至超过1mm，有效层厚度越大，多层结构中每层有效面积就相应缩小，材料利用率低，造成单位体积吸收能量密度降低。

对于中高电压范围的压敏电阻器，普通单层压敏电阻比叠层工艺制备的多层贴片式压敏电阻具有电性能优势，但是现有单层压敏电阻普遍采用焊接引线、环氧树脂包封工艺，制造的压敏电阻器需要在电路板上插件安装。

技术实现要素：

为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供一种表面安装zno压敏电阻制备方法，该方法不同于现有叠层工艺贴片式压敏电阻制造方法，采用单层压敏陶瓷片，制造的贴片式压敏电阻器吸收能量密度大，制造成本低。

本发明还提供一种表面安装zno压敏电阻，采用单层压敏陶瓷片，吸收能量密度大，可用于中高电压回路，生产成本低。

本发明表面安装zno压敏电阻制备方法，包括以下步骤：

s1、制作zno压敏陶瓷片；

s2、在zno压敏陶瓷片两面印刷银电极浆料，然后进行烧结形成银电极，获得两面有银电极的zno压敏银片；

s3、在zno压敏银片的两面银电极的边缘制备一层绝缘材料，制成覆盖绝缘材料的zno压敏电阻片；

s4、制作金属电极片，金属电极片具有一凹陷位和位于凹陷位两侧的平底部分，凹陷位的底面与银电极焊接；

s5、在覆盖绝缘材料的zno压敏电阻片的一面银电极的中央印刷焊锡膏，将金属电极片凹陷位的中心对准焊锡膏印刷图案的中心位置，加热使焊锡膏融化形成焊锡层，金属电极片通过焊锡层与zno压敏电阻片焊接在一起。

优选地，步骤s3采用无机玻璃材料制备绝缘材料时，在zno压敏银片的两面银电极边缘印刷无机玻璃浆料，烤干后，烧结玻璃材料，获得覆盖无机玻璃材料的zno压敏电阻片；无机玻璃材料的烧结温度比步骤s2中银电极的烧结温度至少低20度。

优选地，步骤s3采用有机高分子材料制备绝缘材料时，在zno压敏银片的两面银电极边缘印刷有机高分子油墨，印刷一面后经紫外光固化，然后印刷第二面再经紫外光固化，获得覆盖有机高分子材料的zno压敏电阻片。

本发明表面安装zno压敏电阻，包括单层压敏陶瓷片、印制在压敏陶瓷片两面的银电极、印制在银电极边缘的环形绝缘材料以及金属电极片；所述金属电极片具有一凹陷位和位于凹陷位两侧的平底部分，凹陷位的底面与银电极焊接，凹陷位两侧的平底部分等效，单独或共同作为zno压敏电阻的一极焊接端；环形绝缘材料的宽度覆盖银电极边缘线内外各不少于0.5mm。环形绝缘材料的外环线最大可达到压敏陶瓷片的边缘。

现有技术制备的zno压敏电阻片，焊接引线后如果不采用有机材料包封，对其施加脉冲电流时，由于银电极边缘电场强度大于内部，并且暴露在空气中的半导性zno陶瓷表面容易在高电场下发生电离，因此承受大电流脉冲时，zno压敏电阻片边缘和侧面会发生飞弧闪络现象。采用本发明方法，银电极边缘覆盖一层紧密结合的绝缘材料，使得在承受脉冲时电场强度较为集中的银电极边缘与空气隔绝，银电极边缘到容易发生表面电离的半导性zno陶瓷表面至少有0.5mm的距离，覆盖有绝缘材料的zno陶瓷表面电击穿强度比暴露在空气中的zno陶瓷表面电击穿强度大得多。

因此，采用上述本发明方法制作的zno压敏电阻片制造zno压敏电阻器，即使不采用有机材料包封，对所制造的压敏电阻器施加脉冲电流或脉冲电压，本发明zno压敏电阻片的边缘和侧面也不会发生飞弧或闪络，并且经过多次脉冲后，附着在zno压敏电阻片边缘的绝缘覆盖材料与压敏陶瓷片仍然结合紧密。采用本发明技术制造zno压敏电阻可以免包封，既可降低产品制造成本，又可缩小产品体积。当然，采用本发明技术制造zno压敏电阻也可以采用树脂包封，当产品承受多次脉冲后，包封材料整体膨胀导致包封层与zno压敏电阻片之间形成间隙，而采用本发明制备的环形绝缘覆盖材料与陶瓷体和银电极面接触紧密，不易发生剥离现象，可以避免发生电阻片边缘飞弧闪络，从而提高产品可靠性。

此外，本发明贴片式zno压敏电阻器适用于表面安装技术(smt--surfacemounttechnology)，对称结构设计方便贴片机吸取、定位和放置。

附图说明

图1为本发明zno压敏电阻器一种实施例的结构示意图；

图2为图1的a-a剖切图；

图3为本发明zno压敏电阻器另一实施例的结构示意图；

图4为图3的b-b剖切图。

具体实施方式

下面通过实施例及说明书附图对本发明作进一步具体的描述，但本发明的实施方式不限于此。

参见图1、2，本发明表面安装zno压敏电阻，包括单层压敏陶瓷片1、印制在压敏陶瓷片1两面的银电极2、印制在银电极2边缘的绝缘覆盖材料3以及金属电极片4，所述金属电极片4通过焊锡层5与银电极2焊接。

其中，金属电极片4由一金属片冲压成形，具有一凹陷位和位于凹陷位两侧的平底部分，凹陷位的底面与银电极2焊接，凹陷位的侧面与整个压敏陶瓷片1具有一定的空隙；两平底部分等效，可单独或共同作为本发明zno压敏电阻的一极焊接端。而压敏陶瓷片1可以为圆片形，也可以为方片形，方片形的压敏电阻结构如图3、4所示。绝缘覆盖材料3可采用无机玻璃材料或者有机高分子材料。

在本发明zno压敏电阻片的最优实施例中，无论压敏陶瓷片1为圆片形还是方片形，印制在其两面的银电极2的边缘均与压敏陶瓷片1的边缘存在一定的距离，即银电极的印制面积小于压敏陶瓷片的面积，银电极的边缘与压敏陶瓷片的边缘之间存在空隙。绝缘材料3印制在银电极边缘上，向内延伸至银电极上，向外延伸至银电极边缘与压敏陶瓷片边缘之间的空隙。绝缘材料3的宽度覆盖银电极边缘线内外各不少于0.5mm，即覆盖在银电极上的宽度不少于0.5mm，覆盖在压敏陶瓷片上的宽度也不少于0.5mm，外环最大可达到zno压敏陶瓷片的边缘，即外环最大可覆盖前述银电极边缘与压敏陶瓷片边缘之间的空隙的全部。

下面举例详细描述本发明压敏电阻的制备方法。

实施例1

在本实施例中，zno压敏银片的外形采用圆片形，绝缘覆盖材料采用无机玻璃，制备方法具体包括如下步骤：

s11、采用现有技术制作圆片形zno压敏陶瓷片1，直径为10mm，厚度为2.4mm。

s12、采用丝网印刷工艺在上述制作的zno压敏陶瓷片两面印刷银电极浆料，两面印刷图案同为直径7.5mm的圆形，印刷一面后烤干，印刷第二面再烤干，烘烤温度为150℃；两面都印刷银电极浆料后，将之放入网带式隧道炉烧结银电极，网带式隧道炉内最高温度可选580℃，由此获得两面有银电极2的zno压敏银片。

s13、在所述zno压敏银片的两面银电极2边缘印刷无机玻璃浆料，印刷图案为圆环形，圆环内径6.0mm，圆环外径9.0mm，印刷一面后烤干，印刷第二面再烤干，烘烤温度为150℃；两面都印刷环形玻璃浆料、烤干后，将之放入网带式隧道炉烧结玻璃绝缘覆盖材料，网带式隧道炉内最高温度可选530℃，由此获得覆盖环形绝缘材料3的zno压敏电阻片。

印刷无机玻璃浆料时，应当使环形玻璃绝缘覆盖材料覆盖zno压敏银片的银电极边缘，并且环形玻璃绝缘覆盖材料的宽度至少保证覆盖银电极边缘线内外各不少于0.5mm；环形玻璃绝缘覆盖材料可以选择面积最大的，其外环可达到压敏陶瓷片1的边缘。

本步骤采用无机玻璃材料制作环形绝缘覆盖材料可采用丝网印刷工艺；当无机玻璃浆料经高温烧结制备成环形绝缘覆盖材料时，所采用玻璃材料的烧结温度应比银电极烧结温度至少低20度，以防止银电极与无机玻璃材料扩散互溶。

s14、制作金属电极片4。金属电极片4需具有可焊性，可以采用金属铜片冲压成形，也可以采用其他金属材料冲压成形后进行可焊性处理，金属电极片4外形见图1。

s15、在覆盖环形绝缘材料3的zno压敏电阻片的一面银电极2中央印刷焊锡膏，焊锡膏的印刷图案为直径5.5mm的圆形，将金属电极片4凹面中心对准所印刷锡膏图案中心位置，加热使焊锡膏融化形成焊锡层5，金属电极片4通过焊锡层5与zno压敏电阻片焊接在一起，至此制成可用于表面安装技术的贴片式zno压敏电阻器。

本发明zno压敏电阻的金属电极片4两端平底部分等效，可单独或共同作为本发明zno压敏电阻的一极焊接端，没有焊接金属电极片的zno压敏电阻的另一面作为本发明zno压敏电阻的另一极焊接端。

制备好压敏电阻之后，测试小电流特性：用顶针夹持夹具测试本发明贴片式zno压敏电阻器的压敏三参数：压敏电压、漏电流、非线性系数。

将本发明贴片式zno压敏电阻器焊接在对应尺寸线路板焊盘上，对应焊接两条引出导线用于脉冲测试。采用组合波脉冲发生设备(开路电压波为1.2/50μs波形，短路电流波为8/20μs波形，源阻抗为2欧姆)测试本发明贴片式zno压敏电阻器样品脉冲性能，设定开路电压波峰值/短路电流波峰值为4kv/2ka，脉冲施加次数设定为25次，两次脉冲之间的时间间隔为60秒。经过25次脉冲试验后，本实施例贴片式zno压敏电阻器样品外观完好，测试脉冲试验后压敏三参数，与脉冲试验前对比，压敏电压变化率在±5％以内。

实施例2

本实施例采用有机高分子材料制作覆盖环形绝缘材料3，具体采用紫外光固化环氧丙烯酸树脂，采用丝网印刷法，印刷图案为圆环形，圆环内径6.0mm，圆环外径9.0mm，印刷一面后经紫外光固化5分钟，印刷第二面再经紫外光固化5分钟，由此获得覆盖环形绝缘材料3的zno压敏电阻片。

本实施例其他制作步骤及测试方法与实施例1相同。

经过25次脉冲试验后，本实施例贴片式zno压敏电阻器样品外观完好，测试脉冲试验后压敏三参数，与脉冲试验前对比，压敏电压变化率在±5％以内。

实施例3

本实施例制作的zno压敏银片为方片形，尺寸为9.0*9.0*2.0mm，方形银电极2的尺寸为7.0*7.0mm。

本实施例采用无机玻璃材料制作覆盖环形绝缘材料3，玻璃浆料印刷图案为方环形，内环尺寸为6.0*6.0mm，外环尺寸为8.5*8.5mm。

本实施例其他制作步骤及测试方法与实施例1相同。

经过25次脉冲试验后，本实施例贴片式zno压敏电阻器样品外观完好，测试脉冲试验后压敏三参数，与脉冲试验前对比，压敏电压变化在±5％以内。

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。