專利名稱：陶瓷電子部件的制作方法
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種陶瓷電子部件，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種用于正溫度系數(shù)的熱敏電阻(PTC熱敏電阻)等的電子部件，它包括主要含鈦酸鋇的半導(dǎo)體陶瓷。
發(fā)明的背景鈦酸鋇半導(dǎo)體陶瓷已被用于PTC熱敏電阻，這種熱敏電阻一般用于陰極射線管的去磁、過(guò)流保護(hù)等。降低鈦酸鋇半導(dǎo)體陶瓷的電阻形成小型化和大電流陶瓷電子部件，因此開(kāi)發(fā)了具有內(nèi)電極的的疊層陶瓷電子部件。
隨著技術(shù)的進(jìn)步，要求陶瓷電子部件具有更高的可靠性。為了保持陶瓷電子部件的抗?jié)裥?、耐熱性或耐候性，常在該部件的表面涂覆一層有機(jī)樹(shù)脂或無(wú)機(jī)玻璃形成保護(hù)層，從而防止可靠性下降。具體地說(shuō)，如日本專利公報(bào)3-79842所述通過(guò)例如使用部件和部件保護(hù)層之間熱膨脹系數(shù)差異小的材料來(lái)改進(jìn)陶瓷電子部件的可靠性。
但是，已知的疊層陶瓷電子部件的電極必須使用基金屬(如鎳)來(lái)確保電阻性接觸，因此該部件必須在還原性氣氛中燒制。
另外，通過(guò)涂覆有機(jī)樹(shù)脂或無(wú)機(jī)玻璃形成的陶瓷電子部件保護(hù)層在封裝時(shí)產(chǎn)生的熱量或線路板封裝后周圍電子部件產(chǎn)生的熱量作用后會(huì)受損。盡管部件和部件保護(hù)層之間的熱膨脹系數(shù)相差較小，但是這種保護(hù)層不能長(zhǎng)期使用。
另一方面，在還原性氣氛中燒制時(shí)鈦酸鋇半導(dǎo)體的PTC特性下降，結(jié)果耐電壓性下降。
發(fā)明的概述因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種高耐電壓的低電阻陶瓷電子部件。
為此，本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種陶瓷電子部件，它包括部件本體和在該本體表面上的電極。所述部件本體包括浸漬玻璃組分的陶瓷，其相對(duì)密度約為90％或更低。
本發(fā)明的另一方面提供一種陶瓷電子部件，它包括含主要是鈦酸鋇的陶瓷的部件本體。所述陶瓷不含燒結(jié)添加劑并浸漬有玻璃組分。所述陶瓷電子部件還包括在所述部件本體表面上的電極。
本發(fā)明的另一方面提供一種陶瓷電子部件，它包括含主要是鈦酸鋇并且不含燒結(jié)添加劑的半導(dǎo)體陶瓷的部件本體。所述半導(dǎo)體陶瓷浸漬有玻璃組分并且相對(duì)密度約為90％或更低。所述陶瓷電子部件還包括在所述部件本體表面上的電極。
所述陶瓷電子部件還包括內(nèi)電極和主要含鈦酸鋇的半導(dǎo)體陶瓷層。所述半導(dǎo)體陶瓷層和內(nèi)電極是交替疊合的。
所述陶瓷電子部件還包括含玻璃組分的保護(hù)層。所述保護(hù)層位于所述部件本體的表面上。
已知鈦酸鋇半導(dǎo)體陶瓷一般含有燒結(jié)添加劑(如SiO2和B2O3)，而本發(fā)明半導(dǎo)體陶瓷不含燒結(jié)添加劑。在還原性氣氛中燒制后對(duì)本發(fā)明陶瓷稍許進(jìn)行再氧化就可使之呈現(xiàn)顯著的PTC。在陶瓷不含任何燒結(jié)添加劑時(shí)，在線路板封裝時(shí)的焊劑等降低了陶瓷的耐電壓。但是，用玻璃組分浸漬陶瓷抑制了耐電壓下降。
通過(guò)用玻璃浸漬相對(duì)密度約為90％或更低的陶瓷(即不含燒結(jié)添加劑的陶瓷)，本發(fā)明陶瓷電子部件可呈現(xiàn)低電阻和高耐電壓。
因此，本發(fā)明提供一種高耐電壓低電阻的陶瓷電子部件用于PTC熱敏電阻。
下面參照附圖的實(shí)例更清楚地描述本發(fā)明上述和其它目的、特性和優(yōu)點(diǎn)。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是本發(fā)明疊層PTC熱敏電阻一個(gè)例子的示意圖；圖2是本發(fā)明疊層PTC熱敏電阻另一個(gè)例子的示意圖。
較好實(shí)例的描述實(shí)施例1摻混BaCO3、TiO2和Sm2O3制得下列粉末用于半導(dǎo)體陶瓷組合物(Ba0.998Sm0.002)1.002TiO3在水中用氧化鋯球?qū)⒃摲勰┓鬯?小時(shí)并在1100℃鍛燒2小時(shí)。加入有機(jī)粘合劑后，將混合物成形成片材。隨后在上面印刷鎳內(nèi)電極。將片材疊合在一起，在H2/N2還原性氣氛中在1200℃燒制之。隨后，在片材上形成Ag制成的外電極，在空氣中在700℃再氧化以形成圖1所示的PTC熱敏電阻。
圖1所示的PTC熱敏電阻10包括部件本體12。所述部件本體12包括多層半導(dǎo)體陶瓷層14和多片內(nèi)電極16。半導(dǎo)體陶瓷層14和內(nèi)電極16交替疊合。內(nèi)電極16在部件本體12的一端和另一端交替露出。
外電極18a和18b各自位于部件本體12的各側(cè)并各自與在該端露出的內(nèi)電極16相連。
將該P(yáng)TC熱敏電阻10在Na-Si-O2溶液中浸泡1小時(shí)并在600℃加熱之，從而浸漬玻璃組分。將該包括半導(dǎo)體陶瓷的PTC電阻10焊接在印刷線路板上，隨后測(cè)定室溫電阻和耐電壓。
實(shí)施例2用與實(shí)施例1相同的方法制得PTC熱敏電阻10，但是用Li-Si-O玻璃溶液代替所述玻璃溶液，隨后測(cè)定室溫電阻和耐電壓。
實(shí)施例3用與實(shí)施例1相同的方法制得PTC熱敏電阻10，但是用K-Si-O玻璃溶液代替所述玻璃溶液，隨后測(cè)定室溫電阻和耐電壓。
比較例1用與實(shí)施例1相同的方法制得PTC熱敏電阻，但是半導(dǎo)體陶瓷組合物還含有SiO2。其組成為(Ba0.998Sm0.002)1.002TiO3+0.01 SiO2隨后，測(cè)定室溫電阻和耐電壓。
比較例2用與實(shí)施例1相同的方法制得PTC熱敏電阻，但是半導(dǎo)體陶瓷組合物還含有Al2O3和SiO2。其組成為(Ba0.998Sm0.002)1.002TiO3+0.01 SiO2+0.003Al2O3隨后，測(cè)定室溫電阻和耐電壓。
比較例3用與實(shí)施例1相同的方法制得PTC熱敏電阻，但是半導(dǎo)體陶瓷組合物還含有B2O3。其組成為(Ba0.998Sm0.002)1.002TiO3+0.005B2O3隨后，測(cè)定室溫電阻和耐電壓。
比較例4用與實(shí)施例1相同的方法制得PTC熱敏電阻，但是不使用浸漬步驟，隨后，測(cè)定室溫電阻和耐電壓。
電阻和耐電壓測(cè)定結(jié)果列于表1。表中“PTC log(R250/R25)(數(shù)字)”表示PTC熱敏電阻試樣在250℃的電阻除該試樣在25℃的電阻的對(duì)數(shù)。
表1
表1表明，加入燒結(jié)添加劑的比較例1-3呈現(xiàn)明顯低的PTC和低耐電壓，未浸漬玻璃組分的比較例4 PTC熱敏電阻呈現(xiàn)高的PTC但是低的耐電壓。相反，實(shí)施例1-3呈現(xiàn)高的PTC和高的耐電壓20V。
下面描述的PTC熱敏電阻等包含相對(duì)密度約為90％或更小并且主要包含鈦酸鋇的半導(dǎo)體陶瓷。
實(shí)施例4使用BaCO3、TiO2和硝酸釤溶液作為鈦酸鋇半導(dǎo)體陶瓷的原料。稱重這些材料使Sm與Ti的摩爾比為0.0012，在純水中用氧化鋯球?qū)⑵浠旌?小時(shí)。在該制劑中，改變Ba與Ti的比例。隨后蒸發(fā)干燥該混合物并在1150℃鍛燒2小時(shí)以形成粉末。將該鍛燒的粉末與分散劑和純水混合并粉碎。向粉末中加入粘合劑等以形成糊漿。用刮刀法將糊漿制成坯片。用鎳糊料在該坯片上網(wǎng)印內(nèi)電極。將坯片疊合在一起使內(nèi)電極在疊合的坯片的一端和另一端交替露出。隨后壓粘該疊合片并切割，形成疊合物。在該疊合物的頂部和底部上壓粘不帶內(nèi)電極的坯片。在疊合物兩側(cè)施加鎳糊料作為外電極。
在空氣中從疊合物中除去粘合劑后，將疊合物在強(qiáng)還原性氣氛(氫與氮之比為3∶100)中在1200℃燒制2小時(shí)。隨后將電阻性銀糊料施加在疊合物上。將該疊合物在500-1000℃的溫度下在空氣中再氧化一小時(shí)，形成圖2所示的疊層PTC熱敏電阻10的部件本體12。
圖2所示的PTC熱敏電阻10的部件本體12包括多層半導(dǎo)體陶瓷層14和多片內(nèi)電極16。半導(dǎo)體陶瓷層14和內(nèi)電極16交替疊合。內(nèi)電極16交替露出于部件本體12的一側(cè)和另一側(cè)。一個(gè)含鎳外電極18a置于部件本體12的一側(cè)并與在該側(cè)露出的內(nèi)電極16相連。外電極18a的表面帶有含銀外電極20a。另一個(gè)含鎳外電極18b和含銀外電極20b以相同的方式置于部件本體12的另一側(cè)。
將圖2所示PTC熱敏電阻10的部件本體12浸漬在無(wú)機(jī)玻璃溶液中，在真空中放置3分鐘，在150℃干燥2小時(shí)并在500℃加熱1小時(shí)。從而使部件本體12浸漬玻璃組分，表面上形成厚度為15微米含玻璃組分的保護(hù)層22，得到PTC熱敏電阻10。在這種情況下，所述無(wú)機(jī)玻璃溶液是用純水稀釋市售的硅酸鈉溶液得到的。無(wú)機(jī)玻璃溶液的SiO2∶Na2O含量約為10％。
為了測(cè)定圖2所示PTC熱敏電阻10的半導(dǎo)體陶瓷層14的相對(duì)密度，用電子顯微鏡觀察半導(dǎo)體陶瓷層14的橫截面。從整個(gè)橫截面積中減去空穴的橫截面積計(jì)算出半導(dǎo)體陶瓷層的橫截面積，得到半導(dǎo)體陶瓷層與整個(gè)面積的橫截面積之比。
為評(píng)價(jià)PTC熱敏電阻10的特性，通過(guò)回流將該P(yáng)TC熱敏電阻焊接在印刷線路板上。隨后，在外電極20a和20b之間施加電壓直至PTC熱敏電阻斷路，測(cè)定擊穿電壓。如果部件本體12表面上的保護(hù)層22不起明顯的作用，則在擊穿過(guò)程中焊料中的焊劑會(huì)滲入部件本體12。當(dāng)將電壓施加在部件本體12上時(shí)，部件本體12產(chǎn)生的熱量燒壞焊劑，從而在低電壓下PTC熱敏電阻斷路。從而，可確定含玻璃組分的保護(hù)層22的量。
比較例5-8制得4個(gè)PTC熱敏電阻用于比較。比較例5不帶保護(hù)層22；比較例6帶有丙烯酸類樹(shù)脂形成的保護(hù)層；比較例7帶有的保護(hù)層厚度為5微米；比較例8的半導(dǎo)體陶瓷層的相對(duì)密度為95％，保護(hù)層厚度為15微米。
用與實(shí)施例4相同的方法測(cè)定比較例5-8的相對(duì)密度和擊穿電壓。
實(shí)施例4和比較例5-8的測(cè)量結(jié)果列于表2。
表2
表2表明，比較例5-8呈現(xiàn)小于10V的低擊穿電壓，而實(shí)施例4呈現(xiàn)20V高的擊穿電壓。
在本發(fā)明中相對(duì)密度約為90％或更小的陶瓷是指該陶瓷未完全燒結(jié)。
為了使相對(duì)密度約為90％或更小，確定BaCO3和TiO2混合物(它是用于鈦酸鋇半導(dǎo)體陶瓷粉末的材料)的燒制溫度與鈦酸鋇半導(dǎo)體粉末的燒結(jié)溫度之間的溫度差例如約為150℃或更低。
本發(fā)明中術(shù)語(yǔ)燒結(jié)添加劑是指有助于陶瓷燒結(jié)的物質(zhì)，如SiO2、B2O3或Al2O3。
對(duì)于玻璃組分，本發(fā)明可使用堿金屬-氧化硅玻璃、硼硅酸鹽玻璃、硼硅酸鉛玻璃或硼硅酸鋇玻璃。較好使用軟化點(diǎn)約為1000℃的玻璃組分。
對(duì)于浸漬玻璃組分，可使用下列方法1)將含玻璃組分的有機(jī)化合物溶解在有機(jī)溶劑中，將部件本體浸漬在該玻璃組分溶液中。
2)將部件本體浸漬在熔融的玻璃中。
3)將玻璃印刷在部件本體上，將其加熱至軟化溫度或更高的溫度以降低粘度，并加壓。
用玻璃組分浸漬低密度陶瓷是指1)在還原性氣氛中燒制后低密度陶瓷(它不含燒結(jié)添加劑)容易再氧化，從而具有高PTC，和2)浸漬玻璃組分使陶瓷明顯密實(shí)。
為了形成含玻璃組分的保護(hù)層，本發(fā)明可使用例如SiO2與Na2O之比為2∶1的硅酸鈉溶液作為保護(hù)層材料。同樣，根據(jù)情況可用Li2O、K2O、CaO、MgO或Li2O與Na2O的混合物等代替Na2O。出于粘度或溶解度的考慮，SiO2與Na2O之比可以為3∶1、4∶1等。
為了涂覆無(wú)機(jī)玻璃，可將部件本體浸漬在無(wú)機(jī)玻璃液中，或通過(guò)涂布或噴灑無(wú)機(jī)玻璃液，并可采用其它方法。另外，通過(guò)對(duì)浸漬玻璃溶液的部件本體抽真空以除去空氣，可形成更實(shí)心的無(wú)機(jī)玻璃層。
盡管參照具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下可對(duì)其進(jìn)行各種變化和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷電子部件，它包括帶有表面并包括浸漬有玻璃的陶瓷的部件本體，所示陶瓷的相對(duì)密度約為90％或更低；和在部件本體表面上的一對(duì)隔開(kāi)的電極。
2.如權(quán)利要求1所述的陶瓷電子部件，它還包括在所述部件本體表面上含玻璃的保護(hù)層。
3.如權(quán)利要求1所述的陶瓷電子部件，其特征在于浸漬在陶瓷中的玻璃的軟化點(diǎn)不超過(guò)約1000℃。
4.如權(quán)利要求1所述的陶瓷電子部件，其特征在于所述陶瓷包括多層半導(dǎo)體鈦酸鋇層的疊合物和至少兩片放置在所述疊合物的層之間不同界面上的內(nèi)電極，所述兩片內(nèi)電極各自與在部件本體表面上隔開(kāi)的兩個(gè)不同電極電連接。
5.如權(quán)利要求4所述的陶瓷電子部件，它還包括在部件本體表面上的保護(hù)層。
6.如權(quán)利要求5所述的陶瓷電子部件，其特征在于浸漬在陶瓷中的玻璃的軟化點(diǎn)不超過(guò)約1000℃。
7.如權(quán)利要求1所述的陶瓷電子部件，其特征在于所述陶瓷包括無(wú)燒結(jié)添加劑的鈦酸鋇。
8.如權(quán)利要求7所述的陶瓷電子部件，它還包括在部件本體表面上含玻璃的保護(hù)層。
9.如權(quán)利要求7所述的陶瓷電子部件，其特征在于所述陶瓷包括多層所述陶瓷的疊合物和至少兩片放置在所述疊合物的層之間不同界面上的內(nèi)電極，所述兩片內(nèi)電極各自與在部件本體表面上隔開(kāi)的兩個(gè)不同電極電連接。
10.如權(quán)利要求9所述的陶瓷電子部件，它還包括在部件本體表面上的保護(hù)層。
11.如權(quán)利要求10所述的陶瓷電子部件，其特征在于浸漬在陶瓷中的玻璃的軟化點(diǎn)不超過(guò)約1000℃。
12.一種陶瓷電子部件，它包括一個(gè)部件本體，它具有表面并包括含鈦酸鋇并且不含燒結(jié)添加劑的半導(dǎo)體陶瓷，所述陶瓷浸漬有玻璃組分；和在部件本體表面上的一對(duì)隔開(kāi)的電極。
13.如權(quán)利要求12所述的陶瓷電子部件，它還包括在部件本體表面上含玻璃的保護(hù)層。
14.如權(quán)利要求12所述的陶瓷電子部件，其特征在于所述陶瓷包括多層半導(dǎo)體鈦酸鋇的疊合物和至少兩片放置在所述疊合物的層之間不同界面上的內(nèi)電極，所述兩片內(nèi)電極各自與在部件本體表面上隔開(kāi)的兩個(gè)不同電極電連接。
15.如權(quán)利要求14所述的陶瓷電子部件，它還包括在部件本體表面上的保護(hù)層。
16.如權(quán)利要求15所述的陶瓷電子部件，其特征在于浸漬在陶瓷中的玻璃的軟化點(diǎn)不超過(guò)約1000℃。
17.如權(quán)利要求12所述的陶瓷電子部件，其特征在于浸漬在陶瓷中的玻璃的軟化點(diǎn)不超過(guò)約1000℃。
全文摘要
一種陶瓷電子部件,它包括具有半導(dǎo)體陶瓷層和內(nèi)電極的部件本體。所述半導(dǎo)體陶瓷層和內(nèi)電極交替疊合。半導(dǎo)體陶瓷層的相對(duì)密度約為90%或更小并且不含燒結(jié)添加劑。部件本體的兩側(cè)帶有外電極。該陶瓷電子部件具有低電阻和高耐電壓。
文檔編號(hào)C04B35/49GK1366311SQ0114398
公開(kāi)日2002年8月28日 申請(qǐng)日期2001年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月18日
發(fā)明者児玉雅弘, 岸本敦司, 川本光俊, 新見(jiàn)秀明, 安藤陽(yáng) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所