本申請(qǐng)的實(shí)施例涉及電路保護(hù)裝置的領(lǐng)域。更具體地，本申請(qǐng)涉及用于浪涌保護(hù)的金屬氧化物變阻器。

背景技術(shù)：

過(guò)電壓保護(hù)裝置用于保護(hù)電子電路和組件免受由于過(guò)電壓故障條件而引起的損害。這些過(guò)電壓保護(hù)裝置可包括連接在要被保護(hù)的電路和地線之間的金屬氧化物變阻器(MOV)。MOV具有允許將MOV用于保護(hù)這樣的電路免受災(zāi)難性的電壓浪涌的影響的獨(dú)特的電流電壓特性。但是，因?yàn)樽冏杵餮b置被如此廣泛地采用以保護(hù)許多不同類型的設(shè)備，所以存在對(duì)改善變阻器性能的持續(xù)的需求。

MOV裝置一般由通?；赯nO的陶瓷盤(pán)、Ag(銀)電極、連接在第一表面和與第一表面相對(duì)的第二表面的第一金屬引線和第二金屬引線組成。在很多情況下，MOV裝置還設(shè)置有圍繞陶瓷盤(pán)的絕緣涂層和其它材料。當(dāng)前市場(chǎng)上所發(fā)現(xiàn)的MOV的示例包括涂覆有具有高介電強(qiáng)度的環(huán)氧樹(shù)脂絕緣材料的陶瓷盤(pán)。

然而，這種類型的MOV通常被限制為在相對(duì)低的溫度(諸如小于85℃)下運(yùn)行，以及更具體地，當(dāng)以偏置濕度條件諸如85℃、85％相對(duì)濕度(RH)和高DC運(yùn)行電壓運(yùn)行時(shí)，這種類型的MOV顯示出可靠性問(wèn)題。認(rèn)為在這樣的偏置濕度條件下所經(jīng)歷的可靠性問(wèn)題起因于用于接觸MOV的陶瓷基體的表面的銀電極材料的遷移，還起因于環(huán)氧樹(shù)脂涂層和ZnO陶瓷之間的相互作用。當(dāng)將涂覆有環(huán)氧樹(shù)脂的MOV運(yùn)行在高溫(至少85℃)、高濕度條件下同時(shí)施加DC運(yùn)行電壓時(shí)，可靠性問(wèn)題的示例是通過(guò)界面的泄露升高。就這些問(wèn)題和其它問(wèn)題而言，本改進(jìn)會(huì)是值得期待的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

示例性實(shí)施例涉及改進(jìn)的變阻器。在一個(gè)實(shí)施例中，變阻器可包括陶瓷基體。變阻器可進(jìn)一步包括配置在陶瓷基體周?chē)亩鄬油繉印６鄬油繉涌砂òh(huán)氧樹(shù)脂材料的外層。多層涂層還可包括與陶瓷基體相鄰并且配置在外層和陶瓷基體之間的內(nèi)層。內(nèi)層可包括由丙烯酸成分組成的聚合物材料。

在另一個(gè)實(shí)施例中，形成變阻器的方法可包括設(shè)置陶瓷基體以及將第一層施加在陶瓷基體上，其中第一層包括丙烯酸成分。該方法可進(jìn)一步包括將第二層施加到第一層，其中第二層包括環(huán)氧樹(shù)脂材料。

附圖說(shuō)明

圖1呈現(xiàn)了示例性漆層的紅外線光譜，其中該漆層可用作根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的金屬氧化物變阻器(MOV)的兩層涂層的內(nèi)層。

圖2A呈現(xiàn)了根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的MOV的俯視圖。

圖2B呈現(xiàn)了根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的另一MOV的俯視圖。

圖2C呈現(xiàn)了圖2B的MOV的側(cè)截面視圖。

圖3描繪了常規(guī)MOV的俯視圖。

圖4A提供了處于初始階段的根據(jù)本實(shí)施例的布置有雙層涂層MOV的電測(cè)量結(jié)果。

圖4B提供了在偏置條件下168小時(shí)后的圖4A的MOV的電測(cè)量結(jié)果。

圖4C提供了在偏置條件下336小時(shí)后的圖4A的MOV的電測(cè)量結(jié)果。

圖4D提供了在偏置條件下500小時(shí)后的圖4A的MOV的電測(cè)量結(jié)果。

圖5A提供了處于初始階段的布置有單層環(huán)氧樹(shù)脂涂層的常規(guī)MOV的電測(cè)量結(jié)果。

圖5B提供了在偏置條件下168小時(shí)后的圖5A的MOV的電測(cè)量結(jié)果。

圖5C提供了在偏置條件下336小時(shí)后的圖5A的MOV的電測(cè)量結(jié)果。

圖5D提供了在偏置條件下500小時(shí)后的圖5A的MOV的電測(cè)量結(jié)果。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將參照附圖在下文中更全面地描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例在附圖中示出。但是，本發(fā)明可以以很多不同的形式體現(xiàn)并且不應(yīng)被解釋為受限于本文所陳述的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例是為了使得本公開(kāi)將是充分和完整的，以及為了本公開(kāi)將全面地將本發(fā)明的范圍傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在全部附圖中，相似的附圖標(biāo)記指代相似的元件。

在以下的說(shuō)明書(shū)和/或權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)“在...上”、“上覆蓋的”、“配置在...上”和“在...上方”可用在以下說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中?！霸?..上”、“上覆蓋的”、“配置在...上”和“在...上方”可用于標(biāo)示兩個(gè)或更多元件直接物理接觸彼此。然而，“在...上”、“上覆蓋的”、“配置在...上”和“在...上方”也可意味著兩個(gè)或更多元件并不直接接觸彼此。例如，“在...上方”可以意味著一個(gè)元件在另一元件之上但是兩個(gè)元件并不接觸彼此，并且可以有另一個(gè)元件或元件(一個(gè)或多個(gè))在這兩個(gè)元件之間。此外，術(shù)語(yǔ)“和/或”可意味著“和”，可意味著“或”，可意味著“異或”，可意味著“一個(gè)”，可意味著“一些，但并非全部”，可意味著“兩者都不”，和/或可意味著“兩者都”，盡管所要求的主題的范圍在這一方面不受限。

本實(shí)施例整體涉及基于氧化鋅材料的金屬氧化物變阻器(MOV)。眾所周知，這種類型的變阻器包含陶瓷基體，其中該陶瓷基體的微觀結(jié)構(gòu)包括氧化鋅顆粒，并且可包括配置在陶瓷微觀結(jié)構(gòu)中的諸如其它金屬氧化物的各種其它成分。作為背景，MOV主要由氧化鋅微粒組成，其中氧化鋅微粒被燒結(jié)在一起以形成盤(pán)，在盤(pán)中作為固體的氧化鋅微粒是高導(dǎo)電性的材料，同時(shí)由其它氧化物形成的微粒間的邊界是高電阻的。僅在氧化鋅微粒相遇的那些點(diǎn)處，燒結(jié)產(chǎn)生了與對(duì)稱的齊納二極管相當(dāng)?shù)摹⒆冏杵鳌?。金屬氧化物變阻器的電學(xué)行為是由串聯(lián)或并聯(lián)連接的微變阻器的數(shù)量導(dǎo)致的。MOV的燒結(jié)的基體還解釋了它的高電負(fù)載能力，這種高電負(fù)載能力允許高的能量吸收，由此允許格外高的浪涌電流處理能力。

被采用以接觸或封裝變阻器的陶瓷基體的上述材料是裝置劣化的潛在原因，特別是當(dāng)在高溫、高濕度和/或高電壓條件下運(yùn)行時(shí)。在各種實(shí)施例中，提供改進(jìn)的變阻器，該改進(jìn)的變阻器可抵抗在諸如高溫、高濕度或高電壓條件下的劣化。在各種實(shí)施例中，提供具有由多層結(jié)構(gòu)組成的涂層的MOV，以及特別的，提供具有由兩層結(jié)構(gòu)組成的涂層的MOV，其中兩層結(jié)構(gòu)由通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂組成的外層和通過(guò)漆組成的內(nèi)層組成。與其中陶瓷與環(huán)氧樹(shù)脂涂層直接接觸的常規(guī)MOV相比，這種多層涂層可改善對(duì)泄露和其它電氣劣化的抵抗力。

充當(dāng)兩層涂層中的內(nèi)層的適宜的漆層的示例包括由丙烯酸樹(shù)脂和其它樹(shù)脂(諸如氨基樹(shù)脂)的混合物組成的層。在具體的實(shí)施例中，漆層可由防潮、防腐蝕和防霉的所謂的三防漆組成。要用作兩層涂層的內(nèi)層的漆的一個(gè)示例性配方是：40％丙烯酸樹(shù)脂、7％氨基樹(shù)脂、35％二甲苯、16％添加溶劑以及2％固化劑。在固化之后，可從所得的漆層去除諸如二甲苯的溶劑和其它溶劑。丙烯酸樹(shù)脂和氨基樹(shù)脂可反應(yīng)以形成由聚合物材料(諸如熱固性聚合物)組成的漆層，其中聚合物由丙烯酸成分和氨基成分組成。丙烯酸成分和氨基成分的比例可與用于形成漆的丙烯酸樹(shù)脂和氨基樹(shù)脂的比例類似或相同。相應(yīng)地，固化的漆層中丙烯酸成分與氨基成分的比例可以是40∶7或大約6∶1。在其它實(shí)施例中，丙烯酸成分與氨基成分的比例可以在3∶1和19∶1之間變化。實(shí)施例不限于本文。例如，本實(shí)施例涵蓋丙烯酸成分：氨基成分的其它比例，該比例中的氨基成分足以在固化后提供交聯(lián)的熱固性聚合物材料。

圖1呈現(xiàn)了示例性漆層的紅外線光譜10，其中該示例性漆層可用作根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的MOV的兩層涂層的內(nèi)層。如所例示的，紅外光譜10包括多個(gè)吸收帶，這些吸收帶是由氨基成分和丙烯酸成分組成的聚合物材料的特性。

在一個(gè)實(shí)施例中，為了形成MOV，將漆層施加在陶瓷變阻器基體上，其中該漆層可以是如前所述的基于丙烯酸樹(shù)脂和氨基樹(shù)脂的三防漆。在一些實(shí)施例中，漆配方制品可以是在涂覆變阻器陶瓷基體時(shí)施加的準(zhǔn)備好的商用配方制品，而在其它實(shí)施例中，可以在涂覆變阻器時(shí)準(zhǔn)備漆配方制品。在一個(gè)示例中，可以如下方式施加漆層以涂覆陶瓷基體的被暴露的表面，即使得隨后的層(一層或多層)不與陶瓷基體接觸。諸如上文所公開(kāi)的示例性配方的漆配方制品的優(yōu)點(diǎn)是，漆配方制品具有低黏性，可通過(guò)刷涂、噴涂、浸涂、幕涂或其它方法來(lái)施加該漆配方制品。并且，這樣的配方制品會(huì)顯示出良好的粘附性。此外，固化成固體漆層可以相對(duì)快的速率發(fā)生。

隨后，可施加環(huán)氧樹(shù)脂層以覆蓋漆層。用于環(huán)氧樹(shù)脂層的適宜的環(huán)氧樹(shù)脂的示例包括用于形成常規(guī)MOV裝置的已知的環(huán)氧樹(shù)脂材料。環(huán)氧樹(shù)脂層可封裝涂覆有漆的陶瓷基體從而諸如通過(guò)提供高介電強(qiáng)度來(lái)保護(hù)陶瓷基體。

圖2A呈現(xiàn)了根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的MOV(變阻器100)的俯視圖。為了清楚，去除了變阻器涂層的部分以例示涂層的結(jié)構(gòu)。如所例示的，變阻器100包括可具有平坦形狀的陶瓷基體102，其中陶瓷基體102整體處于如所示的X-Y平面內(nèi)。陶瓷基體102可具有常規(guī)形狀，諸如所示出的具有長(zhǎng)度A和寬度D的一般矩形形狀。但是，在其它實(shí)施例中，陶瓷基體可具有橢圓形形狀、圓形形狀或本領(lǐng)域已知的其它形狀。實(shí)施例不限于本文。如圖2中所示出的，第一引線110可接觸陶瓷基體102的上表面，而第二引線112接觸陶瓷基體102的下表面(不可見(jiàn))。如所例示的，陶瓷基體102覆蓋有兩層涂層104。將理解的是，兩層涂層104可延伸以在陶瓷基體102的所有側(cè)面上覆蓋陶瓷基體102。兩層涂層104包括內(nèi)層106和外層108。在各種實(shí)施例中，外層108由可用于涂覆常規(guī)MOV裝置的常規(guī)環(huán)氧樹(shù)脂材料組成。外層108還可具有常規(guī)MOV裝置的厚度特性。在一些示例中，外層的厚度的范圍可為從0.3mm到3mm，并且更特別地從0.5mm到1.2mm。對(duì)于給定的樣本，外層108的厚度可以是均勻的；但是，如在常規(guī)MOV裝置中那樣，外層108的厚度可以隨著MOV裝置的不同區(qū)域而變化。實(shí)施例不限于本文。

內(nèi)層106可由漆(諸如如上文所述的由丙烯酸樹(shù)脂和氨基樹(shù)脂形成的漆)組成。在一些實(shí)施例中，內(nèi)層106的厚度可在3μm-100μm的范圍內(nèi)，并且特別地可為5-50μm。實(shí)施例不限于本文。相應(yīng)地，明顯的是，與單層的常規(guī)環(huán)氧樹(shù)脂涂層相比，內(nèi)層的施加基本不改變根據(jù)本實(shí)施例的兩層涂層的總厚度。換言之，在一些實(shí)例中，內(nèi)層106的厚度的范圍可為外層108的厚度的大約0.4％到10％。

圖2B呈現(xiàn)了根據(jù)本公開(kāi)的另外的實(shí)施例的另一個(gè)MOV(變阻器120)的俯視圖。圖2C呈現(xiàn)了變阻器120的側(cè)截面視圖。為了清楚，去除變阻器涂層的部分以例示涂層的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，陶瓷基體122具有圓形形狀。如圖2B和圖2C中所示出的，第一引線130可接觸陶瓷基體122的上表面，而第二引線132接觸陶瓷基體122的下表面。兩層涂層124包括內(nèi)層126和外層128，其中內(nèi)層126和外層128可分別由與內(nèi)層106和外層108的材料相似的材料組成。內(nèi)層126的厚度也可落入3μm-100μm的范圍內(nèi)，外層128可具有0.3mm到3mm范圍內(nèi)的厚度。

圖3描繪了常規(guī)MOV 150，MOV 150可由與MOV 100的部件類似的部件組成，除了陶瓷基體102涂覆有可與MOV 100的外層108相似或相同的單層(環(huán)氧樹(shù)脂層152)。

由根據(jù)本實(shí)施例的MOV裝置所提供的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在各種條件下的改善的性能，包括在高溫負(fù)載測(cè)試(150℃、施加1500V DC，125℃、施加970V DC)、偏置濕度負(fù)載測(cè)試(85℃、85％RH以及多達(dá)1500V DC的施加電壓)和高壓測(cè)試(施加＞2500V AC)下的改善的性能。圖4A到圖4D提供了根據(jù)本實(shí)施例的布置有兩層涂層的一組MOV樣本的電測(cè)量結(jié)果。在MOV樣本經(jīng)受所施加的偏置的同時(shí)以大約168小時(shí)的間隔對(duì)MOV樣本進(jìn)行各種測(cè)試。具體地，在一組測(cè)試中，MOV樣本在85％相對(duì)濕度的環(huán)境中在85℃經(jīng)受970V連續(xù)dc偏置的施加，而在另一組測(cè)試中，將樣本保持在125℃并且對(duì)樣本施加連續(xù)的970V DC。在圖4A到4D和圖5A到5D中，示出了在85％相對(duì)濕度的環(huán)境中在85℃經(jīng)受970V連續(xù)dc偏置的樣本的結(jié)果。如所說(shuō)明的，以大約168小時(shí)的間隔移動(dòng)并測(cè)量樣本。在所示出的數(shù)據(jù)中，Vnom代表當(dāng)將1mA電流傳導(dǎo)通過(guò)MOV時(shí)MOV兩端的電壓降，以及泄露電流是在80％Vnom測(cè)量的。

在圖4A中，在正向偏置和反向偏置條件下測(cè)量一組樣本42、43、44、45和46在1ma電流時(shí)的變阻器電壓(Vnom)。還示出了在正向偏置和反向偏置條件下的泄露測(cè)量結(jié)果。在正向偏置下，初始Vnom值顯示出大約1190的平均值，在反向偏置下，初始Vnom值顯示出大約1200的平均值。隨著多達(dá)500小時(shí)的時(shí)間的推移，這些值分別少量地升高了大約1.3％和2.5％。在80％Vnom的偏置電壓處測(cè)量泄露電流(以微安培示出)，記錄正向泄露和反向泄露。在非偏置條件下的初始泄露值顯示出大約32的平均值，并且隨著時(shí)間輕微地降低。偏置下的初始泄露值顯示出大約34的平均值，該泄露值隨著時(shí)間輕微地變化，但是并未示出系統(tǒng)性的偏移。這些結(jié)果表明，MOV在測(cè)試條件下至少達(dá)500小時(shí)內(nèi)穩(wěn)定。

圖5A-圖5D提供了布置有含有單個(gè)環(huán)氧樹(shù)脂層的涂層的常規(guī)MOV的電測(cè)量結(jié)果。使用與圖4A-4d中所示的測(cè)量條件相同的測(cè)量條件來(lái)測(cè)量一組樣本47、48、49、50和51。如圖5A中所例示的，如所期望的，初始Vnom和泄露測(cè)量結(jié)果顯示出與圖4A的樣本測(cè)量結(jié)果基本相同的結(jié)果。但是，電學(xué)性能基本地隨著時(shí)間改變，如圖5B、5C和5D中所示出的。例如，在500小時(shí)以后，反向偏置條件下的Vnom下降大約8％，正向偏置條件下的Vnom下降大約54％。此外，在非偏置和偏置條件下，500小時(shí)以后泄露都升高超過(guò)10倍，標(biāo)示著嚴(yán)重的裝置劣化。

除了圖4A-4D的電學(xué)性能測(cè)試結(jié)果中所示出的上述優(yōu)點(diǎn)，可期望本實(shí)施例的兩層涂層顯示出防漏電行為、防震性能、防塵性能、防腐蝕性能、防鹽霧性能、防霉性能、抗老化性和抗電暈性。

要說(shuō)明的是，圖4A-4D的以上結(jié)果提供了兩層MOV的測(cè)量結(jié)果，在兩層MOV中，內(nèi)層由氨基樹(shù)脂和丙烯酸樹(shù)脂的混合物形成，具體來(lái)說(shuō)，內(nèi)層由40％丙烯酸樹(shù)脂、7％氨基樹(shù)脂、35％二甲苯、16％添加溶劑和2％固化劑形成。但是，在其它實(shí)施例中，兩層涂層可由其中氨基樹(shù)脂和丙烯酸樹(shù)脂的相對(duì)量不同于以上成分的漆的內(nèi)層組成。此外，另外的實(shí)施例包括這樣的兩層涂層：其中外層由環(huán)氧樹(shù)脂組成，內(nèi)層由其它熱固性材料組成，其中其它熱固性材料由不同于氨基樹(shù)脂和丙烯酸樹(shù)脂的前驅(qū)體的組合形成。

在進(jìn)一步的實(shí)施例中，可施加兩層涂層以保護(hù)其它電子組件免于在高壓、高溫或高濕度條件下劣化。這樣的電子組件包括正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTC熱敏電阻器)、負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC熱敏電阻器)、電阻器、電容器、濾波器、鐵電組件和壓電組件，等等。

盡管已參照某些實(shí)施例公開(kāi)了本發(fā)明，但在不偏離如所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范疇和范圍的情況下，對(duì)所描述的實(shí)施例的很多修改、變化和改變是可能的。相應(yīng)地，意圖的是本發(fā)明不限于所描述的實(shí)施例，以及本發(fā)明具有由以下的權(quán)利要求的語(yǔ)言及其等同物所限定的全部范圍。