本發(fā)明涉及壓敏電阻制造領(lǐng)域，尤其指一種成型過程中同步預(yù)制凹形電極區(qū)的壓敏電阻器及制造工藝。

背景技術(shù)：

壓敏電阻器由于其良好的電壓限制特性，從弱電系統(tǒng)到強(qiáng)電系統(tǒng)，從靜電防護(hù)、SPD閥片到避雷器、從線路防浪涌到電機(jī)滅磁能量吸收得到廣泛的應(yīng)用。其抑制電壓導(dǎo)通時(shí)，接近短路，故其雙電極重合大小類似導(dǎo)線線徑，直接決定產(chǎn)品的通流能力。

考慮到電極厚度影響電流擴(kuò)散和載流能力，電子陶瓷中常用的表面金屬化方法，電鍍和蒸發(fā)因鍍層薄，不適合大電流的沖擊。故壓敏電阻器通常采用印刷漿料、濺射、熱噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂電極成型工藝，這些表面金屬化方法，均需要有掩膜遮蔽陶瓷基體以確定電極位置和面積大小。比如印刷漿料法，需要預(yù)制定位板和絲網(wǎng)，在金屬板上開定位孔、陶瓷基體依靠定位板確定電極大概位置，再通過絲網(wǎng)偏移來重合定位，由絲網(wǎng)印刷面積確認(rèn)大小。比如濺射和噴涂，通過預(yù)制掩模板和中心電極孔來確定電極位置和電極大小。但因粉末制造過程中的添加劑的均勻性、顆粒級配、環(huán)境溫度、濕度、堆積角、成型壓力、排膠溫度、燒成溫度的波動，成瓷后的產(chǎn)品有1-2％的尺寸波動性，譬如20D產(chǎn)品，同一批次直徑偏差即達(dá)到±0.15mm。故在批量化生產(chǎn)時(shí)，上述方法即便采用造價(jià)不菲的精確定位工裝治具，依靠定位孔與陶瓷基體邊緣接觸方式定位，根本上無法克服電極偏心的問題。對于避雷器閥片，采用人工逐個(gè)安裝橡膠套遮蔽的方法，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，也存在橡膠套老化變形封閉不嚴(yán)實(shí)時(shí)導(dǎo)致的偏心或電極邊緣溢出問題。

為解決掩膜板對壓敏陶瓷基體的遮蔽問題，專利ZL201420466952.8，提出采用彈簧將壓敏基體頂緊在掩膜板的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)厚度存在差異的陶瓷基體全部貼緊掩膜板，避免厚度差異導(dǎo)致的空隙，但對電極對中的問題未能解決。陶瓷基體排入掩膜板定位孔后，依靠定位孔邊沿定位，當(dāng)陶瓷基體尺寸適當(dāng)時(shí)，陶瓷基體中心與電極孔中心重合，則濺射后電極位于陶瓷基體中心，當(dāng)陶瓷基體尺寸有差異時(shí)，陶瓷基體中心在定位孔中出現(xiàn)對應(yīng)的偏移，最終導(dǎo)致電極偏心。

電極偏心不僅導(dǎo)致壓敏電阻器通流能力下降，容易出現(xiàn)側(cè)閃，嚴(yán)重時(shí)甚至電極偏移至陶瓷基體側(cè)面，直接導(dǎo)通。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種壓敏電阻器制造方法,以解決上述問題，通過在成型過程中同步預(yù)制電極區(qū),利用濺射或噴涂金屬微粒飛散沉積的原理，可保證電極精確定位于設(shè)計(jì)位置，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)性能的提升，并可縮小產(chǎn)品體積，實(shí)現(xiàn)小型化，降低產(chǎn)品跨弧放電風(fēng)險(xiǎn)，提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)的自由度，降低了對配套掩膜工裝精度要求，易于批量化生產(chǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種壓敏電阻器，包括有引出端、絕緣層、電極層和陶瓷基體，所述的陶瓷基體為圓形、方形、橢圓形、多邊形的一種，所述陶瓷基體的上下底面各有一預(yù)制凹形電極區(qū)，預(yù)制凹形電極區(qū)的底面平行于其所在的陶瓷基體底面，預(yù)制凹形電極區(qū)的底面為圓形、橢圓形、矩形、圓角矩形、帶圓角的多邊形的一種，預(yù)制凹形電極區(qū)的深度為0.04mm——50mm，預(yù)制凹形電極區(qū)底面的總面積占電極總面積的50％——99％，電極層位于預(yù)制凹形電極區(qū)中的陶瓷基體表面，電極層上設(shè)有引出端，絕緣層全部或部分包裹陶瓷基體、電極層、引出端。

所述壓敏電阻器的制備過程包括，壓敏電阻器陶瓷基體制備、陶瓷基體電極化，連接引出端、絕緣層涂覆、標(biāo)識打印、測試，其制造的具體工藝過程如下：

1)壓敏電阻器陶瓷粉料制備，氧化鋅材料作為主體粉料，在攪拌罐內(nèi)球磨至所需粒度后，將水、分散劑加入攪拌罐，攪拌后形成均勻的漿料，將添加劑如氧化鉍、氧化錳、氧化鎳、氧化鉻、氧化鈷、氧化鋁等的一種或幾種，按配方球磨分散后加入攪拌罐，與氧化鋅漿料混合攪拌，混合均勻后，將預(yù)先制備的PVA溶液及消泡劑加入攪拌罐，混合均勻，并過濾粗顆粒及意外混入的雜質(zhì)，噴霧造粒，控制出料水分，粒度比例，形成陶瓷粉料。

2)壓敏電阻器生片沖壓成型，陶瓷粉料注入合金模具中，通過傳動，使上下模具相對移動，經(jīng)排氣、保壓，將松散的陶瓷粉末壓制為具有一定形狀和強(qiáng)度的壓敏電阻器生片，成型模具采用凸形結(jié)構(gòu)，制備后生片的凹形區(qū)域?yàn)轭A(yù)制的電極區(qū)。

3)生片燒結(jié)，生片排缽后放入匣缽，為保持燒成時(shí)的氣氛，匣缽內(nèi)鋪設(shè)燒成后的陶瓷粉末，生片裝缽后敞口進(jìn)入排膠爐，排除有機(jī)粘合劑后蓋緊匣缽，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)成瓷。

4)清洗、烘干，壓敏電阻器陶瓷基體出缽后表面粘結(jié)匣缽內(nèi)墊料，經(jīng)水洗、烘干后，進(jìn)入下一工序。

5)掩膜板選取，傳統(tǒng)壓敏電阻器濺射、噴涂工藝中，掩膜板的電極孔內(nèi)側(cè)與陶瓷基體表面貼合，電極孔尺寸與最終濺射后電極尺寸一致，電極孔位置與濺射后電極位置重合，若片徑不匹配，則偏向，本工藝采用將陶瓷基體預(yù)制凹形電極區(qū)制作為電極區(qū)的方法，掩膜板電極孔尺寸小于最終電極尺寸的形式，掩膜板覆蓋陶瓷基體后，電極孔對位陶瓷基體預(yù)制凹形電極區(qū)，電極孔面積小于預(yù)制凹形電極區(qū)面積，陶瓷基體預(yù)制電極區(qū)外的區(qū)域及部分預(yù)制凹形區(qū)被掩膜板遮蓋。

6)濺射或噴涂電極，采用濺射或噴涂方法并配合相應(yīng)掩膜板，在掩膜板電極孔與陶瓷基體預(yù)制凹形電極區(qū)形成的瓶狀空腔內(nèi)，濺射或噴涂電極層，利用濺射或噴涂金屬飛散沉積的特點(diǎn)，使預(yù)制凹形電極區(qū)內(nèi)充分濺射或噴涂電極，且無需考慮對中問題，作為進(jìn)一步改進(jìn)，如避雷器用閥片，可通過平面磨去除邊緣高臺或毛刺，得到更均勻的電極。

7)連接引出端，在電極上通過金屬引線焊接、導(dǎo)電螺栓固定、導(dǎo)電膠粘貼、甚至直接連接其他電子元件導(dǎo)電層等方式，在壓敏電阻器電極層上連接引出端。

8)涂覆絕緣層，將連接引出端后的壓敏電阻器涂覆絕緣層。

9)標(biāo)識打印、測試，壓敏電阻器絕緣層上打印標(biāo)識，按國家標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品進(jìn)行各項(xiàng)測試。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

濺射工藝中利用電極材料各方向飄散沉積的特性，對空腔進(jìn)行金屬化的方式已存在，其空腔屬于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中固有存在的，但對壓敏電阻器制備來說，常規(guī)壓敏電阻器表面是不存在凹形區(qū)域的，本發(fā)明在成型時(shí)同步預(yù)制了凹形的電極區(qū)，配合小面積電極孔的掩膜板形成空腔，可實(shí)現(xiàn)陶瓷基體凹形區(qū)域內(nèi)的電極沉積，電極尺寸與凹形區(qū)域內(nèi)的陶瓷基體面積相同，從而完成預(yù)制電極區(qū)的電極化，實(shí)現(xiàn)電極的精確定位，并保證即使陶瓷基體直徑出現(xiàn)差異，只要掩膜板電極孔能夠與陶瓷基體凹形區(qū)域形成空腔，即可實(shí)現(xiàn)電極自動成型于預(yù)制的凹形電極區(qū)內(nèi)，且易于實(shí)現(xiàn)壓敏電阻器的批量濺射或噴涂工藝生產(chǎn)，可大大減少排版檢查、外觀檢查的工作量，避免邊緣溢出的廢品，有益于提高生產(chǎn)效率。無需加工精確的定位工裝治具，可極大地節(jié)約生產(chǎn)成本。

因電極可精確定位，故可以盡可能地?cái)U(kuò)大電極，增加壓敏電器的通流能力，大電流沖擊時(shí)，電流熱效應(yīng)更均勻。

在壓敏電阻器的制程與試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，陶瓷本體均勻、無明顯缺陷點(diǎn)的壓敏電阻器通流失效時(shí)，一般表現(xiàn)為電極邊緣熔孔或陶瓷本體邊緣跨弧，此時(shí)如繼續(xù)追加通流測試，壓敏電阻器本體將炸裂，壓敏電阻器這一失效模式的主要原因是電極的邊緣效應(yīng)，即電極邊緣處電場強(qiáng)度強(qiáng)于電極內(nèi)部，大電流沖擊時(shí)，電極邊緣的陶瓷本體流經(jīng)的電流密度大于電極內(nèi)部區(qū)域，導(dǎo)致電極邊緣擊穿，其產(chǎn)生原因?yàn)殡姌O帶電時(shí)，電荷互相排斥，當(dāng)電極面積無窮大時(shí)，各電荷受力狀態(tài)視為相同，電荷間距相同，場強(qiáng)分布均勻，當(dāng)電極面積有限時(shí)，電極內(nèi)部區(qū)域的電荷受到各方向斥力，合力較小，但在電極邊緣，電荷受到其他電極內(nèi)部區(qū)域電荷的共同斥力，受力更強(qiáng)，因此電極邊緣區(qū)域的電荷趨向縮短間距，達(dá)到受力平衡，這種在有限電極邊緣電荷密度增大的現(xiàn)象，二維上被稱為邊緣效應(yīng)，在三維上表現(xiàn)為尖端放電。壓敏電阻器在電極邊緣的電場線密集，其方向大致為由一側(cè)電極邊緣沿圓弧形指向另一側(cè)電極邊緣，采用凹形結(jié)構(gòu)后，電極邊緣的陶瓷基體厚度高于電極中心，電極邊緣間距增大，可有效減小電極間沿陶瓷基體表面跨弧的風(fēng)險(xiǎn)，此外電極邊緣厚度增加等效于單位厚度電場強(qiáng)度減小，縮小了電極邊緣與電極內(nèi)部的場強(qiáng)差異，可減弱邊緣效應(yīng)造成的失效風(fēng)險(xiǎn)。壓敏電阻器多次通流沖擊時(shí)，失效原因一般為通流熱膨脹造成微裂隙并隨通流次數(shù)增加微裂隙擴(kuò)散炸片、多次通流后包封料膨脹陶瓷基體表面絕緣強(qiáng)度降低進(jìn)而邊緣跨弧兩種，陶瓷基體預(yù)制預(yù)制凹形電極區(qū)的設(shè)計(jì)，可有效減小表面跨弧風(fēng)險(xiǎn)，此外，電極邊緣陶瓷基體加厚，增加了陶瓷基體的強(qiáng)度，可有效減少通流發(fā)熱時(shí)造成的微裂紋。實(shí)踐驗(yàn)證，陶瓷基體采用預(yù)制凹形電極區(qū)結(jié)構(gòu)后，耐多次通流能力有了極大提升。本發(fā)明在產(chǎn)品通流性能有較大提高的前提下，如有需要，可進(jìn)一步縮小電極面積，減少壓敏電阻器尺寸，使產(chǎn)品通流性能與業(yè)內(nèi)產(chǎn)品性能接近，有利與節(jié)約材料成本、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的進(jìn)一步小型化。

壓敏電阻器在生產(chǎn)過程中，生片成型后，生片各區(qū)域密度并不一致，一般生片邊緣直角轉(zhuǎn)折處較脆弱，極易在排版中碰撞脫落，造成燒結(jié)后瓷片缺角，進(jìn)而電極間沿陶瓷基體表面距離縮短，通流性能下降，業(yè)內(nèi)一般采用生片邊緣倒角的方法解決這一問題，倒角后壓制的生片，排氣順暢，保壓時(shí)間長，生片邊緣密度提升，易于防止缺角，傳統(tǒng)方式電極化時(shí)，易因電極偏移，印刷或噴涂電極時(shí)擴(kuò)散蔓延至倒角處造成跨弧問題，采用本發(fā)明的預(yù)制凹形電極區(qū)結(jié)構(gòu)后，電極定位精準(zhǔn)，無電極溢出問題，可完全配合倒角結(jié)構(gòu)，有利與提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)的自由度，此外，即使不使用倒角結(jié)構(gòu)，加厚的生片邊緣也有利與減少缺角潛在的絕緣距離不足，通流失效的風(fēng)險(xiǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種壓敏電阻器的正視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明一種壓敏電阻器的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明一種壓敏電阻器的陶瓷基體側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖

圖4是本發(fā)明一種壓敏電阻器陶瓷基體覆蓋掩膜板后的側(cè)視結(jié)構(gòu)濺射示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)一步說明：

實(shí)施例1，參見附圖1、2、3所示，本發(fā)明涉及的一種壓敏電阻器,其包括引出端001、絕緣層002、電極層003和陶瓷基體004，所述的陶瓷介電基體004為圓形，陶瓷基體004的上下底面401、402各有一預(yù)制凹形電極區(qū)411、412，預(yù)制凹形電極區(qū)411的底面421平行于其所在陶瓷基體004的底面401，預(yù)制凹形電極區(qū)412的底面422平行于其所在陶瓷基體004的底面402，預(yù)制凹形電極區(qū)411的底面421、預(yù)制凹形電極區(qū)412的底面422均為圓形，預(yù)制凹形電極區(qū)411、預(yù)制凹形電極區(qū)412的深度為10mm，預(yù)制凹形電極區(qū)411的底面421面積與預(yù)凹形電極區(qū)412的底面422面積之和為電極層003總面積的95％，預(yù)制凹形電極區(qū)411、412為電極區(qū)，電極層003位于預(yù)制凹形電極區(qū)411、412中的陶瓷基體表面，電極層003上設(shè)有引出端001，絕緣層002全部包裹陶瓷基體004、電極層002，部分包裹引出端001。

上述壓敏電阻器的制備過程包括壓敏電阻器陶瓷基體制備、陶瓷基體電極化，連接引出端、絕緣層涂覆、標(biāo)識打印、測試，其制造的具體工藝過程如下：

1)壓敏電阻器陶瓷粉料制備，氧化鋅材料作為主體粉料，在攪拌罐內(nèi)球磨至所需粒度后，將水、分散劑加入攪拌罐，攪拌后形成均勻的漿料，將添加劑如氧化鉍、氧化錳、氧化鎳、氧化鉻、氧化鈷、氧化鋁等的一種或幾種，按配方球磨分散后加入攪拌罐，與氧化鋅漿料混合攪拌，混合均勻后，將預(yù)先制備的PVA溶液及消泡劑加入攪拌罐，混合均勻，并過濾粗顆粒及意外混入的雜質(zhì)，噴霧造粒，控制出料水分，粒度比例，形成陶瓷粉料。

2)壓敏電阻器生片沖壓成型，陶瓷粉料注入合金模具中，通過傳動，使上下模具相對移動，經(jīng)排氣、保壓，將松散的陶瓷粉末壓制為具有一定形狀和強(qiáng)度的壓敏電阻器生片，成型模具采用凸形結(jié)構(gòu)，制備后生片的凹形區(qū)域?yàn)轭A(yù)制的電極區(qū)。

3)生片燒結(jié)，生片排缽后放入匣缽，為保持燒成時(shí)的氣氛，匣缽內(nèi)鋪設(shè)燒成后的陶瓷粉末，生片裝缽后敞口進(jìn)入排膠爐，排除有機(jī)粘合劑后蓋緊匣缽，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)成瓷。

4)清洗、烘干，壓敏電阻器陶瓷基體出缽后表面粘結(jié)匣缽內(nèi)墊料，經(jīng)水洗、烘干后，進(jìn)入下一工序。

5)掩膜板選取，參見附圖1、4所示，掩膜板電極孔501尺寸小于最終電極的尺寸，掩膜板005覆蓋陶瓷基體004后，電極孔501對位陶瓷基體004預(yù)制凹形電極區(qū)411，電極孔501面積小于預(yù)制凹形電極區(qū)411面積，陶瓷基體預(yù)制電極區(qū)外的區(qū)域及部分預(yù)制凹形電極區(qū)411被掩膜板遮蓋，濺射時(shí)電極材料502進(jìn)入掩膜板005與陶瓷基體004形成的空腔，完成預(yù)制凹形電極區(qū)的電極化。

6)濺射電極，采用濺射方法并配合相應(yīng)掩膜板，在掩膜板電極孔與陶瓷基體預(yù)制凹形電極區(qū)形成的瓶狀空腔內(nèi)，濺射電極層，利用濺射金屬飛散沉積的特點(diǎn)，使預(yù)制凹形電極區(qū)內(nèi)充分濺射電極，無需考慮對中問題。

7)連接引出端，在電極上通過金屬引線焊接方式，在壓敏電阻器電極層上連接引出端。

8)涂覆絕緣層，將連接引出端后的壓敏電阻器涂覆絕緣層，除引出端引出的部分外，壓敏電阻器與外部絕緣。

9)標(biāo)識打印、測試，壓敏電阻器絕緣層上打印標(biāo)識，按國家標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品進(jìn)行各項(xiàng)測試。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)尺寸對比：

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)通流對比：

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限。