多功能多层板式阵列压敏电阻器及其制备方法与流程

本发明涉及电阻器技术领域，尤其涉及一种滤波连接器用多功能多层板式阵列压敏电阻器及其制备方法。

背景技术：

随着集成电路和大规模集成电路在电子设备、计算机与家用电器中的不断推广应用，电磁波的干扰越来越严重的影响到了电路的安全使用。特别是瞬态噪声干扰，由于其上升速度快、持续时间短、电压振幅度高(几百伏至几千伏)、随机性强等特点，对微机和数字电路易产生严重干扰，影响电路的稳定运行。

对一个电子系统，各种电磁干扰在设备接口处最为严重，在接口处电磁干扰既能传导或辐射到设备内部，又可将电磁干扰传导或辐射至设备外部，因此设备间传输信号的连接器在抗电磁干扰中起到了及其重要的作用。

由此，在连接器的金属插针上加装滤波组件即构成滤波连接器，从而解决接口处电磁干扰问题。多层平面阵列是一种特定的用于EMI滤波连接器的元件设计形式。一个基体内包含有多种无源器件。单个接线都是通过通孔连接到每个无源器件，并且在器件范围内都连接到地。

以平面为基础的滤波连接器适用于所有MIL－STD连接器设计。连接器的形状(该平面阵列的外形必须一致)均为圆形或长方形。常用的矩形设计包括D-Sub和高密度D-Sub和微Ds，Arinc404s和Arinc600。不规则形状也可以。相应的平面尺寸是：从5毫米见方到75毫米直径。

接触数目从2个到200多个。标准的接触范围从0.3毫米直径向上到同轴电缆——全部能滤波。标准接触程度从0.63毫米开始。

现有专利CN101667670B公开了《一种多层板式阵列结构陶瓷滤波器及其工艺》，其中主要为电容器及其制作工艺，其对瞬态噪声的干扰产品容易发生击穿失效，可靠性较差。

现有专利CN103187668A公开了《滤波连接器用氧化锌基多层压敏平面阵列》，其中主要阐述的氧化锌压敏电阻，其静电容量小，响应速度慢，噪音吸收性能较差，且损耗较大，影响产品的使用。

技术实现要素：

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供多功能多层板式阵列压敏电阻器及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供一种多功能多层板式阵列压敏电阻器，包括：电阻器主体；

所述电阻器主体为带有多个信号孔的板状结构，其由多层陶瓷膜片及内电极构成；

所述内电极包括多个公共接地极和信号电极，多个所述公共接地极与多个所述信号电极在所述陶瓷膜片的层叠方向上交替排列，所述公共接地极与信号电极在层叠方向上部分重叠；每个所述公共接地极从电阻器主体的外围表面向信号孔延伸且与信号孔之间留有余量，每个所述信号电极从电阻器主体的信号孔向外围表面延伸且与外围表面之间留有余量；

所述电阻器主体的外围表面上设有用于包覆所有公共接地极引出部分的接地引出端，所述信号孔处设有用于包覆所有信号电极引出部分的信号引出端；

所述电阻器主体的上下表面设有表面涂覆层。

作为本发明的进一步改进，所述电阻器主体为带有多个信号孔的圆环状陶瓷板，所述信号孔的轴线与陶瓷板的轴线相平行。

作为本发明的进一步改进，所述陶瓷膜片的厚度为50um～200um，所述陶瓷膜片为主成分和副成分制成的片状结构，所述主成分为SrTiO₃，所述副成分包括Si化合物、Al化合物、Li化合物、稀土类元素化合物中的一种或多种。

作为本发明的进一步改进，所述公共接地极、信号电极的厚度均为0.5um～2.0um，所述公共接地极、信号电极为Ni或Ni合金制成的片状结构。

作为本发明的进一步改进，所述接地引出端、信号引出端的厚度均为5um～50um，所述接地引出端、信号引出端为Cu、Ag、Ag-Pd合金、Au中的一种或多种，或在Cu、Ag、Ag-Pd合金、Au中的一种或多种中添加玻璃和/或金属氧化物制成的环状结构。

作为本发明的进一步改进，所述表面涂覆层包括玻璃釉料层和有机涂覆层；

所述玻璃釉料层设置在所述电阻器主体的上下表面上；

所述有机涂覆层设置在所述玻璃釉料层上。

本发明还提供一种多功能多层板式阵列压敏电阻器的制备方法，包括：

步骤1、通过湿法印刷或流延法制备生坯芯片；

步骤2、对生坯芯片进行排塑、烧结制备电阻器主体；

步骤3、在电阻器主体上制备接地引出端、信号引出端和表面涂覆层，完成多功能多层板式阵列压敏电阻器的制备。

作为本发明的进一步改进，所述步骤1包括：

采用湿法印刷方法时，在基片上逐层印刷陶瓷膜片浆料和内电极浆料，通过采用模具冲压法或激光成型法将生巴块加工成带有信号孔的坯体后与基片剥离，形成生坯芯片；

采用流延方法时，将陶瓷膜片浆料形成陶瓷膜片，在其上印刷内电极浆料后，进行层叠；将生坯通过等静压的方法进行匀压，然后采用模具冲压法或激光成型法按将生巴块加工成带有信号孔的坯体后与基体剥离，形成生坯芯片。

作为本发明的进一步改进，在步骤2中：

排塑工艺为：排塑在空气中进行，排塑的升温速度为2～100℃/小时、排塑温度为180～400℃、保温时间为1～200小时；

烧结工艺为：烧结在还原性气氛中进行，还原性气氛中的氧分压为10^-7～10^-11大气压，烧结温度为1100℃～1400℃、保温时间为0.5～8小时、升温速率为50～500℃/小时、冷却速度为50～500℃/小时。

作为本发明的进一步改进，在还原性气氛中烧结完成后需对电阻器主体进行退火处理；

退火处理在氧分压为10^-4～10^-6大气压或以上的气氛中进行，退火温度为800℃～1100℃、退火保温时间2～10小时、冷却速度为50℃～500℃/小时。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明公开的多功能多层板式阵列压敏电阻器及其制备方法，其有效提高了滤波连接器的抗电磁干扰的能力，解决接口处电磁干扰问题；

本发明能够实现电容器和压敏电阻器的双重效果，本发明的产品在低压下具有较大的电容量，实现电容器的功能，在电压高于某个临界值后，具有很强的压敏电阻器的功能；

本发明可以提供完善的瞬态过压保护功能和EMI滤波解决方案，而且比起其他瞬态保护器件具有重量轻、体积小、机械强度高，耐冲击和震动能力强的优势，确保了滤波连接器的质量可靠性。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的多功能多层板式阵列压敏电阻器的主视图；

图2为本发明一种实施例公开的多功能多层板式阵列压敏电阻器的侧视图；

图3为图1中A-A剖视图；

图4为本发明一种实施例公开的多功能多层板式阵列压敏电阻器的使用示意图。

图中：

1、电阻器主体；2、陶瓷膜片；3、公共接地极；4、信号电极；5、接地引出端；6、信号引出端；7、表面涂覆层；8、信号孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

实施例1：

如图1-4所示，为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种多功能多层板式阵列压敏电阻器，包括：电阻器主体1、陶瓷膜片2、公共接地极3、信号电极4、接地引出端5、信号引出端6、表面涂覆层7和信号孔8；

本发明的电阻器主体1为带有多个信号孔8的圆环状陶瓷板，信号孔8的轴线与陶瓷板的轴线相平行，如图1-2所示；本发明的电阻器主体1也可设置成其他形状，电阻器主体1由多层陶瓷膜片2及内电极构成；其中：

本发明的陶瓷膜片2在拐角以及棱边不进行圆弧处理，陶瓷膜片2的厚度为50um～200um，陶瓷膜片2为主成分和副成分制成的片状结构，主成分为SrTiO₃，副成分包括Si化合物、Al化合物、Li化合物、稀土类元素化合物等中的一种或多种。

本发明的内电极包括多个公共接地极3和信号电极4，公共接地极3、信号电极4的厚度均为0.5um～2.0um，公共接地极3、信号电极4为Ni或Ni合金等制成的片状结构。多个公共接地极3与多个信号电极4在陶瓷膜片2的层叠方向上交替排列，即：相邻两层陶瓷膜片的上层陶瓷膜片2上印刷有公共接地极3，下层陶瓷膜片2上印刷有信号电极4；公共接地极3与信号电极4在层叠方向上部分重叠，即：公共接地极3与信号电极4在层叠方向(图3中垂直方向)上进行投影时，公共接地极3与信号电极4具有重叠面积；公共接地极3与信号电极4的重叠面积决定压敏电阻器的性能。

本发明每个公共接地极3从电阻器主体1的外围表面向信号孔8延伸且与信号孔8之间留有余量；如图3所示，本发明公共接地极3为一整体结构，其与信号孔之间留有余量，即：空有间隙；余量的大小根据实际压敏电阻器需求进行设计。

本发明每个信号电极4从电阻器主体1的信号孔8向外围表面延伸且与外围表面之间留有余量；如图3所示，本发明信号电极4均为从信号孔向外延伸；若临近外围表面的信号孔8，则信号电极4与外围表面之间留有余量；若为内部信号孔8，则信号电极4之间不对接。

如图3所示，本发明的电阻器主体1的外围表面上设有用于包覆所有公共接地极3引出部分的接地引出端5，信号孔8处设有用于包覆所有信号电极4引出部分的信号引出端6；接地引出端5、信号引出端6的厚度均为5um～50um，接地引出端5、信号引出端6采用Cu、Ag、Ag-Pd合金、Au等。另外外部电极中包含玻璃等能够提高接地引出端5、信号引出端6与公共接地极3以及信号电极4的连接可靠性，另外添加金属氧化物以提高引出端电极的致密性，以提高产品的耐湿性。

本发明电阻器主体1的上下表面设有表面涂覆层7，表面涂覆层7包括玻璃釉料层和有机涂覆层；玻璃釉料层设置在电阻器主体的上下表面上，有机涂覆层设置在玻璃釉料层上。其中，玻璃釉料层属于绝缘介质，主要成分与摩尔含量为Ca：40％-50％，Ti：15％-25％；Si：20-30％；Al：0-3％；Co：0.1-2.0％以及其他微量Mg、Li、B等；有机涂覆层为三防漆，主要成分为丙烯酸树脂或聚氨酯以及有机硅等。

实施例2：

本发明提供一种多功能多层板式阵列压敏电阻器的制备方法，包括：

步骤1、通过湿法印刷或流延法制备生坯芯片；

步骤2、对生坯芯片进行排塑、烧结制备电阻器主体；

步骤3、在电阻器主体上制备接地引出端、信号引出端和表面涂覆层，完成多功能多层板式阵列压敏电阻器的制备。

其中，本发明与已有叠层器件一样，通过使用湿法印刷或流延法，制备生坯芯片，通过采用模具冲压法或激光成型法按所需图形尺寸将生料加工成带有信号孔的坯体，对其进行排塑、烧结后，通过印刷或转印、烧结来制造外电极。以下对制造方法做具体说明：

首先，制造陶瓷膜片用浆料

陶瓷膜片用浆料可以是压敏电阻原料和有机成分混合成的有机系浆料，也可以是水基系浆料。

有机粘合剂是将树脂溶解在有机溶剂中所得到的，对所使用的树脂没有特殊的限制，可以为乙基纤维素、PVB等常用的粘合剂中选取一种或多种。所使用的有机溶剂可以根据湿法印刷和流延方法进行选取，如甲苯、丙酮、酒精、松油醇等；

水基粘合剂是将水溶性树脂、分散剂等溶解在水中而得到。对所使用的水溶型树脂没有特别的限制，可以从PVA、纤维素、水溶性丙烯酸树脂、乳胶等选取一种或几种；

浆料中树脂的含量1～10重量％左右，溶剂10～40重量％左右。浆料中可根据需要选用合适的分散剂、增塑剂、压敏电阻粉体、绝缘体等添加物。

在采用湿法印刷的方法时，在PET等基片上逐层印刷压敏电阻浆料和内电极浆料，通过采用模具冲压法或激光成型法按所需图形尺寸将生巴块加工成带有通孔的坯体后与基体剥离，形成生坯芯片；与此相对，采用流延方法时，将压敏电阻浆料形成薄膜片，在其上印刷内部电极浆料后，将他们层叠，将生坯通过等静压的方法进行匀压。然后采用模具冲压法或激光成型法按所需图形尺寸将生巴块加工成带有通孔的坯体后与基体剥离，形成生坯芯片。

然后对该生坯芯片进行排塑和烧结。

对生坯芯片进行排塑处理：通常在空气中进行，优选升温速度为2～100℃/小时，更优选5～30℃/小时，保温温度优选180～400℃，更优选200～300℃，温度保持时间为1～200小时，更优选24～150小时。

排塑完成后生坯烧结时环境气氛中的氧分压优选为10^-7～10^-11大气压。氧分压过高降低了产品的半导化程度，且电极存在氧化的风险；氧分压过低，内部电极出现异常烧结，并中断。

另外烧成时的温度优选1100℃～1400℃，优选1200℃～1320℃。保温温度小于前述温度范围时，致密化不充分；高于上述温度范围时，内部电极出现异常烧结中断，而导致电极材料与瓷体发生扩散，造成产品性能恶化。

除此以外的烧成条件，优选升温速率为50～500℃/小时，更优选100～300℃/小时，优选保温时间为0.5～8小时，更优选1～3小时，优选冷却速度为50～500℃/小时，更优选200～300℃/小时，另外烧成环境优选还原性气氛，还原性气氛如将H2+N2混合气体加热后使用或真空环境。

在还原性气氛中烧结后，需对电阻器主体进行退火，将主体介质层再氧化，可明显提高晶界层绝缘性。退火环境中氧分压优选在10^-6大气压或以上，特优选为10^-5～10^-4大气压，氧分压小于前述范围时，主体瓷体的再氧化困难，超出上述范围时存在内电极氧化的倾向。

退火的温度优选为1100℃及以下，特别优选温度为800℃～1100℃。保持温度小于前述范围时主体介质层晶界氧化不充分，故绝缘电阻低，影响产品性能。而当保温温度超出前述范围时，不仅内部电极层氧化后容量降低，而且内部电极与介质反应，容易产生性能恶化，绝缘降低，非线性系数降低。再者退火也可以单独进行，即由室温升到退火温度，然后降温。

除此之外，退火保温时间为0～25小时，优选2～10小时，优选冷却速度为50℃～500℃/小时。

对上述制得的叠层压敏电阻器主体采用喷砂的方式将电极端面研磨，然后通过真空通孔涂覆外电极后烧结形成接地引出端、信号引出端。然后根据需要在外部电极(接地引出端、信号引出端)表面采用电镀等形成焊接层。

实施例3：

如图1-4所示，本发明压敏电阻器阵列的形状为圆形，直径为20.95mm，厚度为3.00mm。其内电极的层数为8层，两端端层(最上层/下层陶瓷膜板)厚度为1000μm，中间层(中间层陶瓷膜板)厚度均匀且为120μm；金属电极内置于两层陶瓷基体之间；信号孔位之间彼此独立，信号孔间距采用2.54mm的标准密度，引出端为圆形插针引出，孔径为0.95mm，平面阵列接触数目为55个；信号极引出端位于陶瓷板内的小孔内表面；接地极引出端位于陶瓷板的外围表面，接地极引出端采用不间断的多层结构设计，一直延伸到连接器的壳体。具体制造方式同实施例2。

本发明制备的压敏电阻器阵列外形如图1、2，性能如表1。

表1压敏电阻器阵列性能

本发明公开的多功能多层板式阵列压敏电阻器及其制备方法，其有效提高了滤波连接器的抗电磁干扰的能力，解决接口处电磁干扰问题；本发明能够实现电容器和压敏电阻器的双重效果，本发明的产品在低压下具有较大的电容量，实现电容器的功能，在电压高于某个临界值后，具有很强的压敏电阻器的功能；本发明可以提供完善的瞬态过压保护功能和EMI滤波解决方案，而且比起其他瞬态保护器件具有重量轻、体积小、机械强度高，耐冲击和震动能力强的优势，确保了滤波连接器的质量可靠性。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。