[發明專利]一種疊層片式熱壓敏復合電阻器及其制備方法

有效

• 申請號: 201310601977.4
• 申請日: 2013-11-23
• 公開（公告）號: CN103632784A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 傅邱云;周東祥;胡云香;鄭志平;羅為;陳濤
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01C13/02
• 分類號: H01C13/02;H01C1/14;H01C7/112;H01C7/02;H01C17/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本發明屬于電子陶瓷元件制備技術領域，具體涉及一種疊層片式熱壓敏復合電阻器及其制備方法。

背景技術

電子電器正在飛速向小型化、低成本、高密集成方向發展，促使半導體敏感陶瓷元器件也逐步走向疊層片式化和多功能化。三維集成是實現無源電子器件多功能、多器件集成的最佳解決方案，需要金屬內電極和陶瓷材料共燒制備。金屬內電極材料在高溫下極易被氧化，因此需要在還原或惰性保護氣氛下進行共燒，但由于多數半導體陶瓷在這種氣氛中燒結將降低甚至失去電性能，為獲得優良的電性能，必須再在低于燒結溫度下于空氣中或氧氣中對共燒體進行再氧化處理，這種方法稱之為還原再氧化方法。采用這種方法制備的片式元件可以采用賤金屬作為內電極，為各種功能陶瓷元件的片式化、多功能復合和降低成本提供了有效途徑。

鈦酸鋇基正溫度系數（PTC）熱敏陶瓷和氧化鋅基電壓敏陶瓷是半導體陶瓷中最為典型的晶粒半導化和晶界反常效應相結合的敏感陶瓷材料，也是應用最為廣泛的兩種半導體陶瓷材料。鈦酸鋇基PTC熱敏陶瓷具有顯著的熱開關特性，利用該特性可用作對異常過熱及異常過電流實現自動保護、自動恢復的過載保護元件。而ZnO壓敏電阻具有優異的電壓非線性特性，可對IC器件及其電子電路進行過電壓保護，防止因靜電釋放、浪涌及其它瞬態電流（如雷擊等）沖擊而造成的損壞。可見，ZnO壓敏電阻和BaTiO₃熱敏電阻是兩類功能互補的電路保護元件，若將它們制備成熱/壓敏復合元件即可同時實現過電壓、過電流等綜合保護，應用前景十分廣闊。而且，PTC熱敏電阻對壓敏電阻器本身也具有保護作用，可避免壓敏電阻因過負荷（例如電壓波動過大、元件承受能量過大及性能退化等）導致失效甚至引發災害，對提高電子設備的可靠性、安全性起到重要作用。

熱敏／壓敏多功能復合片式敏感元件，其研究最早可以追溯到1989年，但近20年來始終未取得突破。迄今熱敏/壓敏復合陶瓷元件的95項國際專利中，片式復合專利只有7項。1989年日本村田專利JP1152704、2005年韓國專利KR20060093628、2011年德國德恩及索恩兩合股份有限公司在中國申請的專利CN102047353均是采用機械貼裝的方式制備熱/壓敏復合元件，但是這種方法制備工藝復雜、成本昂貴、可靠性低。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷和改進需求，本發明提供了一種疊層片式熱壓敏復合電阻器及其制備方法，本發明采用共燒技術，以賤金屬鎳為內電極制備片式熱/壓敏復合電阻。采用賤金屬鎳為內電極的共燒技術可以降低成本、簡化制備工藝，實現熱/壓敏器件的真正復合，提高器件的可靠性，減少熱傳導路徑，加強熱敏器件對壓敏電阻的保護作用，同時可以實現電路的過熱過電流過電壓等多重保護。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種疊層片式熱壓敏復合電阻器的制備方法，包括：

（1）利用壓敏電阻及熱敏電阻的配方粉料分別流延成型生成壓敏電阻流延坯片和熱敏電阻流延坯片，流延坯片的厚度為20μm-60μm，其中所述壓敏電阻的配方粉料為，將氧化鋅（ZnO）和氧化鉍（Bi₂O₃）混合物中摻入錳（Mn）和鈷（Co）的氧化物，加入去離子水進行球磨混合后，將所得漿料進行烘干、過篩得到粉體；其中，所述ZnO的摩爾分數為93%-98.7%，Bi₂O₃的摩爾分數為0.2%-5%，所述Mn和Co的氧化物摩爾分數均為0.01%-5%；所述熱敏電阻配方粉料為,摻雜有三價稀土元素或五價金屬元素的納米或亞微米鈦酸鋇（BaTiO₃）熱敏陶瓷粉體，其中摻雜的三價稀土元素與鋇（Ba）元素原子比不超過1%，摻雜的五價金屬元素與鈦（Ti）元素原子比不超過1%，鋇（Ba）元素加上三價稀土元素與鈦（Ti）元素加上五價金屬元素原子比在0.99-1.01范圍內；；

（2）將上述熱敏電阻及壓敏電阻的配方粉料，按照質量比為1:2—2：1的比例混合，球磨使其混合均勻，將混合后的粉料流延成型生成流延坯片，以用作過渡層坯片，流延坯片厚度為20μm-60μm；

（3）將壓敏電阻的流延坯片與鎳（Ni）電極交疊層壓，然后疊壓一層過渡層坯片，再在過渡層坯片上面進行熱敏電阻的流延坯片與Ni電極的交疊層壓，再將其等靜壓，將壓好的坯片根據電極圖案切割成需要的尺寸；

（4）將切割后的電阻器生片在空氣中用500℃以下的溫度處理；