專利名稱：可變電阻陶瓷和含該可變電阻陶瓷的多層構(gòu)件以及該可變電阻陶瓷的制備方法
可變電阻陶瓷和含該可變電阻陶瓷的多層構(gòu)件以及該可變
電阻陶瓷的制備方法

描述了一種權(quán)利要求1的可變電阻陶瓷?？勺冸娮枋桥c電壓有關(guān)的電阻，并用作過電壓保護?？勺冸娮杼沾傻膹V泛關(guān)注的問題是提高在高電流范圍(ESD，8/20)的開關(guān)強度， 同時達到足夠陡的特性曲線和同時小的和穩(wěn)定的漏電流。該目的是通過權(quán)利要求1的可變電阻陶瓷實現(xiàn)的。該可變電阻陶瓷的其它實施方案列于其它權(quán)利要求，以及含該可變電阻陶瓷的多層構(gòu)件和該可變電阻陶瓷的制備方法。本發(fā)明的一個實施方案涉及一種可變電阻陶瓷，其包含下列材料 “Zn，作為主組分，
-Pr，含量達0. 1—3原子％。在一種實施方案中，該Zn作為Zn2+存在，Pr作為Pr3+/Pr4+存在。在一種實施方案中，Co的含量為0. 1 —10原子％，其中該Co優(yōu)選以Co2YCo3+存在。在一種實施方案中，Ca的含量為0. 001—5原子％，其中該Ca優(yōu)選以Ca2+存在。在一種實施方案中，Si的含量為0. 001—0. 5原子％，其中該Si優(yōu)選以Si4+存在。在一種實施方案中，Al的含量為0. 001—0. 01原子％，其中該Al優(yōu)選以Al3+存在。在一種實施方案中，Cr的含量為0. 001—5原子％，其中該Cr優(yōu)選以Cr3+存在。在一種實施方案中，B的含量為0. 001—5原子％，其中該B優(yōu)選以B3+存在。一種實施方案基于適合于多層可變電阻的材料組合物解決了該技術(shù)問題，在該組合物中使用氧化鋅作為主成分，其中添加鐠(O. 1— 3原子％)的氧化物以及鈷(0. 1— 10原子％)的氧化物作為摻雜物，并且此外還以氧化物形式加有鈣(0.001—5原子％)、硅 (0. 001—1原子％)、鋁(0. 001—0. 1原子％)、鉻(0. 001—5原子％)以及以結(jié)合形式加有硼 (0. 001—5 原子 ％)。這里0. 001—0. 01原子％的鋁是優(yōu)選的。與至今的現(xiàn)有技術(shù)相比，以此方法實現(xiàn)了在高電流范圍(ESD，8/20)中的改進的非線性、可重復(fù)性和穩(wěn)定性，同時有條件地通過高晶界電阻降低了漏電流。所述優(yōu)點的細節(jié)在實施部分描述?？勺冸娮杼沾梢砸环N合適的程序可加工成多層構(gòu)件，該構(gòu)件在非線性、可重復(fù)性、 ESD-穩(wěn)定性、沖擊電流穩(wěn)定性和漏電流方面均優(yōu)于至今的解決方案。在一種實施方案中，該可變電阻陶瓷包含材料體系ZnO作為基礎(chǔ)，以及包含鐠 (0. 1—3原子％)的氧化物以及鈷(0. 1—10原子％)的氧化物作為摻雜物，此外還包含氧化物形式的鈣(0. 001—5原子％)、硅(0. 001—0. 5原子％)、鋁(0. 001—0. 1原子％)、鉻 (0. 001—5原子％)以及結(jié)合形式的硼(0. 001—5原子％)。這里0. 001—0. 01原子％的鋁是優(yōu)選的。在一種實施方案中，該可變電阻陶瓷包含ZnO作為主組分，還包含含量達0. 1—3 原子％的Pr3+/Pr4+、含量達0. 1—10原子％的C02+/C03+、含量達0. 001—5原子％的Ca2+、含量達0. 001—0. 5原子％的Si4+、含量達0. 001—0. 1原子％的Al3+、含量達0. 001—5原子％的Cr3+和含量為0. 001—5原子％的 B3+。

圖1示出多層可變電阻的制備過程流程圖，其包括下列步驟A1稱重、A2預(yù)研磨、 A3干燥、A4篩分、A5煅燒、A6后研磨、A7干燥、A8篩分、Bl形成漿料、B2坯膜、Cl印制導(dǎo)電膏、C2疊置、C3剪切、Dl脫碳、D2燒結(jié)、El施加外接線端、E2烘烤。圖2示出多層可變電阻的結(jié)構(gòu)，其包含內(nèi)電極(1)、可變電阻陶瓷材料(2)和外接線端⑶。在一種實施方案中，該多層可變電阻的陶瓷體呈整塊陶瓷體存在。圖3左方示出ESD-脈沖的特性曲線，右方示出8Λ0-脈沖的特性曲線。多層可變電阻的制備可按圖1進行。在一種實施方案中，該可變電阻材料的元素比例為97. 8原子％的Zn、l. 5原子％ 的鈷、0. 1原子％的Cr、0. 02原子％的Si、0. 02原子％的Ca、0. 002原子％的B和0. 006原子％的々1。這些組分以氧化物形式或結(jié)合的形式按上述比例稱重(Al)、預(yù)研磨(A2)、干燥 (A3)、篩分(A4)和接著在400— 1000°C下煅燒(A5)、后研磨(A6)、噴霧干燥(A7)和篩分 (A8)。由以此方法制備的粉末通過加入粘合劑、分散劑以及溶劑來制備漿料(Bi)，由該漿料壓延層厚底為5—60 ym的膜(B2)，之后按類似圖1的工藝圖加工成多層可變電阻 在此坯膜經(jīng)印制導(dǎo)電膏(Cl)、經(jīng)疊置和接著經(jīng)剪切(C2，C3)。在后面的脫碳步驟(Dl)中，該粘合劑在180—500°C下從坯件中燒盡，并在1100— 1400°C下燒結(jié)該構(gòu)件(D2)。接著涂敷外接線端層(El)，并在600—1000°C下烘烤該層(E2)。圖2以側(cè)視圖示出一種多層構(gòu)件。其中該內(nèi)電極⑴和該可變電阻陶瓷材料(2) 的層交替疊置。該內(nèi)電極(1)各交替地與一個或另一個外接線端(3)連接。在中間范圍內(nèi)電極(1)搭接。圖2示出一種0402型多層可變電阻(尺寸為1. 0 mm χ 0. 5 mm χ 0. 5 mm) 的典型結(jié)構(gòu)其中該內(nèi)電極(2)的搭接面積以及內(nèi)電極的數(shù)目可與所希望的電構(gòu)件特性相適配。該構(gòu)件的電特性通過測定漏電流、可變電阻電壓、非線性系數(shù)、8/20-脈沖穩(wěn)定性、 ESD-脈沖穩(wěn)定性、在1 A下的8/20-端電壓(Uk)來表征。圖3的左方和右方各示出脈沖曲線。圖中均為電流I與時間t的關(guān)系曲線。該可變電阻電壓隊在1 mA下測定，漏電流込在3. 5 V電壓下測量。該ESD-穩(wěn)定性用圖3的脈沖測定為此對構(gòu)件加載+/- 10 ESD-脈沖(見圖3右方)。脈沖前和后的 Uv的百分比變化以及脈沖前和后的漏電流的百分比變化以百分數(shù)計算，并且允許有不大于 10 %的百分比變化。此外，曾進行了 8/20的耐用性實驗(脈沖形狀見圖3右方)。在此對構(gòu)件加載在1 A，5 A，10 A，15 A，20 A和25 A下的8/20脈沖(見圖3右方)，并測定加載后的可變電阻電壓及漏電流的百分比變化。非線性系數(shù)按下列方程確定
Q1 (10 μ A / 1 mA) = log (1*10_3 / 10*10_6) / log (V10mA / V10 μ A)
α 2 (1 mA / ΙΑ) = log (1 / 1*10_3) / log (V1A / VlmA)
α 3 (1 mA / 20 A) = log (20 / 1*10_3) / log (V20A / V1J
穩(wěn)定性實驗于125°C的80 % AVR下進行，在此條件下的漏電流L不應(yīng)具有升高特性。表1電的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.可變電阻陶瓷，其包含下列材料 -Zn，作為主組分，-Pr，含量達0. 1—3原子％。
2.權(quán)利要求1的可變電阻陶瓷，其還包含 -Co，含量達0. 1 —10原子％。
3.前述權(quán)利要求之一的可變電阻陶瓷，其還包含 -Ca,含量達0. 001—5原子％。
4.前述權(quán)利要求之一的可變電阻陶瓷，其還包含 -Si，含量達0.001—0.5原子％。
5.前述權(quán)利要求之一的可變電阻陶瓷，其還包含 -Al，含量達 0. 001—0. 01 原子 ％。
6.前述權(quán)利要求之一的可變電阻陶瓷，其還包含 -Cr,含量達0. 001—5原子％。
7.前述權(quán)利要求之一的可變電阻陶瓷，其還包含 -B,含量達0. 001—5原子％。
8.前述權(quán)利要求之一的可變電阻陶瓷，其包含 -Zn，作為主組分，-Pr，含量達0. 1—3原子％， -Co，含量達0. 1 —10原子％， -Ca，含量達0. 001—5原子％， -Si，含量達0.001—0.5原子％， -Al，含量達 0. 001—0. 01 原子 ％， -Cr，含量達0.001 — 5原子％， -B,含量達0. 001—5原子％。
9.前述權(quán)利要求之一的可變電阻陶瓷，其包含 -aio，作為主組分，-Pr3+ /Pr4+，含量達 0. 1—3 原子 ％， -Co2+ /Co3+，含量達 0. 1 一 10 原子 ％， -Ca2+，含量達0. 001—5原子％， -Si4+，含量達 0. 001—0. 5 原子 ％， -A3+，含量達 0. 001—0. 1 原子 ％， -Cr3+，含量達0. 001—5原子％， -B3+，含量達0. 001—5原子％。
10.述權(quán)利要求8或9的可變電阻陶瓷，其中該陶瓷不含其它金屬。
11.前述權(quán)利要求之一的可變電阻陶瓷，其燒結(jié)溫度為300—1200°C。
12.前述權(quán)利要求之一的可變電阻陶瓷，其不含堿金屬化合物。
13.一種包含權(quán)利要求1一12之一的可變電阻陶瓷多層構(gòu)件，其具有適于ESD-保護的構(gòu)型。
14.一種用于制備權(quán)利要求1一 12之一的可變電阻陶瓷的方法，其包含下列步驟a) 粗陶瓷材料的煅燒，b)漿料制備，c)制成坯膜，d)坯膜脫粘合劑，e)來自d)的坯膜的燒結(jié)。
15.權(quán)利要求14的方法，其中氧化硼由氧化硼-前體釋出，或以含硼玻璃形式加入。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可變電阻陶瓷，其包含Zn作為主組分和含量達0.1—3原子％的Pr。
文檔編號H01C7/112GK102301433SQ201080006361
公開日2011年12月28日 申請日期2010年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月3日
發(fā)明者格倫比希勒 H., 皮伯 M. 申請人:埃普科斯股份有限公司