CN104851539A - 一种电子元器件导电电极及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种电子元器件的导电电极，该电极包含双层结构，即导电层与焊接层，导电层与电子陶瓷形成欧姆接触，形成导电通路，导电层选用纳米金属颗粒经高温烧成致密导电膜；导电层表面需沉积可焊接性好的金属材料形成焊接层；焊接层选用纯紫铜或铜的合金材料采用热电弧或火焰喷涂而成。本发明还公开了该导电电极的制备方法。电子陶瓷采用此种电极，不但电极成本降低，而且耐大电流冲击特性显著提升。

Description

一种电子元器件导电电极及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种电子元器件导电电极，本发明还涉及该导电电极的制备方法。

背景技术

压敏电阻是一种限压型保护器件，具有大电流处理和能量吸收能力，低泄露电流、多种浪涌波形承受能力；其独特的非线性特性可将过电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护，其响应时间短，通常为纳秒级。压敏电阻通常由主料ZnO粉末中掺入少量的电子级Bi₂O₃、Co₂O₃、MnO₂ 、Sb₂O₃等多种添加剂，经混料后喷雾造粒、干压成型、排胶烧结、印刷烧附银导电浆料等一系列工艺制成电子陶瓷。

为了降低压敏电阻的制造成本，现有技术中，申请号为201310177249.5，发明名称为“一种电子陶瓷组件的卑金属复合电极及其制备方法”的中国公开专利文献公开了多层热喷涂贱金属的工艺，此工艺所制作压敏电阻的电极缺点是，喷涂材料与陶瓷只是表面物理吸附，金属材料与陶瓷基体界面阻抗高，高放电电流易在界面产生高热量，冲击后失效模式均为电极与陶瓷体分离，对产品的长期应用可靠性带来风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出一种新型的电子元器件的导电电极，替代传统纯银浆印刷工艺，可以降低电子元器件电极成本，同时提升压敏电阻耐8/20us波形雷电流冲击能力。

本发明所要解决的另一种技术问题是提供了前述导电电极的一种制备方法。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种电子元器件的导电电极，其特点是：该电极包含双层结构，即导电层与焊接层，导电层与电子陶瓷形成欧姆接触，形成导电通路，导电层选用纳米金属颗粒经高温烧成致密导电膜；导电层表面需沉积可焊接性好的金属材料形成焊接层；焊接层选用纯紫铜或铜的合金材料采用热电弧或火焰喷涂而成。

本发明所述的电子元器件的导电电极，进一步优选的技术方案是：所述的导电层电极采用丝网印刷工艺印刷而成。

本发明所述的电子元器件的导电电极，进一步优选的技术方案是：所述的导电层的材料选自银浆、NixB浆、铝镍浆、铝锌浆或铝镍锌三种贱金属材料的浆料。

本发明所述的电子元器件的导电电极，进一步优选的技术方案是：所述的银浆由以下重量百分比的原料组成：

银纳米粉    30%-40%；优选34%-36%；进一步优选35%；

玻璃粉   1%-4%；优选2%-4%；进一步优选3%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体 59%-69%；优选60%-65%；进一步优选62%；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

本发明所述的电子元器件的导电电极，进一步优选的技术方案是：所述的NixB浆由以下重量百分比的原料组成：

NiB合金粉    60%-75%；优选65%-72%；进一步优选70%；

玻璃粉       5%-10%；优选6%-8%；进一步优选7%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体    15%-30%；优选20%-25%；进一步优选23%；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

本发明所述的电子元器件的导电电极，进一步优选的技术方案是：所述的铝镍浆由以下重量百分比的原料组成：

铝粉    61%-75%；优选65%-70%；进一步优选67%；

镍粉   0.5%-1%；优选0.6%-0.8%；进一步优选0.7%；

玻璃粉    5%-8%；优选6%-7%；进一步优选6.3%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体  16%-30%；优选22%-28%；进一步优选26%；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

本发明所述的电子元器件的导电电极，进一步优选的技术方案是：所述的铝锌浆由以下重量百分比的原料组成：

铝粉    61%-75%；优选65%-70%；进一步优选67%；

锌粉   0.5%-1%；优选0.6%-0.8%；进一步优选0.7%；

玻璃粉    5%-8%；优选6%-7%；进一步优选6.3%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体  16%-30%；优选22%-28%；进一步优选26%；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

本发明所述的电子元器件的导电电极，进一步优选的技术方案是：所述的铝镍锌浆由以下重量百分比的原料组成：

铝粉  60%-75%；优选65%-70%；进一步优选66%；

锌粉  0.5%-1%；优选0.6%-0.8%；进一步优选0.7%；

镍粉  0.5%-1%；优选0.6%-0.8%；进一步优选0.7%；

玻璃粉   5%-8%；优选6%-7%；进一步优选6.6%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体  15%-30%；优选22%-28%；进一步优选26%；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现的。本发明还公开了一种如以上任何一项技术方案所述的电子元器件导电电极的制备方法，其特点是，包含以下制作步骤：

（1）陶瓷表面经纯水清洗后，离心甩干后；

（2）金属粉加入玻璃粉及有机载体制作成一定金属含量的金属膏，通过丝网印刷方式，并控制下料量将上述浆料印刷于陶瓷基片的正反面；

（3）将已印刷金属膏的瓷片放入150-200℃隧道炉10-20min烘干；

（4）将烘干好的芯片放入温度为550℃~650℃的隧道炉内进行烧金属还原，导电层制备完毕；

（5）将制备完导电层的芯片置入遮蔽工装中；喷涂丝材采用紫铜丝，设定电弧热喷涂的喷涂参数，喷涂电压为20~35V，喷涂电流为100~200A，喷涂气压为0.5~0.6Mpa；送丝电压10~14V，喷涂厚度为20~30μm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：降低贵金属的材料用量，采用贱金属材料复合工艺形成导电电极提升电子元器件的耐雷电流冲击能力。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细的说明，以使本领域技术人员进一步的理解本发明，而不构成对本发明权利的限制。

实施例1，一种电子元器件的导电电极，该电极包含双层结构，即导电层与焊接层，导电层与电子陶瓷形成欧姆接触，形成导电通路，导电层选用纳米金属颗粒经高温烧成致密导电膜；导电层表面需沉积可焊接性好的金属材料形成焊接层；焊接层选用纯紫铜或铜的合金材料采用热电弧或火焰喷涂而成。

实施例2，实施例1所述的电子元器件的导电电极中：所述的导电层电极采用丝网印刷工艺印刷而成。

实施例3，实施例1或2所述的电子元器件的导电电极中：所述的导电层的材料选自银浆、NixB浆、铝镍浆、铝锌浆或铝镍锌三种贱金属材料的浆料。

实施例4，实施例3所述的电子元器件的导电电极中：所述的银浆由以下重量百分比的原料组成：

所述的银浆由以下重量百分比的原料组成：

银纳米粉    40%；

玻璃粉   1%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体 59；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

实施例5，实施例3所述的电子元器件的导电电极中：所述的银浆由以下重量百分比的原料组成：

所述的银浆由以下重量百分比的原料组成：

银纳米粉  30%；

玻璃粉   4%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体 66%；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

实施例6，实施例3所述的电子元器件的导电电极中：所述的银浆由以下重量百分比的原料组成：

银纳米粉  35%；

玻璃粉   3%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体 62%；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

实施例7，实施例3所述的电子元器件的导电电极中：所述的NixB浆由以下重量百分比的原料组成：

NiB合金粉   60%

玻璃粉       10%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体    30%；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

实施例8，实施例3所述的电子元器件的导电电极中：所述的NixB浆由以下重量百分比的原料组成：

NiB合金粉  75%；

玻璃粉       5%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体    20%；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

实施例9，实施例3所述的电子元器件的导电电极中：所述的NixB浆由以下重量百分比的原料组成：

NiB合金粉    70%；

玻璃粉        7%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体     23%；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

实施例10，实施例3所述的电子元器件的导电电极中：所述的铝镍浆由以下重量百分比的原料组成：

铝粉    61%；

镍粉    1%；

玻璃粉   8%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体  30%；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

实施例11，实施例3所述的电子元器件的导电电极中：所述的铝镍浆由以下重量百分比的原料组成：

铝粉    75%；

镍粉   0.5%

玻璃粉    5%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体  19.5%；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

实施例12，实施例3所述的电子元器件的导电电极中：所述的铝镍浆由以下重量百分比的原料组成：

铝粉  67%；

镍粉   0.7%；

玻璃粉 6.3%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体 26%；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

实施例13，实施例3所述的电子元器件的导电电极中：所述的铝锌浆由以下重量百分比的原料组成：

铝粉   61%

锌粉   1%；

玻璃粉  8%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体  30%；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

实施例14，实施例3所述的电子元器件的导电电极中：所述的铝锌浆由以下重量百分比的原料组成：

铝粉   75%；

锌粉   0.5%；

玻璃粉    5%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体  19.5%；优选22%-28%；进一步优选26%；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

实施例15，实施例3所述的电子元器件的导电电极中：所述的铝锌浆由以下重量百分比的原料组成：

铝粉   67%；

锌粉   0.7%；

玻璃粉   6.3%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体  26%；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

实施例16，实施例3所述的电子元器件的导电电极中：所述的铝镍锌浆由以下重量百分比的原料组成：

铝粉  60%；

锌粉  1%；

镍粉  1%；

玻璃粉   8%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体  30%；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

实施例17，实施例3所述的电子元器件的导电电极中：所述的铝镍锌浆由以下重量百分比的原料组成：

铝粉  75%；

锌粉  0.5%；

镍粉  0.5%；

玻璃粉   5%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体  19%；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

实施例18，实施例3所述的电子元器件的导电电极中：所述的铝镍锌浆由以下重量百分比的原料组成：

铝粉66%；

锌粉0.7%；

镍粉  0.7%；

玻璃粉  6.6%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体26%；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

实施例19，一种如实施例4-18所述的电子元器件导电电极的制备方法，包含以下制作步骤：

（1）陶瓷表面经纯水清洗后，离心甩干后；

（2）金属粉加入玻璃粉及有机载体制作成一定金属含量的金属膏，通过丝网印刷方式，并控制下料量将上述浆料印刷于陶瓷基片的正反面；

（3）将已印刷金属膏的瓷片放入150℃隧道炉10min烘干；

（4）将烘干好的芯片放入温度为550℃的隧道炉内进行烧金属还原，导电层制备完毕；

（5）将制备完导电层的芯片置入遮蔽工装中；喷涂丝材采用紫铜丝，设定电弧热喷涂的喷涂参数，喷涂电压为20V，喷涂电流为100A，喷涂气压为0.5Mpa；送丝电压10V，喷涂厚度为20μm。

实施例20，一种如实施例4-18所述的电子元器件导电电极的制备方法，其特点是，包含以下制作步骤：

（1）陶瓷表面经纯水清洗后，离心甩干后；

（2）金属粉加入玻璃粉及有机载体制作成一定金属含量的金属膏，通过丝网印刷方式，并控制下料量将上述浆料印刷于陶瓷基片的正反面；

（3）将已印刷金属膏的瓷片放入200℃隧道炉20min烘干；

（4）将烘干好的芯片放入温度为650℃的隧道炉内进行烧金属还原，导电层制备完毕；

（5）将制备完导电层的芯片置入遮蔽工装中；喷涂丝材采用紫铜丝，设定电弧热喷涂的喷涂参数，喷涂电压为35V，喷涂电流为200A，喷涂气压为0.6Mpa；送丝电压14V，喷涂厚度为30μm。

实施例21，采用14D681型号的压敏电阻作实验，过程与结果如下：

实验1：

1.电极导电层制作步骤：

（1）陶瓷表面经纯水清洗后，离心甩干后；

（2）纯银粉加入重量比3%玻璃粉及重量比55%的有机载体制作成银含量为40%之银膏。通过丝网印刷方式，并控制下料量将上述银膏印刷于陶瓷基片1的正反面；

（3）将已印刷银膏的瓷片放入200度隧道炉10min烘干。

（4）将烘干好的芯片放入温度为600℃的隧道炉内进行烧银还原，导电层制备完成。

2.焊接层制作步骤：

将制备完成的芯片置入遮蔽工装中；

喷涂丝材采用紫铜丝，设定电弧热喷涂的喷涂参数，喷涂电压为20~35V，喷涂电流为100~200A，喷涂气压为0.5~0.6Mpa；送丝电压10~14V，喷涂厚度为20~30μm。

将制作完成导电层与焊接层的芯片与镀锡铜线采用焊锡焊接，焊接品经环氧树脂进行包封，测试电气特性。

实验2-5是在实验1基础上将丝网印刷材料分别更换为NixB浆、铝镍浆、铝锌浆或铝镍锌三种贱金属材料的浆料，工艺步骤在此不再熬述。

比较各实验的耐8/20us雷电流冲击能力，标准为雷电流冲击前后电压变化率︳V1mA前-V1mA后︳/V1mA前<10% 且外观无崩片，参照下表：

从实验对比表中可以得出结论，采用印刷铝镍锌浆料与紫铜丝喷涂后的复合电极比传统印刷纯银浆制作电极雷电流冲击能力更强，可以达到7KA仍外观OK，同时雷电流冲击前后电压变化率均小于其他丝网印刷浆料与紫铜丝喷涂后形成的电极。

Claims (10)

1.一种电子元器件的导电电极，其特征在于：该电极包含双层结构，即导电层与焊接层，导电层与电子陶瓷形成欧姆接触，形成导电通路，导电层选用纳米金属颗粒经高温烧成致密导电膜；导电层表面需沉积可焊接性好的金属材料形成焊接层；焊接层选用纯紫铜或铜的合金材料采用热电弧或火焰喷涂而成。

2.根据权利要求1所述的电子元器件的导电电极，其特征在于：所述的导电层电极采用丝网印刷工艺印刷而成。

3.根据权利要求1或2所述的电子元器件的导电电极，其特征在于：所述的导电层的材料选自银浆、NixB浆、铝镍浆、铝锌浆或铝镍锌三种贱金属材料的浆料。

4.根据权利要求3所述的电子元器件的导电电极，其特征在于：所述的银浆由以下重量百分比的原料组成：

银纳米粉    30%-40%；

玻璃粉   1%-4%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体 59%-69%；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

5.根据权利要求3所述的电子元器件的导电电极，其特征在于：所述的NixB浆由以下重量百分比的原料组成：

NiB合金粉    60%-75%；

玻璃粉       5%-10%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体    15%-30%；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

6.根据权利要求3所述的电子元器件的导电电极，其特征在于：所述的铝镍浆由以下重量百分比的原料组成：

铝粉    61%-75%；

镍粉   0.5%-1%；

玻璃粉    5%-8%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体  16%-30%；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

7.根据权利要求3所述的电子元器件的导电电极，其特征在于：所述的铝锌浆由以下重量百分比的原料组成：

铝粉    61%-75%；

锌粉    0.5%-1%；

玻璃粉    5%-8%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体  16%-30%；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

8.根据权利要求3所述的电子元器件的导电电极，其特征在于：所述的铝镍锌浆由以下重量百分比的原料组成：

铝粉  60%-75%；

锌粉  0.5%-1%；

镍粉  0.5%-1%；

玻璃粉    5%-8%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体  15%-30%；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

9.根据权利要求3所述的电子元器件的导电电极，其特征在于：所述的铝镍锌浆由以下重量百分比的原料组成：

铝粉  66%；

锌粉  0.7%；

镍粉  0.7%；

玻璃粉    6.6%；玻璃粉的主要成份为BiO₂，ZnO和B₂O₃；

有机载体  26%；有机载体的主要成份为乙基纤维素与松油醇。

10.一种如权利要求4－9中任何一项所述的电子元器件导电电极的制备方法，其特征在于，包含以下制作步骤：

（1）陶瓷表面经纯水清洗后，离心甩干后；

（2）金属粉加入玻璃粉及有机载体制作成一定金属含量的金属膏，通过丝网印刷方式，并控制下料量将上述浆料印刷于陶瓷基片的正反面；

（3）将已印刷金属膏的瓷片放入150-200℃隧道炉10-20min烘干；

（4）将烘干好的芯片放入温度为550℃~650℃的隧道炉内进行烧金属还原，导电层制备完毕；

（5）将制备完导电层的芯片置入遮蔽工装中；喷涂丝材采用紫铜丝，设定电弧热喷涂的喷涂参数，喷涂电压为20~35V，喷涂电流为100~200A，喷涂气压为0.5~0.6Mpa；送丝电压10~14V，喷涂厚度为20~30μm。