專(zhuān)利名稱(chēng)：可變電阻陶瓷和含該可變電阻陶瓷的多層構(gòu)件以及該可變電阻陶瓷的制備方法
可變電阻陶瓷和含該可變電阻陶瓷的多層構(gòu)件以及該可變
電阻陶瓷的制備方法本發(fā)明涉及一種權(quán)利要求1的可變電阻陶瓷。可變電阻陶瓷的普遍性問(wèn)題是達(dá)到低介電常數(shù)(卜)。同時(shí)應(yīng)確保在高電流范圍 (ESD, 8/20)中足夠高的開(kāi)關(guān)強(qiáng)度下的高非線性和低漏電流。該目的是通過(guò)權(quán)利要求1的可變電阻陶瓷以及含該可變電阻陶瓷的多層構(gòu)件和該可變電阻陶瓷的制備方法實(shí)現(xiàn)的。該可變電阻陶瓷的其它實(shí)施方案列于其它權(quán)利要求。可變電阻是與電壓有關(guān)的電阻，并可用作過(guò)電壓保護(hù)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案涉及一種可變電阻陶瓷，其包含下列材料 -Si作為主組分，
-Pr含量達(dá)0. 1 — 3原子％，
-選自Y、Ho、Er、Yb、Lu的金屬M(fèi)，其含量達(dá)0. 1 — 5原子％。在一種實(shí)施方案中，M是Y或Lu。在一種實(shí)施方案中，Co的含量為0. 1 - 10原子％，其中該Co優(yōu)選以Co2+存在。在一種實(shí)施方案中，Ca的含量為0. 001 一 5原子％，其中該Ca優(yōu)選以Ca2+存在。在一種實(shí)施方案中，Si的含量為0.001 — 0.5原子％，其中該Si優(yōu)選以Si4+存在。在一種實(shí)施方案中，Al的含量為0.001 — 0. 1原子％，其中該Al優(yōu)選以Al3+存在。在一種實(shí)施方案中，Cr的含量為0. 001 — 5原子％，其中該Cr優(yōu)選以Cr3+存在。在一種實(shí)施方案中，B的含量為0.001 — 5原子％，其中該B優(yōu)選以B3+存在。對(duì)于數(shù)字信號(hào)的高傳輸速率，需要具有高的ESD耐用性和沖擊電流穩(wěn)定性和低電容的多層可變電阻。該低電容是必需的，以盡可能小地影響待傳輸?shù)男盘?hào)?？勺冸娮璧碾娙萦上率奖硎?C= e0er A/d， (1)
其中，C為電容，ε C1為真空的介電常數(shù)，ε ^為相對(duì)介電常數(shù)，A為兩電極之間的面積， d為電極之間的層厚。該晶間材料的有效介電常數(shù)ε eff按Levinson等人(J. Appl. Phys. Vol. 46; No. 3 ； 1975)通以下式表示
C= ε eff ε 0 [A / (z*d) ](2)
其中C為電容，ε ^為真空的介電常數(shù)，ζ為兩電極之間的晶粒-晶粒接觸數(shù)目，A為電極之間的面積，d為晶粒-晶粒接觸的阻擋層厚。降低多層可變電阻的電容(式⑴)的常用方法是通過(guò)減小面積A和增大層厚d。 但這與多層原理是相反的，因?yàn)槊娣eA的減小導(dǎo)致最大的能量可接受性下降，并由此也導(dǎo)致對(duì)ESD脈沖而言的沖擊電流穩(wěn)定性以及耐用性降低。在一種實(shí)施方案中，該可變電阻陶瓷包含超出氧化鈷和氧化鐠的具有低堿性(小的離子半徑)的金屬M(fèi)的鹽或氧化物的添加劑，如Y3+或Lu3+ (rk3+=93 pm)。由此達(dá)到該阻擋層的較小的可極化性和阻擋層特性(阻擋層高度和耗盡區(qū)的寬度)的控制，以及得到具有每個(gè)晶粒-晶粒接觸的低電容和同時(shí)具有高的非線性和ESD穩(wěn)定性的可變電阻陶瓷。通過(guò)降低每個(gè)晶粒-晶粒接觸的電容，在電極之間的相同面積和由此同樣好的 ESD耐用性和沖擊電流穩(wěn)定性的情況下可得到具有低電容可變電阻構(gòu)件。所述優(yōu)點(diǎn)的細(xì)節(jié)在實(shí)施例中描述。在一種實(shí)施方案中，其陽(yáng)離子具有較小離子半徑(如Y3+，Lu3+)的金屬M(fèi)的氧化物或鹽溶于可變電阻陶瓷中，以致該可變電阻陶瓷每個(gè)晶粒-晶粒接觸具有低電容。在一個(gè)實(shí)施例中，在SiO中加入鐠(0. 1 — 3原子％)以及鈷(0. 1 一 10原子％)的氧化物作為摻雜物，并且此外還以氧化物形式加入鈣(0. 001 - 5原子％)、硅(0. 001 - 0. 5 原子％)、鋁(0. 001 - 0. 01原子％)、鉻(0. 001 - 5原子％)，以及為在燒結(jié)過(guò)程中控制結(jié)構(gòu)形態(tài)而以化合物形式加入硼(0. 001 一 5原子％)，和以氧化物形式加入釔(0. 1 一 5原子％)。

圖1示出多層可變電阻的制備過(guò)程流程示意圖，其包括下列步驟Al稱(chēng)重、A2預(yù)研磨、A3干燥、A4篩分、A5煅燒、A6后研磨、A7干燥、A8篩分、Bl形成漿料、B2坯膜、Cl印制導(dǎo)電膏、C2疊置、C3剪切、Dl脫碳、D2燒結(jié)、El施加外接線端、E2烘烤。圖2示出多層可變電阻的結(jié)構(gòu)，其包含內(nèi)電極(1)、可變電阻陶瓷材料(2)和外接線端⑶。在一種實(shí)施方案中，該多層可變電阻的陶瓷體呈整塊陶瓷體存在。圖3左方示出E⑶脈沖的特性曲線，右方示出8/20脈沖的特性曲線。多層可變電阻的制備按圖1進(jìn)行。這些組分以氧化物形式、溶解形式或化合物的形式按表1所述的比例稱(chēng)重(Al)、 預(yù)研磨(A2)、干燥(A3)、篩分(A4)和接著在400°C — 1000°C間煅燒(A5)、后研磨(A6)、噴霧干燥(A7)和篩分(A8)。由以此方法制備的粉末通過(guò)加入粘合劑、分散劑以及溶劑來(lái)制備漿料(Bi)，由該漿料拉制層厚度為5 — 60 μπι的膜(Β2)，之后按類(lèi)似圖1的工藝圖將該膜加工成多層可變電阻在此所述坯膜經(jīng)導(dǎo)電膏印制(Cl)、經(jīng)疊置和接著經(jīng)剪切(C2，C3)。在后續(xù)的脫碳步驟(Dl)中，在180°C — 500°C的溫度從坯件中燒盡粘合劑，并在 IlOO0C- 1400°c的溫度燒結(jié)該構(gòu)件(D2)。接著涂覆外接線層(El)，并在500°C — 1000°C的溫度烘烤該層(E2)。在一種優(yōu)選的方案中，方法步驟D2)的燒結(jié)溫度為1100°C — 1400°C。在另一種優(yōu)選的方案中，方法步驟E2)的烘烤溫度為600°C — 1000°C。圖2以側(cè)視示意圖示出一種多層構(gòu)件。其中內(nèi)電極⑴和可變電阻陶瓷材料⑵ 的層交替疊置。該內(nèi)電極(1)交替分別與一個(gè)或另一個(gè)外接線端C3)連接。在中間范圍內(nèi)電極⑴搭接。圖2示出一種0402型多層可變電阻(尺寸為1. 0 mm χ 0. 5 mm χ 0. 5 mm)的典型結(jié)構(gòu)其中內(nèi)電極⑵的搭接面積以及內(nèi)電極的數(shù)目可與所希望的電構(gòu)件特性相適配。該構(gòu)件的電特性通過(guò)測(cè)定漏電流、可變電阻電壓、非線性系數(shù)、8/20脈沖穩(wěn)定性、 ESD脈沖穩(wěn)定性、在1 A下的8/20端電壓(Uk)來(lái)表征。圖3的左方和右方各示出脈沖曲線。圖中均為電流I與時(shí)間t的關(guān)系曲線。比可變電阻電壓Ev在1 mA下測(cè)定。電容在1 V和1 kHz下測(cè)量。
ESD穩(wěn)定性用圖3左方的脈沖測(cè)定為此對(duì)構(gòu)件加載+/_ 10 ESD脈沖(見(jiàn)圖3右方)。脈沖前和后的Uv的百分比變化以及脈沖前和后的漏電流的百分比變化以百分?jǐn)?shù)計(jì)算，并且不允許有大于10 %的百分比變化。此外，進(jìn)行了 8/20的耐用性實(shí)驗(yàn)(脈沖形狀見(jiàn)圖3右方)。在此對(duì)構(gòu)件加載在1 A，5 A，10 A，15 A，20 A和25 A的8/20脈沖(見(jiàn)圖3右方)，并測(cè)定加載后的可變電阻電壓及漏電流的百分比變化。非線性系數(shù)按下列方程確定
權(quán)利要求
1.可變電阻陶瓷，其包含下列材料 -ai作為主組分，-含量達(dá)0. 1 — 3原子％的Pr，-選自Y、Ho、Er、Yb、Lu的金屬M(fèi)，其含量達(dá)0. 1 一 5原子％。
2.權(quán)利要求1的可變電阻陶瓷，其中M是Y或Lu。
3.前述權(quán)利要求之一的可變電阻陶瓷，其還包含含量達(dá)0.1 — 10原子％的Co。
4.前述權(quán)利要求之一的可變電阻陶瓷，其還包含含量達(dá)0.001 - 5原子％的Ca。
5.前述權(quán)利要求之一的可變電阻陶瓷，其還包含含量達(dá)0.001 - 0. 5原子％的Si。
6.前述權(quán)利要求之一的可變電阻陶瓷，其還包含含量達(dá)0.001 - 0. 1原子％的Al。
7.前述權(quán)利要求之一的可變電阻陶瓷，其還包含含量達(dá)0.001 - 5原子％的Cr。
8.前述權(quán)利要求之一的可變電阻陶瓷，其還包含含量達(dá)0.001— 5原子％的丄
9.前述權(quán)利要求之一的可變電阻陶瓷，其包含 -Si作為主組分，含量達(dá)0. 1 — 3原子％的ft·， 含量達(dá)0. 1 — 5原子％的M， 含量達(dá)0. 1 — 10原子％的Co， 含量達(dá)0. 001 — 5原子％的Ca， 含量達(dá)0. 001 — 0. 5原子％的Si， 含量達(dá)0. 001 — 0. 1原子％的Al， 含量達(dá)0. 001 - 5原子％的Cr， 含量達(dá)0. 001 - 5原子％的B。
10.前述權(quán)利要求之一的可變電阻陶瓷，其相對(duì)介電常數(shù)、小于2000。
11.前述權(quán)利要求之一的可變電阻陶瓷，其中通過(guò)加入M降低該可變電阻材料的相對(duì)介電常數(shù)。
12.前述權(quán)利要求之一的可變電阻陶瓷，其燒結(jié)溫度為1000- 1300°C。
13.前述權(quán)利要求之一的可變電阻陶瓷，其不含堿金屬。
14.包含權(quán)利要求1一 13之一的可變電阻陶瓷的多層構(gòu)件，其具有用于ESD保護(hù)的構(gòu)型。
15.用于制備權(quán)利要求1一 13之一的可變電阻陶瓷的方法，其包括下列方法步驟a)粗陶瓷材料的煅燒，b)漿料制備，c)制成坯膜，d)坯膜脫粘合劑，e)來(lái)自d)的坯膜的燒結(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可變電阻陶瓷，其包含下列材料Zn作為主組分，含量達(dá)0.1－3原子%的Pr和含量達(dá)0.1－5原子%的選自Y、Ho、Er、Yb、Lu的金屬M(fèi)。
文檔編號(hào)H01C7/112GK102300832SQ201080006018
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2010年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月3日
發(fā)明者皮伯 M. 申請(qǐng)人:埃普科斯股份有限公司