專利名稱：：一種低電壓/高非線指數(shù)的片式壓敏電阻及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種低電壓/高非線指數(shù)的片式壓敏電阻及其制造方法，屬于信息
技術(shù)領(lǐng)域：
的傳感器技術(shù)中的壓敏元件。(二)
背景技術(shù)：
壓敏電阻廣泛用于電路，電子元器件，設(shè)備的過壓保護(hù)。集成電路，手機(jī)充電電池和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要求低電壓/高非線指數(shù)的壓敏元件，其壓敏電壓通常為0.5-10V，非線性指數(shù)最好在40-50以上。根據(jù)壓敏材料的性質(zhì)一一高非線性指數(shù)伴隨高的壓敏電壓；故目前國內(nèi)外均采用多層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)低壓/高非線性指數(shù)壓敏元件。然而多層結(jié)構(gòu)的內(nèi)電極金屬離子擴(kuò)散致使a指數(shù)下降，端電極的延生導(dǎo)致壓敏電壓分散性增大。0402片式元件的壓敏電阻的壓敏電壓為12-20V，a=30-40,而且多層結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜，制造成本高。近年來，在低電壓/高非線性指數(shù)材料方面做了大量研究，據(jù)報(bào)導(dǎo)Zn-Bi-Sb系材料壓敏電壓可做到IIV，a值為12-15;Ti02壓敏材料的壓敏電壓可做到7-10V，a值約為12-15。研發(fā)具有低壓/高非線性指數(shù)的片式壓敏電阻仍是當(dāng)今的重要課題。(三)
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種工藝簡單、制造成本低的低電壓/高非線指數(shù)的片式壓敏電阻及其制造方法。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種低電壓/高非線指數(shù)片式壓敏電阻，其特殊之處在于是通過如下方式制成的壓敏芯片由兩個(gè)導(dǎo)電膜片之間夾一層高非線指數(shù)的壓敏膜片構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)；導(dǎo)電膜片和壓敏膜片及復(fù)合膜片均由扎膜工藝制備；復(fù)合膜片經(jīng)IOOO—IIOO°C高溫鍛燒制成壓敏芯片；壓敏芯片用Ni漿和Sn漿封端制成壓敏元件。本發(fā)明的低電壓/高非線指數(shù)片式壓敏電阻，導(dǎo)電膜片的材料為含有Mn-Ni-Cu-Ca的氧化物，其之間的摩爾比為.-Mn:Ni:Cu:Ca=2.6:1.3:1.8:0.3。重量百分比為Mn02:NiO:CuO:Ca0=43.845%:18.834%:34.058%:3.263%組成并加0.3。/。的ZnO。壓敏膜片是由ZnO、合成物V、CoO和Mn02組成，其重量份數(shù)之比為ZnO:V:Co0:Mn02二100:5:0.954:0.414，合成物V是由Bi203、Ti02、Sb203和B203構(gòu)成，其重量百分比之比為Bi203:Ti02:Sb2。3:B2。3:88:9:2.0:1.0。本發(fā)明的低電壓/高非線指數(shù)片式壓敏電阻的方法，其特殊之處在于壓敏芯片由兩個(gè)導(dǎo)電膜片之間夾一層高非線指數(shù)的壓敏膜片構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)；導(dǎo)電膜片和壓敏膜片及復(fù)合膜片均由扎膜工藝制備；復(fù)合膜片經(jīng)1000--1100。C高溫鍛燒制成壓敏芯片；壓敏芯片用Ni漿和Sn漿封端制成壓敏元件。本發(fā)明的低電壓/高非線指數(shù)片式壓敏電阻的方法，扎膜漿料的的重量配比為料膠=(95-96):(4-5)，所用的膠為聚乙烯醇。高溫鍛燒的燒結(jié)溫度曲線為升溫速率保溫升溫速率保溫升溫速率保溫升溫速率隨爐冷卻。Ni和Sn漿料封端為將Ni漿浸漬或印刷于芯片端頭，在560'C，空氣中還原30min，Sn漿料用同樣方法涂于芯片端頭，在350'C空氣氣氛中烘烤40rain。本發(fā)明的原理和具體制備方法如下1、導(dǎo)電膜片的制備本發(fā)明中導(dǎo)電膜片采用Mn-Ni-Cu-Ca材料體系，經(jīng)高溫成瓷形成尖晶石(AB2(k)結(jié)構(gòu)，大量的Cu離子進(jìn)入B位置，提供足夠的電子形成高電導(dǎo)，同時(shí)加入少量Zn離子替位，使晶格產(chǎn)生形變，有利于與Zn壓敏膜片匹配形成牢固的結(jié)合。配方中的Ca離子一方面降低電阻，同時(shí)降低導(dǎo)電層與壓敏層之間勢壘。導(dǎo)電膜片采用陶瓷工藝制粉，材料配方Mn3(k:NiO:CuO:CaO+ZnO=2.6:1.3:1.8:0.3+0.5%wt，ZnO導(dǎo)電膜片按下列工藝制成5-10um的導(dǎo)電膜粉體，在二次球磨的粉料加入粘合劑(PVA)配料扎膜漿料，漿料比例料粘合劑=(95-96):(4-5)，扎膜的厚度5mra(對于0402)，8mm(對于0603)2、高非線指數(shù)壓敏膜片制備壓敏膜片的壓敏電壓和非線性指數(shù)(a)取決于材料的配方及摻雜種類和摻雜量。本發(fā)明中加入合成物(Bi-Ti-Sb-B)目的在于降低壓敏電壓，提高非線性指數(shù)。同時(shí)加入CoO和Mn02有利于形成完整的晶勢壘，提高材料的均勻性。壓敏膜片制備與導(dǎo)電膜片制備方法相同，膜片厚度為0.l-0.3(mm)。合成物加入量與壓敏電壓和非線性指數(shù)的關(guān)系如圖1，合成物的量僅在5%左右，有利于獲得較壓敏電壓和較高的非線性指數(shù)。CoO和Mn02的加入量對壓敏電壓及非線性指數(shù)亦有重要影響(圖2)，一般加入量取(1.0-1.3)%，CoO:Mn02=7:3(重量比)。若在粉料中加0.1-0.15%wt的氧化鐠(Pr6011)，可以提高非線性指數(shù)。3、燒結(jié)復(fù)合片的燒結(jié)須在半封閉的Zn壓敏材料的氣氛中進(jìn)行，通常是用合成的粉體壓成墊片或用合成粉體做墊料，蓋板與瓷缽應(yīng)有一定縫隙，壓塊的重量根據(jù)疊片的多少而定，壓塊的作用是保證樣品在高溫下不變形。燒結(jié)溫度對壓敏電壓和非線性指數(shù)(a)值的影響(如圖3)。燒結(jié)溫度高，壓敏電壓下降，a值也減小。溫度偏低壓敏電壓迅速升高。在本發(fā)明中，對所采用的材料配方，燒結(jié)溫度取為1000-IIO(TC。本發(fā)明制作的片式壓敏元件的壓敏電壓VlmA/nim=0.5-1.5V，a=40-60，電壓分散性為3-5%，a值的分散性為土8—±10，滿足微電子技術(shù)，通訊技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)要求。這種方法工藝簡單，制造成本低，克服了常用的多層結(jié)構(gòu)工藝中存在的內(nèi)電極擴(kuò)散，端電極延伸的問題。該技術(shù)適用于大批量生產(chǎn)。(四)圖1為本發(fā)明的合成物加入量與壓敏電壓和非線性指數(shù)的關(guān)系圖；圖2為本發(fā)明的CoO和Mn02的加入量對壓敏電壓及非線性指數(shù)的影響圖；圖3為本發(fā)明的燒結(jié)溫度對壓敏電壓和非線性指數(shù)(a)值的影響圖。具體實(shí)施方式實(shí)施例1:①導(dǎo)電粉料制備材料配方Mn02:NiO:CuO:CaO=43.845%:18.834%:34.058%:3.263%(重量比)另外加入占總重量0.3y。的ZnO;球磨料水球=1.0:1.2:1.5(重量比)；第一次球磨時(shí)間8小時(shí)；予燒溫度70(TC，時(shí)間2.5小時(shí)；第二次球磨時(shí)間16小時(shí)，最后過200目篩。②導(dǎo)電膜片制備制漿料PVA=100:40(重量比)，PVA濃度為10W;發(fā)酵充分?jǐn)噭虻臐{料在相對濕95%RH的環(huán)境下存放12小時(shí)。扎膜將漿料置于滾扎上反復(fù)滾扎直至脫滾(即料不粘滾)，然后調(diào)整厚度到5mm0③壓敏膜片制備合成物(V)的制備配料Bi203:Ti02:Sb203:B203=88:9.0:2.0:1.0(重量比)；經(jīng)研磨(8小時(shí))，合成溫度500。C，時(shí)間2.5小時(shí)；然后再研磨12小時(shí)，作為合成物粉料壓敏材料配方其重量份數(shù)配比為ZnO:V(合成物):CoO:MnO2=100:5:0.954:0.414，另外可以加上重量份數(shù)為0.1的Pr60ll;壓敏膜片制備與導(dǎo)電膜片制備工藝相同，壓制的膜片厚度為0.3mm。④疊片壓敏膜夾在兩導(dǎo)電膜之間，并在扎膜機(jī)上將其扎碾成厚度為lmm的復(fù)合膜片⑤燒結(jié)將復(fù)合膜片裝入瓷缽中，送入高溫?zé)Y(jié)。⑥元件制作將燒好的大片切成0402尺寸的芯片，芯片兩端浸上Ni漿在560。C還原30min，然后再浸Sn漿，在350。C烘烤40min，0402的片式元件完成。⑦測試結(jié)果(以100支元件統(tǒng)計(jì))<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>實(shí)施例2:將導(dǎo)電膜的厚度改為8mm,壓敏膜厚度為0.3mm，按實(shí)施例同樣的方法制成0603的片式壓敏元件，測試結(jié)果(以100支元件統(tǒng)計(jì))是<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實(shí)施例3:將壓敏膜片材料配方取為ZnO:V:CoO:Mn02=99:6.0:0.78:0.5(重量比)導(dǎo)電膜片厚度為5mm，壓敏膜片厚度為0.lmm，按實(shí)施例的方法制成0402的壓敏元件，測試結(jié)果(以100支元件統(tǒng)計(jì))<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>本發(fā)明提供的技術(shù)可實(shí)現(xiàn)低電壓/高非線性指數(shù)壓敏元件，工藝簡單，制造成本低，并能大批量生產(chǎn)。權(quán)利要求1、一種低電壓/高非線指數(shù)片式壓敏電阻，其特征在于是通過如下方式制成的壓敏芯片由兩個(gè)導(dǎo)電膜片之間夾一層高非線指數(shù)的壓敏膜片構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)；導(dǎo)電膜片和壓敏膜片及復(fù)合膜片均由扎膜工藝制備；復(fù)合膜片經(jīng)1000--1100°C高溫鍛燒制成壓敏芯片；壓敏芯片用Ni漿和Sn漿封端制成壓敏元件。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的低電壓/高非線指數(shù)片式壓敏電阻，其特征在于導(dǎo)電膜片的材料為含有Mn-Ni-Cu-Ca的氧化物，其之間的摩爾比為Mn:Ni:Cu:Ca=2.6:1.3:1.8:0.3。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的低電壓/高非線指數(shù)片式壓敏電阻，其特征在于導(dǎo)電膜片是由重量百分比為Mn02:Ni0:Cu0:Ca0=43.845%:18.834%:34.058%:3.263%組成。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的低電壓/高非線指數(shù)片式壓敏電阻，其特征在于壓敏膜片是由Zn0、合成物V、Co0和Mn02組成，其重量份數(shù)之比為Zn0:V:Co0:Mn02=100:5:0.954:0.414，合成物V是由Bi203、Ti02、Sb203和B2O3構(gòu)成，其重量百分比之比為Bi203:Ti02:Sb2。3:B203=88:9:2.0:1.0。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的低電壓/高非線指數(shù)片式壓敏電阻的方法，其特征在于壓敏芯片由兩個(gè)導(dǎo)電膜片之間夾一層高非線指數(shù)的壓敏膜片構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)；導(dǎo)電膜片和壓敏膜片及復(fù)合膜片均由扎膜工藝制備；復(fù)合膜片經(jīng)IOOO—IIOO°c高溫鍛燒制成壓敏芯片；壓敏芯片用Ni漿和Sn漿封端制成壓敏元件。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的低電壓/高非線指數(shù)片式壓敏電阻的方法，其特征在于扎膜漿料的的重量配比為料膠=(95-96):(4-5)，所用的膠為聚乙烯醇。7、根據(jù)權(quán)利要求5所述的低電壓/高非線指數(shù)片式壓敏電阻的方法，其特征在于高溫鍛燒的燒結(jié)溫度曲線為300°C-500°C升溫速率0.5°C/min500°C保溫(60-90)min500。C-80(TC升溫速率(1.2-1.5)°C/min800°C保溫60min800°C-1000°C升溫速率3-4°C/minIOO(TC保溫(150-180)min100(TC-800。C升溫速率0.6°C/min800°C-300°C隨爐冷卻。g、根據(jù)權(quán)利要求5所述的低電壓/高非線指數(shù)片式壓敏電阻的方法，其特征在于Ni和Sn漿料封端為將Ni漿浸漬或印刷于芯片端頭，在56(TC，空氣中還原30min，Sn漿料用同樣方法涂于芯片端頭，在350'C空氣氣氛中烘烤40min。全文摘要本發(fā)明公開了一種低電壓/高非線指數(shù)的片式壓敏電阻及其制造方法，屬于信息
技術(shù)領(lǐng)域：
的傳感器技術(shù)中的壓敏元件。該低電壓/高非線指數(shù)片式壓敏電阻，其特殊之處在于是通過如下方式制成的壓敏芯片由兩個(gè)導(dǎo)電膜片之間夾一層高非線指數(shù)的壓敏膜片構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)；導(dǎo)電膜片和壓敏膜片及復(fù)合膜片均由扎膜工藝制備；復(fù)合膜片經(jīng)1000-1100℃高溫鍛燒制成壓敏芯片；壓敏芯片用Ni漿和Sn漿封端制成壓敏元件。本發(fā)明滿足微電子技術(shù)，通訊技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)要求。用此技術(shù)制作的片式壓敏元件的壓敏電壓V1mA/mm＝0.5-1.5V，α＝40-60，電壓分散性為3-5％，α值的分散性為±8-±10。這種方法工藝簡單，制造成本低，克服了常用的多層結(jié)構(gòu)工藝中存在的內(nèi)電極擴(kuò)散，端電極延伸的問題。該技術(shù)適用于大批量生產(chǎn)。文檔編號(hào)H01C17/00GK101123135SQ200710113770公開日2008年2月13日申請日期2007年9月12日優(yōu)先權(quán)日2007年9月12日發(fā)明者倩劉,陶明德申請人:山東中廈電子科技有限公司