專利名稱：長壽命防爆型壓敏電阻器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種壓敏電阻器。
背景技術：
壓敏電阻器作為一種浪涌保護元件廣泛地應用于各種電子設備中，在使用中發(fā)現(xiàn)，當外界浪涌能量超過壓敏電阻的耐受能力時，壓敏電阻會被擊穿短路。在實際電路中，壓敏電阻往往是跨接在電源的火線和零線之間，短路時瞬間能量很大，擊穿損壞處會產(chǎn)生局部高溫，可能會將壓敏陶瓷基片外面裹封的絕緣防潮裹封層(通常以環(huán)氧樹脂等有機材料為主要材料)引燃，嚴重時有可能導致空調等電器設備起火。
針對這一安全隱患，已經(jīng)有一些技術措施被用以防止起火事故的發(fā)生。例如，本申請的發(fā)明人曾在中國實用新型專利ZL200420033754.9號中公開了一種具有滅弧阻燃功能的壓敏電阻器，該壓敏電阻器具有殼體和包封在殼體內的壓敏電阻主體，所述壓敏電阻主體由壓敏陶瓷基片和將壓敏陶瓷基片包封的絕緣裹封層構成，在所述壓敏陶瓷基片的表面設置有兩個分離的內電極，在壓敏電阻主體上設置有第一引出電極和第二引出電極，所述第一引出電極和第二引出電極的一端分別與所述壓敏陶瓷基片表面的兩個內電極導電連接，所述第一引出電極和第二引出電極的另一端穿出絕緣裹封層并延伸至絕緣殼體之外，其特征是所述殼體的內壁與壓敏電阻主體的外壁之間具有間隙并構成密閉的粉末容納腔，在所述粉末容納腔內充填有絕緣不燃粉末并構成將壓敏電阻主體包裹的絕緣不燃粉末層。該專利給出的技術方案極其簡單卻又行之有效，它解決了長期以來在壓敏電阻器制造領域存在的技術難題，產(chǎn)品的制造成本增加不多，可以有效地防止由于弧光放電引起的電器燃燒事故，且能夠緩解高熱向外殼的傳遞，減輕瓷體炸裂生成的破壞，用戶也能夠方便地使之與現(xiàn)有電路板配套使用。另外，在上述專利中，還給出了在殼體的殼壁上設置氣孔的進一步改進方案，以便在壓敏電阻擊穿短路時及時釋放殼體內生成的高熱氣體，這樣，即使采用較薄或強度較低的殼體，也能夠盡量避免殼體在壓敏電阻擊穿短路時出現(xiàn)炸裂，從而有利于降低產(chǎn)品的制作成本。
上述專利所給出的技術方案雖然具有諸多優(yōu)點，但是，近期的研究表明，還可以對上述專利的技術方案進行優(yōu)化，從而可以進一步地延長產(chǎn)品的壽命。
實用新型內容本實用新型的目的是對上述現(xiàn)有產(chǎn)品的結構進行改進，以便提供一種長壽命防爆型壓敏電阻器。
為了達到上述實用新型目的，我們對現(xiàn)有壓敏電阻器的結構、影響使用壽命的因素及解決方案進行了研究。通過大量的實驗，我們發(fā)現(xiàn)壓敏電阻在浪涌的沖擊下產(chǎn)生的過熱現(xiàn)象是造成壓敏電阻主體損壞的主要原因，這也是影響壓敏電阻壽命的主要原因。實驗結果表明，現(xiàn)有的由環(huán)氧樹脂包封的瓷片直徑為14毫米的普通壓敏電阻器大約在60次3KA、脈沖寬度為20微秒的浪涌電流的沖擊下就會發(fā)生損壞，如果將上述普通壓敏電阻器置入充填有石英砂的殼體內，讓石英砂將該普通壓敏電阻器包裹，亦即構成與上述ZL200420033754.9號專利中公開的具有滅弧阻燃功能的壓敏電阻器相同的結構，則由于石英砂能夠較快地吸收壓敏電阻器在受到浪涌沖擊時產(chǎn)生的熱量，起到了散熱器的功能，相應可以明顯地提高壓敏電阻器耐受浪涌沖擊的能力，進而延長壓敏電阻器的使用壽命。
受上述實驗結果的啟發(fā)，我們認為，如果對ZL200420033754.9號專利公開的具有滅弧阻燃功能的壓敏電阻器進行再次改進，在制作壓敏電阻主體時，盡量減薄包封在壓敏陶瓷基片外部的絕緣裹封層(如環(huán)氧樹脂裹封層)的厚度，或者更進一步地采用易于傳熱的絕緣裹封材料(如有機硅樹脂或有機硅漆、絕緣清漆等)來充當絕緣裹封層，讓壓敏電阻在受到浪涌沖擊時產(chǎn)生的熱量盡可能迅速地向石英砂等絕緣不燃粉末傳導，則會更為有效地提高壓敏電阻器耐受浪涌沖擊的能力，延長壓敏電阻器的使用壽命。附帶說明一下，由于壓敏電阻主體有了絕緣不燃粉末層和殼體的防護，采用較薄或強度稍低的絕緣裹封層是可行的，這一技術措施并不會對壓敏電阻主體的安全性造成不利影響。
接下來的實驗證實了我們的分析，當采用易于傳熱的有機硅樹脂或有機硅漆作為絕緣裹封層時，或將環(huán)氧樹脂裹封層制作得較薄時(相對于現(xiàn)有產(chǎn)品而言)，都可以大大提高壓敏電阻器耐受浪涌沖擊的能力。
但由此引發(fā)了一個新的問題在采用易于傳熱的有機硅樹脂或有機硅漆作為絕緣裹封層時，或將環(huán)氧樹脂裹封層制作得較薄時，產(chǎn)品的抗潮濕性能會下降，即外部的濕汽會從殼體的殼壁上設置的氣孔進入殼體之內，并穿過較薄或抗潮性能較差(但傳熱性能較好)的絕緣裹封層，造成壓敏電阻器電性能受潮劣化，這也會縮短產(chǎn)品的使用壽命。當然，如果不在殼體上設置氣孔，就可以避免濕汽進入殼體，提高產(chǎn)品的防潮性能，但這又違背了ZL200420033754.9號專利方案的初衷，不能在壓敏電阻擊穿短路時及時釋放殼體內生成的高熱氣體，避免殼體在壓敏電阻擊穿短路時出現(xiàn)炸裂。因此，延長產(chǎn)品壽命和防止產(chǎn)品炸裂在技術處理上似乎是相互矛盾的，從而構成了一個技術難題。
針對這一新的技術問題，我們提出了這樣一種技術方案在殼體的排氣口處設置可在高壓氣體沖擊下開啟的排氣口封堵結構，從而能夠在常態(tài)下使排氣口處于封閉狀態(tài)，避免濕氣從排氣口進入殼體內部，提高產(chǎn)品的防潮性能。在非常態(tài)下(即壓敏電阻被擊穿短路時)，上述排氣口封堵結構會在高壓氣體沖擊下及時開啟泄壓，仍然可以避免殼體在壓敏電阻擊穿短路時出現(xiàn)炸裂。
具體來說，本實用新型的壓敏電阻器具有殼體和盛裝在殼體內的壓敏電阻主體，所述壓敏電阻主體由壓敏陶瓷基片和將壓敏陶瓷基片包封的絕緣裹封層構成，在所述壓敏陶瓷基片的表面設置有兩個分離的內電極，在壓敏電阻主體上設置有第一引出電極和第二引出電極，所述第一引出電極的一端和第二引出電極的一端分別與所述壓敏陶瓷基片表面的兩個內電極導電連接，所述第一引出電極的另一端和第二引出電極的另一端穿出絕緣裹封層并延伸至殼體之外，所述殼體的內壁與壓敏電阻主體的外壁之間具有間隙并構成粉末容納腔，在所述粉末容納腔內充填有絕緣不燃粉末并構成將壓敏電阻主體包裹的絕緣不燃粉末層，在所述殼體上設置使粉末容納腔與殼體外部相連通的排氣口，其特征是在所述排氣口處設置有可在高壓氣體沖擊下開啟的排氣口封堵結構。
在本實用新型中，上述排氣口封堵結構可為封堵片或小型的泄壓閥結構等等。在實際制作產(chǎn)品時，上述排氣口封堵結構開啟壓力的設定可根據(jù)產(chǎn)品的具體要求而定，只要在產(chǎn)品出現(xiàn)擊穿短路時能夠自動開啟，排放殼體內產(chǎn)生的氣體即可，其泄壓排氣的機理與現(xiàn)有的壓力鍋相類似。
從簡化產(chǎn)品結構、降低產(chǎn)品造價的角度考慮，本實用新型推薦采用封堵片作為上述排氣口封堵結構。所采用的封堵片可以是粘貼在殼體上并將排氣口封堵的封堵片(如鋁箔片、塑料薄膜等等)，也可以是周邊與排氣口的內壁固定連接并將排氣口封堵的封堵片。
在采用周邊與排氣口的內壁固定連接并將排氣口封堵的封堵片這一結構形式時，該封堵片可以與殼體同材質，也可以不同材質。當二者采用相同材質時，上述封堵片可以直接在制作殼體時形成。較為簡便易行的方案有二方案一在殼體上預設一個(或數(shù)個)環(huán)狀的薄弱部，如環(huán)狀溝槽或由多個斷點狀凹坑并排列成環(huán)狀的環(huán)狀凹坑組，該環(huán)狀薄弱部之內圈圍的殼體部分即構成上述封堵片，同時，封堵片所在的部位也即構成預留的排氣口。在此結構中，可以變通地視為是封堵片的周邊與排氣口的內壁固定連接并將排氣口封堵。當受到高壓氣體沖擊時，上述環(huán)狀薄弱部破裂，由環(huán)狀薄弱部圈圍的封堵片全部或部分脫離殼體，使排氣口開啟。
方案二在殼體上預設一個(或數(shù)個)塊狀的薄弱區(qū)域，如塊狀的凹坑，且該塊狀凹坑部位的殼體極薄，該塊狀薄弱部所圈圍的殼體部分即構成上述封堵片，同時，封堵片所在的部位也即構成預留的排氣口。在此結構中，也可以變通地視為是封堵片的周邊與排氣口的內壁固定連接并將排氣口封堵。在受到高壓氣體沖擊時，上述塊狀薄弱部會出現(xiàn)破裂，從而使排氣口開啟。
在本實用新型中，所述絕緣裹封層可以是有機硅樹脂構成的裹封層或有機硅漆構成的裹封層、酚醛樹脂構成的裹封層、絕緣清漆構成的裹封層、環(huán)氧樹脂構成的裹封層等等。
從傳熱效果較好的角度考慮，本實用新型特別推薦采用有機硅樹脂構成的裹封層，所說的有機硅樹脂可以直接采用現(xiàn)有的市售產(chǎn)品或按現(xiàn)有的制造方法進行配制，如中國實用新型專利85103446號給出的耐高溫有機硅樹脂的制造方法等等。
在本實用新型中，所說的絕緣不燃粉末的粒徑通常較小，實際上，也可以將其稱之為絕緣不燃顆粒。
在本實用新型中，上述絕緣不燃粉末的粒徑不會受到殼體排氣口口徑的限制。也就是說即使絕緣不燃粉末的粒徑小于殼體排氣口的口徑，但由于殼體排氣口在常態(tài)下處于封閉狀態(tài)，因此絕緣不燃粉末也不會向外泄漏。所以，在實用新型中，除可以采用石英砂或云母粉、氧化鋁粉等充當上述絕緣不燃粉末之外，還可以采用粒徑較小但阻燃效果更好的粉狀無機阻燃劑，如氫氧化鋁粉末或氫氧化鎂粉末等等，進而可以起到更好的阻燃效果。當采用上述氫氧化鋁粉末或氫氧化鎂粉末等粉狀無機阻燃劑時，一旦壓敏電阻主體短路并產(chǎn)生局部高溫，與壓敏電阻主體的外壁相接觸的粉狀無機阻燃劑就會受熱分解并釋放出水，所釋放出的水會在高溫下蒸發(fā)為水蒸汽，再由殼體排氣口向外排出，與此同時，壓敏電阻主體的溫度也會由此而下降，從而起到更好的阻燃效果。當然，也還可以從傳熱的角度考慮，選取傳熱效果較好的絕緣不燃粉末。
另外，從降低產(chǎn)品制作成本等角度考慮，上述絕緣不燃粉末仍然以采用原料來源廣泛、價廉且阻燃及吸熱效果均佳的石英砂較好。
在本實用新型中，上述絕緣不燃粉末可以填滿整個粉末容納腔，但也可以不填滿整個粉末容納腔。
本實用新型具有如下優(yōu)點本實用新型的改進方案極其簡單卻又行之有效，它既能通過對絕緣裹封層的材質及厚度的選取來加快壓敏電阻主體的熱量釋放速度，提高壓敏電阻器耐受浪涌沖擊的能力，進而延長壓敏電阻器的使用壽命，又不會因絕緣裹封層的材質及厚度的變化而削弱產(chǎn)品的防潮能力，同時，還保留了現(xiàn)有專利產(chǎn)品的防爆性能。經(jīng)實際驗證，當采用傳熱性能較好(但抗潮性能較差)的有機硅樹脂構成上述絕緣裹封層，并采用石英砂構成絕緣不燃粉末層時，瓷片直徑為14毫米的壓敏電阻器耐受3KA浪涌電流沖擊的次數(shù)可以達到200次左右，即為現(xiàn)有同類產(chǎn)品的3倍以上，從而大大延長了產(chǎn)品的使用壽命。另外，與現(xiàn)有產(chǎn)品的敞開式排氣口結構相比較，由于本產(chǎn)品中設置有使殼體內腔完全密閉的排氣口封堵結構(實驗中所采用的封堵片是粘貼在殼體上并將排氣口封堵的鋁箔片)，產(chǎn)品的防潮性能并沒有被削弱，甚至有所增強；在壓敏電阻器被擊穿短路時，上述排氣口封堵結構會在高壓氣體的作用下迅速開啟，不會出現(xiàn)殼體炸裂的現(xiàn)象。在采用本實用新型的技術方案之后，產(chǎn)品的制造成本增加并不多。而且，在常態(tài)下，所設置的排氣口封堵結構將排氣口完全封閉，因此本實用新型的技術方案還可以產(chǎn)生以下意想不到的技術效果a、可以防止絕緣不燃粉末從排氣口向外泄漏，避免絕緣不燃粉末對電路板造成粉塵污染，這一點對于某些精密電器尤其重要；b、對絕緣裹封層的材質選取不會受到防潮性能的限制，絕緣裹封層的選材范圍被進一步擴寬，相應可以優(yōu)選傳熱性能更好的裹封材料；c、所采用的絕緣不燃粉末的粒徑也不會受到排氣口口徑的限制，相應地可以采用粒徑較小但阻燃效果更好的粉狀無機阻燃劑，進而可以起到更好的阻燃效果；
d、當在殼體上開設上述排氣口時，排氣口的形狀及大小、方位均不再受到限制，這也有利于產(chǎn)品的制作；而在制作前述現(xiàn)有產(chǎn)品時，必須適當選擇排氣口的孔徑和絕緣不燃粉末層中的粉末粒徑，使粉末既不會從處于敞開狀態(tài)的排氣口漏出，又不會對排氣口造成堵塞。
本實用新型的內容結合以下實施例作更進一步的說明，但本實用新型的內容不僅限于實施例中所涉及的內容。


圖1是實施例1中壓敏電阻器的結構示意圖。
圖2是圖1的A-A剖視圖。
圖3是圖1的俯視圖。
圖4是圖1的B-B剖視圖。
圖5是實施例2中壓敏電阻器的結構示意圖。
圖6是圖5的C-C剖視圖。
圖7是圖5的俯視圖。
圖8是圖5的D-D剖視圖。
圖9是圖5中壓敏電阻器的封堵片被高壓氣體沖掉而形成排氣口的結構示意圖。
圖10是實施例3中壓敏電阻器的結構示意圖。
圖11是圖10的E-E剖視圖。
圖12是圖10的F-F剖視圖。
圖13是實施例4中壓敏電阻器的結構示意圖。
圖14是圖13的G-G剖視圖。
圖15是圖13的俯視圖。
圖16是圖13的H-H剖視圖。
圖17是圖13中壓敏電阻器的封堵片被高壓氣體沖掉而形成排氣口的結構示意圖。
圖18是實施例5中壓敏電阻器的結構示意圖。
圖19是圖18的K-K剖視圖。
具體實施方式
實施例1如圖1～4所示，本實施例中的壓敏電阻器具有殼體1和盛裝在殼體1內的壓敏電阻主體2，所述壓敏電阻主體2由壓敏陶瓷基片3和將壓敏陶瓷基片包封的絕緣裹封層4構成，在所述壓敏陶瓷基片3的表面設置有兩個分離的內電極5、6，在壓敏電阻主體2上設置有第一引出電極7和第二引出電極8，所述第一引出電極7的一端和第二引出電極8的一端分別與所述壓敏陶瓷基片表面的兩個內電極5、6導電連接，所述第一引出電極7的另一端和第二引出電極8的另一端穿出絕緣裹封層4并延伸至殼體1之外，所述殼體1的內壁與壓敏電阻主體2的外壁之間具有間隙并構成粉末容納腔，在所述粉末容納腔內充填有絕緣不燃粉末并構成將壓敏電阻主體包裹的絕緣不燃粉末層9，在所述殼體1上設置使粉末容納腔與殼體外部相連通的排氣口10，其特征是在所述排氣口10處設置有可在高壓氣體沖擊下開啟的排氣口封堵結構。
在本實施例中，上述排氣口封堵結構為粘貼在殼體上并將排氣口10封堵的封堵片11(本例中的封堵片11為鋁箔片)。同時，上述絕緣裹封層4是由有機硅樹脂構成的裹封層。上述絕緣不燃粉末層9為石英砂構成的石英砂層。
實施例2如圖5～8所示，本實施例中的壓敏電阻器與實施例1相似，所不同的是，在本實施例中，所述排氣口封堵結構為周邊與排氣口的內壁固定連接并將排氣口封堵的封堵片12。本實施例在殼體1上預設了一個環(huán)狀的薄弱部，即環(huán)狀溝槽13，該環(huán)狀溝槽13之內圈圍的殼體部分即構成上述封堵片12，同時，封堵片12所在的部位也即構成了預留的排氣口10(參見圖9)。在此結構中，可以變通地視為是封堵片12的周邊與排氣口10的內壁固定連接并將排氣口10封堵。如圖9所示，當受到高壓氣體沖擊時，上述環(huán)狀薄弱部破裂，由環(huán)狀溝槽13圈圍的封堵片12全部或部分脫離殼體，使排氣口10開啟。此外，上述環(huán)狀溝槽13也可以由多個排列成封閉環(huán)狀的點狀凹坑構成(即構成虛線狀的環(huán)狀凹坑組)。
本實施例中的絕緣裹封層4是由環(huán)氧樹脂構成的裹封層。所述絕緣不燃粉末層9為氫氧化鋁粉末構成的氫氧化鋁粉末層。
在本實施例中，上述環(huán)狀溝槽13朝向殼體外部。
實施例3如圖10～12所示，本實施例中的壓敏電阻器與實施例2相似，所不同的是，在本實施例中，上述環(huán)狀溝槽13朝向殼體內部。
實施例4如圖13～16所示，本實施例中的壓敏電阻器與實施例2相似，即排氣口封堵結構為周邊與排氣口的內壁固定連接并將排氣口封堵的封堵片12。所不同的是，在本實施例中，在殼體1上預設一個(或數(shù)個)塊狀的薄弱區(qū)域，如塊狀的凹坑14，且該塊狀凹坑部位的殼體極薄，該塊狀薄弱部所圈圍的殼體部分即構成上述封堵片12，同時，封堵片所在的部位也即構成預留的排氣口10(參見圖17)。在此結構中，也可以變通地視為是封堵片12的周邊與排氣口10的內壁固定連接并將排氣口10封堵。如圖17所示，在受到高壓氣體沖擊時，上述塊狀薄弱部會出現(xiàn)破裂，從而使排氣口10開啟。
本實施例中的絕緣裹封層4是由環(huán)氧樹脂構成的裹封層。所述絕緣不燃粉末層9為氫氧化鎂粉末構成的氫氧化鎂粉末層。
在本實施例中，上述塊狀的凹坑14朝向殼體外部。
實施例5如圖18、19所示，本實施例中的壓敏電阻器與實施例4相似，所不同的是，在本實施例中，上述塊狀的凹坑14朝向殼體內部。
權利要求1.一種長壽命防爆型壓敏電阻器，具有殼體和盛裝在殼體內的壓敏電阻主體，所述壓敏電阻主體由壓敏陶瓷基片和將壓敏陶瓷基片包封的絕緣裹封層構成，在所述壓敏陶瓷基片的表面設置有兩個分離的內電極，在壓敏電阻主體上設置有第一引出電極和第二引出電極，所述第一引出電極的一端和第二引出電極的一端分別與所述壓敏陶瓷基片表面的兩個內電極導電連接，所述第一引出電極的另一端和第二引出電極的另一端穿出絕緣裹封層并延伸至殼體之外，所述殼體的內壁與壓敏電阻主體的外壁之間具有間隙并構成粉末容納腔，在所述粉末容納腔內充填有絕緣不燃粉末并構成將壓敏電阻主體包裹的絕緣不燃粉末層，在所述殼體上設置有使粉末容納腔與殼體外部相連通的排氣口，其特征是在所述排氣口處設置有可在高壓氣體沖擊下開啟的排氣口封堵結構。
2.如權利要求1所述的壓敏電阻器，其特征是所述排氣口封堵結構為粘貼在殼體上并將排氣口封堵的封堵片。
3.如權利要求1所述的壓敏電阻器，其特征是所述排氣口封堵結構為周邊與排氣口的內壁固定連接并將排氣口封堵的封堵片。
4.如權利要求1所述的壓敏電阻器，其特征是所述絕緣裹封層是由有機硅樹脂構成的裹封層。
5.如權利要求1或2或3或4所述的壓敏電阻器，其特征是所述絕緣不燃粉末層為石英砂構成的石英砂層。
6.如權利要求1或2或3或4所述的壓敏電阻器，其特征是所述絕緣不燃粉末層為氫氧化鋁粉末構成的氫氧化鋁粉末層。
7.如權利要求1或2或3或4所述的壓敏電阻器，其特征是所述絕緣不燃粉末層為氫氧化鎂粉末構成的氫氧化鎂粉末層。
專利摘要本實用新型涉及一種壓敏電阻器。本壓敏電阻器具有殼體和盛裝在殼體內的壓敏電阻主體，所述殼體的內壁與壓敏電阻主體的外壁之間具有間隙并構成粉末容納腔，在所述粉末容納腔內充填有絕緣不燃粉末并構成將壓敏電阻主體包裹的絕緣不燃粉末層，在所述殼體上設置使粉末容納腔與殼體外部相連通的排氣口，其特征是在所述排氣口處設置有可在高壓氣體沖擊下開啟的排氣口封堵結構。本實用新型的改進方案既能提高壓敏電阻器耐受浪涌沖擊的能力，進而延長壓敏電阻器的使用壽命，又不會因絕緣裹封層的材質及厚度的變化而削弱產(chǎn)品的防潮能力，同時，還保留了產(chǎn)品的防爆性能。
文檔編號H01C1/02GK2867539SQ20062003276
公開日2007年2月7日 申請日期2006年1月11日 優(yōu)先權日2006年1月11日
發(fā)明者李炬, 敬履偉, 譚宜成 申請人:成都鐵達電子有限責任公司