專利名稱：一種低壓/高α值的ZnO壓敏元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低壓/高a值的ZnO壓敏元件及其制造方法， 屬電子陶瓷材料及器件領(lǐng)域。(二) 背景技術(shù)隨著通訊技術(shù)的發(fā)展，低壓壓敏元件的需求日益增加。為解決 低壓/高a值的壓敏元件，人們從材料配方和元件結(jié)構(gòu)方面做了大量 工作。日本采用特殊配方將電壓梯度降到11.6V， a =15. 4 [JP2004-63693A];多層結(jié)構(gòu)的ZnO壓敏電阻0805的梯度電壓為 5.5V， a =15-20， 0402的梯度電壓為50V， a =18-20， (SIDV， Data Book 2004 EPC0S)。電壓更低，a更高的小型壓敏元件SrTi03 和Ti02基的壓敏元件正在研制中。Zn0壓敏電阻，制造工藝簡(jiǎn)單，成本低，如將Zn0壓敏元件的梯度 電壓降低，a值提高，體積縮小，具有潛在應(yīng)用前景。然而，由于ZnO 壓敏元件的梯度電壓與a值是相互依賴的，即耐壓越高，ci值越大， 反之亦然。因?yàn)橛钃舸﹨^(qū)中流過(guò)元件的電阻的電流為熱離子發(fā)射電流式中OB為晶界勢(shì)壘高度，E為熱電子發(fā)射能量，B為發(fā)射系數(shù)玻爾 滋蔓常數(shù)。勢(shì)壘越低，電阻越低，漏電流越大。根據(jù)Zn0壓敏電阻的 特性I二KV" R=l/K V(a—') 則有 a =l + log(KR)/logV。所以在相同電壓下電阻越低，a值越小。片式ZnO壓敏電阻是利用多 層結(jié)構(gòu)減薄厚度的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)低電壓的。然，多層結(jié)構(gòu)存在內(nèi)電極滲 透致使a值下降，端電極延生導(dǎo)致元件一致性變差以及材料多孔引
響芯片的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性等問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種低壓/高Ct值的Zn0壓敏元件及其制造方法，克服了單片和多層結(jié)構(gòu)Zn0壓敏元件的 弱點(diǎn)，確保在極低電壓下仍有較大的a系數(shù)。 本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種低壓/高a值的ZnO壓敏元件，其特殊之處在于是通過(guò)如 下方式制成的用ZnO摻入bi、 Ti、 Mn、 C0、 Ni、 Zr、 W、 Al的氧化 物至少3種制成導(dǎo)電膜片；用Zn--bi—Sb系或Zn--bi--Sn系摻入 Co、 Mn、 Ni、 W、 Si、 Al的氧化物至少4種制成高a值的非線性指數(shù) 面性壓敏膜片，將兩種膜片疊合成復(fù)合膜片，經(jīng)壓制減薄后，在950 °C_1100 °C，2.5-3.0小時(shí)保溫?zé)删哂械蛪?高a值的壓敏膜片；膜片兩面焙銀并切成元件要求的尺寸，附上引線包封成元件；元件性 能VlmA/mm=0. 8-3. 0V， a =40-60， lr=0. 5-1.0uA。本發(fā)明的低壓/高a值的ZnO壓敏元件的制造方法，其特殊之處 在于包括如下步驟(1)導(dǎo)電膜片的制備低阻導(dǎo)電膜片以Zn0為基加入bi、 Ti、 Mn、 C0、 Ni、 Zr、 W、 Al的氧化物選出至少3種氧化物，混合研磨 制成0. 5-1. 0uA的粉料，并在粉料加入濃度10%的聚乙烯溶液40%， 配成漿料，扎膜成所要求的厚度的膜片；(2) Zn0壓敏膜片的制備ZnO壓敏膜片以Zn0-Bi203-Sb203或 Zn0-Bi203-Sn，加入Co、 Mn、 Ni、 Si、 W、 Zr、 Al的氧化物選出至 少4種氧化物，研磨混合，制成粒度為0.5-1. 0uA的粉料；在粉料 中加入濃度為10%的聚乙烯熔液40%制成粉料，扎膜成所需要的膜 片；(3) 將兩層導(dǎo)電膜片中間夾一層壓敏膜片疊成復(fù)合膜片，然后用 油壓方法將其減薄到需要的厚度；(4)復(fù)合膜片的燒結(jié)采用準(zhǔn)熱平衡方法，升溫速度為0. 5-1. 5'C/min， 升溫至950°C-1100 °C，恒溫時(shí)間2. 5-3.0小時(shí)，采用隨爐降溫冷卻， 燒成的復(fù)合膜片兩面焙銀，最后切成元件要求的尺寸，并按常規(guī)的方
法做成帶引線的小型壓敏元件或表面安裝型壓敏元件。本發(fā)明的低壓/高a值的ZnO壓敏元件的制造方法，其一種實(shí)現(xiàn) 方式在于在步驟(1)導(dǎo)電膜片的制備中ZnO與其它氧化物的重量 配比為ZnO 100份，Co304 0. 8-1.0份，Mn304 0.4-0.7份，W03 0. 1-0. 2份，Zr02 0. 03-0. 07份， Ti02 0. 2-0. 3份，AL203 0. OOl-O. 008份。本發(fā)明的低壓/高a值的ZnO壓敏元件的制造方法。a值的ZnO 壓敏元件的制造方法，其一種實(shí)現(xiàn)方式在于在歩驟(2)壓敏膜片 的制備中ZnO與其它氧化物的重量配比為ZnO 100份，Bi203 3.2-3.7份，Sb203 2. 7_3. 5份，Co304 0. 6-0.7份，Mn02 0.4-0.5 份，MO 0.05-0. 2份，A1203 0. 001-0. 002份。本發(fā)明的低壓/高a值的ZnO壓敏元件的制造方法，其另一種實(shí)現(xiàn) 方式在于在步驟(2)壓敏膜片的制備中ZnO與其它氧化物的重量 配比為ZnO 100份，Bi203 3.2-3.7份，Sn02 1.4-1.8份，Co304 0. 6-0. 7份，Mn02 0. 4_0. 5份，Ni0 0. l-O. 2份，Si02 0. l-0.2份， A1203 0. 001-0. 002份。本發(fā)明的低壓/高a值的Zn0壓敏元件的制造方法，所述導(dǎo)電膜 片和ZnO壓敏膜片用扎膜工藝制成，漿料中的粘合劑為10%濃度的聚 乙烯醇溶液40%,導(dǎo)電膜片的扎膜厚度為3-5mm，壓敏膜片的厚度為 0.1-0. 2mm。在步驟(3)中，將導(dǎo)電膜片和壓敏膜片切成40 X 40mm 的方片，然后兩導(dǎo)電片中間夾一層壓敏膜片，并用油壓機(jī)壓成總厚度 為0. 3mm的復(fù)合膜片，再把復(fù)合膜片切成40X40腿的方片。在步驟(4) 中，將復(fù)合膜片拌上Si02或A1203粉，放置在壓敏膜片的粉料上，以 10片為一組疊合，上面壓上壓塊，用1.5°C/min的升溫速度，升溫 至950。C-110(TC保溫2. 5-3. 0小時(shí)成瓷。本發(fā)明用復(fù)合膜片技術(shù)制造低壓/高a值Zn0壓敏元件，解決了 低壓/高a值壓敏元件存在的困難。該技術(shù)可將電壓梯度降到0. 8-3V， 非線性系數(shù)a保持在40-60，漏電流為0.5-1. 0uA。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。 圖1為本發(fā)明中復(fù)合膜片的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明低壓/高a值的ZnO壓敏元件的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明中復(fù)合膜片的燒結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1導(dǎo)電膜片，2壓敏膜片，3導(dǎo)電膜片，4芯片，5色封 料，6引線，7復(fù)合膜片，8壓塊，9蓋板，IO匣缽，ll墊粉，12爐膛。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1①導(dǎo)電膜片 材料配方(單位克)Zn0 bi203 Ti02 Mn02 Al203 100 0.20.50.2 0.005 按料水球(鋯球)=1.0:1.4:1.5(重量比)球磨至0. 5-1. 0um，烘干過(guò) 320目篩后，加入濃度為10%的聚乙烯醇溶液40%配成漿料，置于扎膜機(jī)上， 扎成厚度為5腿的膜片。 ②ZnO壓敏膜片材料配方(單位克)ZnO bi203 Sb203 Co304 Mn02 NiO Al203 100 3.5 3.0 0.6 0.40.1 0.001按料水料=1.0:1.4:1.5(重量比)球磨至0.5-1.OuA，烘干過(guò)320目篩后，加入濃度為10%的聚乙烯醇溶40%配成漿料，置于扎膜機(jī)上，扎 成厚度為0. lmm的膜片。如圖1、圖2、圖3所示，將兩種膜片按圖1的方式兩導(dǎo)電膜片1、 3 之間夾一層Zn0壓敏膜片2疊成復(fù)合膜片。將復(fù)合膜片7置于油壓機(jī)上， 壓制減薄為1.0腿；然后將其切成40X40(mm2)的生坯，拌上Al203料，并 疊成(10片一組)，放置在壓敏膜片的粉料墊粉11上(粉料予先在1100 °C， 5小時(shí)處理)，上面壓上A1203的壓塊8(壓塊尺寸40X40X 1. Omm)。將疊好的生坯放入盛有未加入PVA膠的墊料的陶瓷匣缽10中，上面 放上蓋板9，置于燒結(jié)爐爐膛12中燒結(jié)，升溫速度0. 5-1.0°C/min;950 °C-IIO(TC保溫2. 5小時(shí)；隨爐降溫至20(TC以下，取出。
燒成的芯片4兩面焙銀，切成元件要求的尺寸形成色封料5的包封做成帶引線6的小型ZnO低壓壓敏元件或低壓表面安裝元件，測(cè)量元件的梯 度電壓 VlmA/mm，a 0. 1--1. 0mA 及漏電流Ir: VlmA/mm =2_3V，a 二40_50，lr=0. 3-0. 8uA。 實(shí)施例2① 導(dǎo)電膜片 材料配方(單位克)Zn0 Co304 Mn304 W03 Zr02 Al203 100 1.0 0.5 0.2 1.0 0.008② Zn0壓敏膜片材料配方(單位克)ZnO bi203 Sn02 Co304 Mn02 NiO Al203 Si02 100 3. 7 1.8 0.6 0.4 0.2 0.001 0.2制作工藝與實(shí)施例1相同，燒結(jié)亦與實(shí)施例1相同，最后測(cè)量結(jié)果VlmA/mm 二1-2V a 二50_60 實(shí)施例3① 導(dǎo)電膜片 材料配方(單位克)Zn0 Co304 Mn304 100 1.0 0.5② Zn0壓敏膜片材料配方(單位克)ZnO Bi203 Sn02 Co304 Mn02 Ni0 Al203 Si02 Zr02 100 3.01.4 0.6 0.4 0.2 0.001 0.1 0.04制作工藝與實(shí)施l相同，燒結(jié)溫度1100-1130°C，最后測(cè)出參數(shù) VlmA/mm =0.8-1. 5V a =40-50 lr=0.8-1.2uA 本發(fā)明提供的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)目前不能達(dá)到的低壓/高a值ZnO 壓敏元件，在微電子技術(shù)和通訊工程方面具有很好的市場(chǎng)。
權(quán)利要求
1.一種低壓/高α值的ZnO壓敏元件，其特征在于是通過(guò)如下方式制成的用ZnO摻入bi、Ti、Mn、CO、Ni、Zr、W、Al的氧化物至少3種制成導(dǎo)電膜片；用Zn--bi-Sb系或Zn-bi--Sn系摻入Co、Mn、Ni、W、Si、Zr、Al的氧化物至少4種制成高α值的非線性指數(shù)面性壓敏膜片，將兩種膜片疊合成復(fù)合膜片，經(jīng)壓制減薄后，在950℃-1100℃，2.5-3.0小時(shí)保溫?zé)删哂械蛪?高α值的壓敏膜片；膜片兩面焙銀并切成元件要求的尺寸，附上引線包封成元件；元件性能V1mA/mm＝0.8-3.0V，α＝40-60，Ir＝0.5-1.0uA。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的低壓/高a值的Zn0壓敏元件的制造方法， 其特征在于包括如下步驟(1)導(dǎo)電膜片的制備低阻導(dǎo)電膜片以Zn0為基加入bi、 Ti、 Mn、 C0、 Ni、 Zr、 W、 Al的氧化物選出至少3種氧化物，混合研磨 制成0. 5-1. 0uA的粉料，并在粉料加入濃度10%的聚乙烯溶液40%， 配成漿料，扎膜成所要求的厚度的膜片；(2) ZnO壓敏膜片的制備Zn0壓敏膜片以Zn0-Bi203-Sb203或 Zn0-Bi203-Sn，加入Co、 Mn、 Ni、 Si、 W、 Zr、 Al的氧化物選出至 少4種氧化物，研磨混合，制成粒度為0.5-1. 0uA的粉料；在粉料 中加入濃度為10%的聚乙烯熔液40%制成粉料，扎膜成所需要的膜 片；(3) 將兩層導(dǎo)電膜片中間夾一層壓敏膜片疊成復(fù)合膜片，然后用 油壓方法將其減薄到需要的厚度；(4)復(fù)合膜片的燒結(jié)采用準(zhǔn)熱平衡方法，升溫速度為0.5-1.5 °C/min，升溫至950°C-1100 °C ，恒溫時(shí)間2. 5-3. 0小時(shí)，采用隨 爐降溫冷卻，燒成的復(fù)合膜片兩面焙銀，最后切成元件要求的尺寸， 并按常規(guī)的方法做成帶引線的小型壓敏元件或表面安裝型壓敏元
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低壓/高a值的Zn0壓敏元件的制造方法，其特征在于在步驟(1)導(dǎo)電膜片的制備中ZnO與其它氧化物的重量配比為ZnO 100份，Co304 0.8-1.0份，Mn304 0.4-0.7 份，W03 0. 1-0. 2份，Zr02 0.03-0.07份，Ti02 0. 2-0. 3份， AL203 0. 001-0. 008份。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低壓/高a值的ZnO壓敏元件的制造方法， 其特征在于在步驟(2)壓敏膜片的制備中ZnO與其它氧化物的 重量配比為ZnO 100份，Bi203 3.2-3.7份，Sb203 2.7-3.5 份，C03O4 0. 6-0.7份，Mn02 0.4-0.5份，NiO 0.05-0. 2份， AI2O3 0. 001-0. 002份。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低壓/高a值的ZnO壓敏元件的制造方法， 其特征在于在步驟(2)壓敏膜片的制備中ZnO與其它氧化物的 重量配比為ZnO 100份，Bi203 3.2-3.7份，SnO2 1.4-1.8份， Co304 0.6-0.7份，Mn02 0.4-0.5份，NiO0.1-0.2份，SiO2 0. 1-0. 2份，AI2O3 0. 001-0. 002份。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低壓/高a值的ZnO壓敏元件的制造方法， 其特征在于所述導(dǎo)電膜片和ZnO壓敏膜片用扎膜工藝制成，漿料 中的粘合劑為10%的聚乙烯熔液40%;導(dǎo)電膜片的扎膜厚度為3-5mm， 壓敏膜片的厚度為0. 1-0. 2mm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低壓/高a值的ZnO壓敏元件的制造方法， 其特征在于在歩驟(3)中，將導(dǎo)電膜片和壓敏膜片切成40X40mm 的方片，然后兩導(dǎo)電片中間夾一層壓敏膜片，并用油壓機(jī)壓成總厚 度為0. 3mm的復(fù)合膜片，再把復(fù)合膜片切成40X40腿的方片。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低壓/高a值的ZnO壓敏元件的制造方法， 其特征在于在步驟(4)中，將復(fù)合膜片拌上Si02或Al203粉， 放置在壓敏膜片的粉料上，以10片為一組疊合，上面壓上壓塊， 用1.5°C/min的升溫速度，升溫至95(TC-110(TC保溫2. 5-3.0小 時(shí)成瓷。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種低壓/高α值的ZnO壓敏元件及其制造方法，屬于化學(xué)材料及制備領(lǐng)域。該低壓/高α值的ZnO壓敏元件，是通過(guò)如下方式制成的用ZnO摻入bi、Ti、Mn、C0、Ni、Zr、W、Al的氧化物至少3種制成導(dǎo)電膜片；用Zn-bi-Sb系或Zn-bi-Sn系摻入Co、Mn、Ni、W、Si、Al、Zr的氧化物至少4種制成高α值的壓敏膜片，將兩種膜片疊合成復(fù)合膜片，燒成具有低壓/高α值的壓敏膜片。本發(fā)明用復(fù)合膜片技術(shù)制造低壓/高α值ZnO壓敏元件，解決了低壓/高α值壓敏元件存在的困難。該技術(shù)可將電壓梯度降到0.8-3V，非線性系數(shù)α保持在40-60，漏電流為0.5-1.0uA。
文檔編號(hào)C04B35/01GK101157551SQ20071011377
公開(kāi)日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2007年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月12日
發(fā)明者倩 劉, 陶明德 申請(qǐng)人:山東中廈電子科技有限公司