一种高能量耐量ZnO压敏电阻片及其制备方法与流程

本发明涉及zno压敏电阻器及其制造方法，特别涉及一种免包封、能够耐受高脉冲能量密度的zno压敏电阻片及其制造方法。

背景技术：

zno压敏电阻器已大量用于电力电子线路中吸收或抑制异常过电压，保护电力电子设备免遭破坏。

通常制造zno压敏电阻器的方法是：制造zno压敏陶瓷片，在zno压敏陶瓷片两面制备金属电极，得到具备电压非线性特性的zno压敏电阻片；然后在zno压敏电阻片的两个金属电极上焊接引出线，采用环氧树脂包封zno压敏电阻片本体而制成zno压敏电阻器。

zno压敏电阻器需要承受脉冲电压或脉冲电流，采用现有zno压敏电阻片制造zno压敏电阻器时如果不采用有机材料包封，承受脉冲电压或脉冲电流冲击试验时zno压敏电阻片电极边缘和侧面会发生飞弧或闪络。采用树脂类有机包封材料将zno压敏电阻片包封，可以阻止飞弧或闪络。但是由于zno压敏电阻器经过多次脉冲冲击后，吸收电能转变成热能，zno压敏电阻器内部剧烈升温，有机包封材料膨胀导致包封层与zno压敏电阻片之间形成间隙，再次对该zno压敏电阻器施加脉冲冲击试验时，间隙处将发生飞弧或闪络，导致包封层开裂、脱落，甚至导致zno压敏电阻器整体碎裂。

技术实现要素：

为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供一种高能量耐量的zno压敏电阻片制备方法，所制备的zno压敏电阻片，即使不采用有机材料包封，在承受脉冲电流时，其边缘和侧面也不会发生飞弧或闪络，可靠性高。

本发明还提供一种高能量耐量zno压敏电阻片，即使不采用有机材料包封，其边缘和侧面也不会发生飞弧或闪络，若将本发明zno压敏电阻片结合环氧树脂包封工艺制备成压敏电阻器，经过多次脉冲电流使其温度上升，即使外包封环氧树脂与压敏陶瓷片本体之间产生间隙，也不会因此导致压敏电阻片边缘和侧面飞弧或闪络，产品可靠性高。

本发明高能量耐量zno压敏电阻片制备方法，包括以下步骤：

s1、制作zno压敏陶瓷片；

s2、在zno压敏陶瓷片的两面印刷银电极浆料，然后进行烧结形成银电极，获得两面有银电极的zno压敏银片；

s3、在zno压敏银片的两面银电极的边缘制备一层环形绝缘材料，制成覆盖绝缘材料的zno压敏电阻片；环形绝缘材料的宽度覆盖银电极边缘线内外各不少于0.5mm；环形绝缘覆盖材料外环最大可达到zno压敏陶瓷片的边缘。

优选地，步骤s3采用无机玻璃材料制备绝缘材料时，在zno压敏银片的两面银电极边缘印刷无机玻璃浆料，烤干后，烧结玻璃材料，获得覆盖无机玻璃材料的zno压敏电阻片；无机玻璃材料的烧结温度比步骤s2中银电极的烧结温度至少低20度。

优选地，步骤s3选用热固化树脂作为有机高分子材料制备绝缘材料，在zno压敏银片的两面银电极边缘印刷热固化树脂并进行烤干，获得覆盖热固化树脂的zno压敏电阻片。

优选地，步骤s3选用光固化树脂作为有机高分子材料制备绝缘材料，在zno压敏银片的两面银电极边缘印刷光固化树脂并经紫外光固化，获得覆盖光固化树脂的zno压敏电阻片。

本发明高能量耐量zno压敏电阻片，包括单层压敏陶瓷片、印制在压敏陶瓷片两面的银电极以及绝缘材料；所述绝缘材料覆盖在一面银电极的边缘上，且绝缘材料的宽度覆盖银电极边缘线内外各不少于0.5mm。

现有技术制备的zno压敏电阻片，焊接引线后如果不采用有机材料包封，对其施加脉冲电流时，由于银电极边缘电场强度大于内部，并且暴露在空气中的半导性zno陶瓷表面容易在高电场下发生电离，因此承受大电流脉冲时，zno压敏电阻片边缘和侧面会发生飞弧闪络现象。采用本发明方法，银电极边缘覆盖一层紧密结合的绝缘材料，使得在承受脉冲时电场强度较为集中的银电极边缘与空气隔绝，银电极边缘到容易发生表面电离的半导性zno陶瓷表面至少有0.5mm的距离，覆盖有绝缘材料的zno陶瓷表面电击穿强度比暴露在空气中的zno陶瓷表面电击穿强度大得多。

因此，采用上述本发明方法制作的zno压敏电阻片制造zno压敏电阻器，即使不采用有机材料包封，对所制造的压敏电阻器施加脉冲电流或脉冲电压，本发明zno压敏电阻片的边缘和侧面也不会发生飞弧或闪络，并且经过多次脉冲后，附着在zno压敏电阻片边缘的绝缘覆盖材料与压敏陶瓷片仍然结合紧密。采用本发明技术制造zno压敏电阻可以免包封，既可降低产品制造成本，又可缩小产品体积。当然，采用本发明技术制造zno压敏电阻也可以采用树脂包封，当产品承受多次脉冲后，包封材料整体膨胀导致包封层与zno压敏电阻片之间形成间隙，而采用本发明制备的环形绝缘覆盖材料与陶瓷体和银电极面接触紧密，不易发生剥离现象，可以避免发生电阻片边缘飞弧闪络，从而提高产品可靠性。

附图说明

图1为本发明zno压敏电阻片一种实施例的结构示意图；

图2为图1的a-a剖切图；

图3为本发明zno压敏电阻片另一实施例的结构示意图；

图4为图3的b-b剖切图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步具体的描述，但本发明的实施方式不限于此。

参见图1、2，本发明zno压敏电阻片，包括单层压敏陶瓷片1、印制在压敏陶瓷片1两面的银电极2及印制在银电极2边缘的绝缘覆盖材料3。压敏陶瓷片1可以为圆片形，也可以为方片形，方片形的压敏电阻结构如图3、4所示。绝缘覆盖材料3可采用无机玻璃材料或者有机高分子材料。

在本发明zno压敏电阻片的最优实施例中，无论压敏陶瓷片1为圆片形还是方片形，印制在其两面的银电极2的边缘均与压敏陶瓷片1的边缘存在一定的距离，即银电极的印制面积小于压敏陶瓷片的面积，银电极的边缘与压敏陶瓷片的边缘之间存在空隙。绝缘材料3印制在银电极边缘上，向内延伸至银电极上，向外延伸至银电极边缘与压敏陶瓷片边缘之间的空隙。绝缘材料3的宽度覆盖银电极边缘线内外各不少于0.5mm，即覆盖在银电极上的宽度不少于0.5mm，覆盖在压敏陶瓷片上的宽度也不少于0.5mm，外环最大可达到zno压敏陶瓷片的边缘，即外环最大可覆盖前述银电极边缘与压敏陶瓷片边缘之间的空隙的全部。

本发明zno压敏电阻片可以不进行包封，而直接从压敏陶瓷片1的两面银电极2上分别焊接引线，以制备成zno压敏电阻器，zno压敏电阻片承受脉冲电流时，边缘和侧面均不会发生飞弧或闪络。当然也可以对本发明zno压敏电阻片进行包封，如采用环氧树脂包封工艺包封以制备成zno压敏电阻器，包封后，即便经过多次脉冲电流而温度上升，包封层与压敏陶瓷本体之间产生间隙，但压敏电阻片的边缘和侧面依然不会发生飞弧或闪络，可靠性很高。

除了直接从两面银电极上分别焊接引线的方式之外，还可以在一面银电极上焊接金属电极片、在另一面银电极上焊接引线的方式引出两个焊接端，以制备成zno压敏电阻器。zno压敏电阻器的两个连接端(即焊接端)如何设置，以上只是举例进行了说明，本领域的技术人员还可以采用其他方式来设置。

下面举例详细描述本发明压敏电阻片的制备方法。

实施例1～4

在本实施例中，zno压敏银片的外形采用圆片形，绝缘覆盖材料采用无机玻璃，制备方法具体包括如下步骤：

s11、采用现有技术制作圆片形zno压敏陶瓷片1，直径为10mm，厚度为2mm。

s12、制作银电极2，采用丝网印刷工艺在上述制作的zno压敏陶瓷片两面印刷银电极浆料，两面印刷图案同为直径7.5mm的圆形。印刷一面后烤干，印刷第二面再烤干，烘烤温度为150℃。

将上述印刷有银电极浆料的zno压敏陶瓷片放入网带式电阻炉中烧结银电极，网带式电阻炉最高温区的温度为t1(实施例1-4所采用的具体温度参见表1)，网带运行速度使产品在t1高温区保持5～10分钟，经过网带式电阻炉烧结后完成银电极2的制备，获得zno压敏银片。

s13、制备环形绝缘覆盖材料3，具体方法为：在上述制备的zno压敏银片两面印刷环形无机玻璃浆料，使环形无机玻璃浆料印刷图案覆盖银电极2的边缘，环形无机玻璃浆料的内径为d1，外径为d2。印刷一面后烤干，然后印刷第二面再烤干，烘烤温度为150℃，再放入网带式电阻炉中烧结无机玻璃材料，网带式电阻炉最高温区的温度为t2，网带运行速度使产品在t2高温区保持5～10分钟，使得zno压敏银片的银电极边缘附着一层环形绝缘覆盖材料3，即制成本发明zno压敏电阻片。

环形绝缘覆盖材料3的宽度覆盖银电极边缘线内外各不少于0.5mm，面积最大的环形绝缘覆盖材料3其外环可以达到zno压敏陶瓷片的边缘。

对本发明zno压敏电阻片进行电性能测试：采用镀锡铜线焊接引线，焊点位于样品两个银电极2中间未被玻璃材料覆盖部分；采用通用压敏电阻测试仪测试三参数(压敏电压v1ma、电压非线性系数α、漏电流il)；采用组合波脉冲发生设备(开路电压波为1.2/50μs波形，短路电流波为8/20μs波形，源阻抗为2欧姆)测试样品脉冲性能，设定开路电压波峰值/短路电流波峰值为：4kv/2ka，脉冲施加次数设定为25次，两次脉冲之间的时间间隔为60秒，当样品经受脉冲次数少于25次即发生飞弧或闪络时，停止该样品脉冲试验并记录已进行的脉冲试验次数，当完成25次试验未发生飞弧或闪络时，记录所测样品合格。

表1列出了电性能测试结果，其中对比样1为对未印刷玻璃浆料的zno压敏银片(即没有制作环形绝缘覆盖材料3)直接焊接引线；对比样2的烧结银电极温度与烧结玻璃材料温度之差小于20℃；对比样3印刷玻璃浆料时，环形玻璃印刷图案虽然覆盖银电极边缘，但环形玻璃图案外圆与银电极边缘距离小于0.5mm；对比样4印刷玻璃浆料时，环形玻璃印刷图案虽然覆盖银电极边缘，但环形内圆与银电极边缘距离小于0.5mm。

表1未列出试验样品脉冲测试前后压敏三参数测试结果，相关特性决定于压敏陶瓷材料本体制造技术，与本发明zno压敏电阻片及其制备方法无关。

表1

实施例5

本实施例除了采用有机高分子材料制作环形绝缘覆盖材料3外，其余制作方法与实施例1相同。

本实施例选用热固化树脂，制作环形绝缘覆盖材料3，具体采用双组分热固化树脂，采用丝网印刷法，印刷图案为圆环形，圆环内径6.0mm，圆环外径9.0mm，印刷一面后烤干，印刷第二面再烤干，烘烤温度为150℃，再放入烘烤炉在150℃烘烤30分钟，即完成环形绝缘覆盖材料3的制备。

测试方法与实施例1相同，焊接引线后，本实施例样品承受25次4kv/2ka脉冲后外形完好，没有发生边缘或侧面飞弧闪络现象。

实施例6

本实施例除了采用有机高分子材料制作环形绝缘覆盖材料3外，其余制作方法与实施例1相同。

本实施例选用光固化树脂，制作环形绝缘覆盖材料3，具体采用uv固化环氧丙烯酸树脂，采用丝网印刷法，印刷图案为圆环形，圆环内径6.0mm，圆环外径9.0mm，印刷一面后经紫外光固化5分钟，然后印刷第二面再经紫外光固化5分钟，由此获得覆盖环形绝缘材料3的zno压敏电阻片。

测试方法与实施例1相同，焊接引线后，本实施例样品承受25次4kv/2ka脉冲后外形完好，没有发生边缘或侧面飞弧闪络现象。

实施例7

本实施例除了将zno压敏陶瓷片1制成方片形，以及银电极2的尺寸、环形绝缘覆盖材料3的尺寸之外，其余制作方法与实施例1相同。

采用现有技术制作zno压敏陶瓷片1，外形为方形，尺寸为9.0*9.0*2.0mm；相应地，银电极2为方形，印刷图案尺寸为7.2*7.2mm；环形绝缘覆盖材料3为方环形，内方形尺寸为5.5*5.5mm，外方形尺寸为8.5*8.5mm。

测试方法与实施例1相同，焊接引线后，本实施例样品承受25次4kv/2ka脉冲后外形完好，没有发生边缘或侧面飞弧闪络现象。

实施例8

按照实施例1的方法制作本发明zno压敏电阻片，采用现有压敏电阻封装技术，将制作好的本发明zno压敏电阻片焊接引线，包封环氧树脂，制成测试样品。

样品测试方法与实施例1相同，本实施例样品承受60次4kv/2ka脉冲后外形完好。

实施例9

按照实施例5的方法制作本发明zno压敏电阻片，采用现有压敏电阻封装技术，将制作好的本发明zno压敏电阻片焊接引线，包封环氧树脂，制成测试样品。

样品测试方法与实施例1相同，本实施例样品承受60次4kv/2ka脉冲后外形完好。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。