專利名稱：非線性電阻元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非線性電阻元件及其制造方法。該非線性電阻元件使用于避雷器、電涌吸收元件(surge absorber element)、電壓穩(wěn)定元件等過壓保護(hù)裝置。該非線性電阻元件以氧化鋅為主要成分，根據(jù)外加電壓的不同電阻值會發(fā)生變化。
背景技術(shù)：
一般被稱為壓敏電阻(varistor)的非線性電阻元件具有根據(jù)外加電壓的不同電阻值發(fā)生變化的特性，即:在外加正常的電壓時產(chǎn)生高電阻值，顯示絕緣特性，而在外加了異常的高電壓時，則具備顯示出低電阻值的非線性的電壓一電流特性。在具有這種特性的非線性電阻元件中，以氧化鋅為主要成分的非線性電阻元件具有優(yōu)異的非線性電壓一電流特性。這種非線性電阻元件例如通過以下的方法制得:即，將作為主成分的大量的氧化鋅與被發(fā)現(xiàn)具有非直線性的電壓一電流特性的微量的氧化秘(Bismuth Oxide)、三氧化鋪(antimony trioxide)、氧化鈷(Cobalt oxide)等基本添加物濕式混合,并對通過該濕式混合而得的泥漿進(jìn)行噴霧干燥來造粒。在使該造粒粉成形為圓柱狀后，對該成形體進(jìn)行燒成制成陶瓷燒結(jié)體。然后，通過在該陶瓷燒結(jié)體的側(cè)面涂覆、烘烤玻璃材料，從而形成用于防止閃絡(luò)的側(cè)面高抵抗層，并根據(jù)需要施以熱處理。并且，通過噴鋁處理等在該陶瓷燒結(jié)體的上下端面形成電極(例如參照專利文獻(xiàn)I)。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:特開2003 - 59705號公報

發(fā)明內(nèi)容
使用現(xiàn)有技術(shù)中的非線性電阻元件時，通過改變陶瓷燒結(jié)體的厚度能夠控制壓敏電壓，通過改變陶瓷燒結(jié)體的體積能夠控制能量耐量。例如，為了獲得能夠保持高能量耐量、壓敏電壓低的非線性電阻元件，可以通過將燒結(jié)體的板厚度設(shè)薄并增大燒結(jié)體面積就能夠獲得實(shí)現(xiàn)。然而，現(xiàn)有技術(shù)中的非線性電阻元件由于是由一體燒成制得的陶瓷燒結(jié)體構(gòu)成的，一旦增加陶瓷燒結(jié)體的面積，存在因燒成時的熱變形而導(dǎo)致燒結(jié)體容易產(chǎn)生變形的問題。而且，陶瓷燒結(jié)體相對外力較為脆弱，增大了面積的陶瓷燒結(jié)體有可能在運(yùn)輸或安裝時等產(chǎn)生的外力而導(dǎo)致破損，存在耐久性和信賴性上的問題。另外，在現(xiàn)有技術(shù)中的非線性電阻元件的制造中，對作為陶瓷燒結(jié)體的基礎(chǔ)材料的圓柱狀成型體進(jìn)行燒成。制作該成型體時，由于造粒粉間的摩擦或造粒粉與模具間的摩擦等而導(dǎo)致難以確保該成型體的成型密度的均一性。而且，除了因該模具成型而產(chǎn)生的成型密度不均一的問題，在燒成成型體時，由于在成型體的內(nèi)部和表面間產(chǎn)生溫度差，難以進(jìn)一步確保燒結(jié)體中的組成性或微結(jié)構(gòu)性上的均一性。特別是在元件形狀很大的情況下，例如直徑是IOcm以上的圓板或具有類似大小的角板等，存在以下問題:制造現(xiàn)有技術(shù)中的非線性電阻元件較為困難，燒結(jié)體的組成性、微結(jié)構(gòu)性上的不均一性顯著增強(qiáng)，電性特征極度下降。因此，本發(fā)明是鑒于以上問題而提出的方案。本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)陶瓷燒結(jié)體面積增大的同時，實(shí)現(xiàn)壓敏電阻層整體構(gòu)造性質(zhì)的均質(zhì)化、進(jìn)而是非線性電阻特性等電性特征的均質(zhì)化的非線性電阻元件及其制造方法。為了解決上述課題，本發(fā)明的非線性電阻元件具備形成為片狀的壓敏電阻層和具有導(dǎo)電性的電極層，該電極層分別被接合在所述壓敏電阻層的彼此平行的表面以及背面上，該非線性電阻元件的特征在于:所述壓敏電阻層通過由陶瓷燒結(jié)體構(gòu)成的多個壓敏電阻小片和具有絕緣性的接合部形成，所述多個壓敏電阻小片以這些壓敏電阻小片的各個表面以及背面分別與所述壓敏電阻層的表面以及背面相一致的方式，相互離開排列，所述接合部將相鄰的所述壓敏電阻小片彼此接合。根據(jù)本發(fā)明的非線性電阻元件，具有一定厚度的多個壓敏電阻小片以相互離開被排列在同一平面上(壓敏電阻小片的表面以及背面分別與所述壓敏電阻層的表面以及背面相一致的方式)的狀態(tài)，受具有絕緣性的接合部接合。因此，能夠簡單地增大片狀壓敏電阻層的面積。另外，作為各壓敏電阻小片的基本材料的成型體小片可以被小型化成以下大小:即，在其內(nèi)側(cè)和外側(cè)上，包含燒成溫度的燒成條件同等。因此，在通過該燒成所得的陶瓷燒結(jié)體的各壓敏電阻小片中，能夠?qū)崿F(xiàn)在其內(nèi)側(cè)和外側(cè)上的結(jié)晶顆粒等構(gòu)造性質(zhì)的均質(zhì)化。這樣，與現(xiàn)有技術(shù)中的一體燒成壓敏電阻層的情況相比，能夠?qū)崿F(xiàn)增大壓敏電阻層的面積，同時能夠簡單地實(shí)現(xiàn)壓敏電阻層整體的構(gòu)造性質(zhì)的均質(zhì)化、進(jìn)而簡單地實(shí)現(xiàn)非線性電阻特性等電性特征。此外，在本發(fā)明中，所述壓敏電阻層和所述電極層在分別與所述壓敏電阻層表面以及背面的垂線方向上多次交替疊層。通過這種方式，只須更改所述疊層數(shù)量，就能夠簡單地調(diào)整元件整體的壓敏電壓。另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選為所述接合部由具有彈性的合成樹脂構(gòu)成。通過這種方式，由于接合部會發(fā)生彈性變形，即使有外力施加在壓敏電阻層上，與整體由陶瓷燒結(jié)體構(gòu)成的壓敏電阻層相比，壓敏電阻層整體更容易產(chǎn)生撓曲。所以，提高了壓敏電阻層的抗外力性。此外，在本發(fā)明中，優(yōu)選為所述接合部具有厚度比該接合部與所述壓敏電阻小片的接合界面處的厚度要小的部分。這樣，接合部由能夠彈性變形的合成樹脂構(gòu)成，并具有厚度比壓敏電阻小片與接合部的接合界面的厚度小的部分。所以，與壓敏電阻層的接合部具有固定厚度的情況相比，壓敏電阻層的柔軟性增大。另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選為所述電極層中安裝有與外部電連接的金屬配件。這樣，非線性電阻元件能夠與電路基板等進(jìn)行簡單的連接。此外，在本發(fā)明中，優(yōu)選為所述壓敏電阻層以及所述電極層的兩端面受被覆樹脂材料被覆。因此，壓敏電阻層的外周端面受到保護(hù)。另外，本發(fā)明的單層式非線性電阻元件的制造方法的特征在于具有:對作為陶瓷的基礎(chǔ)材料的多個成型體小片進(jìn)行燒成，分別形成具有相同厚度的所述壓敏電阻小片的工序；
通過將多個所述壓敏電阻小片與絕緣性樹脂混煉并壓出成型，形成片狀的所述壓敏電阻層的工序，其中，所述壓敏電阻層為:多個所述壓敏電阻小片相互分離排列，使得所述壓敏電阻小片的表面以及背面分別與所述壓敏電阻層的表面以及背面相一致，并且鄰接的所述壓敏電阻小片彼此藉由所述絕緣性樹脂被粘接在一起；和，形成分別被接合在所述壓敏電阻層的表面以及背面的具有導(dǎo)電性的所述電極層的工序。此外，本發(fā)明的疊層式非線性電阻元件的制造方法的特征在于具有:對作為陶瓷的基礎(chǔ)材料的多個成型體小片進(jìn)行燒成，分別形成具有相同厚度的所述壓敏電阻小片的工序；通過將多個所述壓敏電阻小片與絕緣性樹脂混煉并壓出成型，形成片狀的所述壓敏電阻層的工序，其中，所述壓敏電阻層為:多個所述壓敏電阻小片相互分離排列，使得所述壓敏電阻小片的表面以及背面分別與所述壓敏電阻層的表面以及背面相一致，并且鄰接的所述壓敏電阻小片彼此藉由所述絕緣性樹脂被粘接在一起；在所述壓敏電阻層的表面·以及背面各自的垂線方向上，交替疊積多個所述壓敏電阻層和具有導(dǎo)電性的所述電極層來形成疊層體的工序；和，形成分別被接合在所述疊層體的表面以及背面的具有導(dǎo)電性的所述電極層的工序。



圖1是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式中單層式非線性電阻元件的整體構(gòu)成的剖面圖。
圖2是表示圖1的單層式非線性電阻元件制造工序的流程圖。
圖3是表示本發(fā)明第二實(shí)施方式中疊層式非線性電阻元件的整體構(gòu)成的剖面圖。
圖4是表示圖3的疊層式非線性電阻元件制造工序的流程圖。
圖5是表示本發(fā)明第三實(shí)施方式中非線性電阻元件的整體構(gòu)成的剖面圖。
圖6是表示本發(fā)明第四實(shí)施方式中非線性電阻元件的接合部的剖面圖。
圖7是表示把非線性電阻元件卷成螺旋狀的狀態(tài)的示意圖。
符號說明·
10,20:非線性電阻元件;11，21:壓敏電阻小片;12，22:接合部;13，23:壓敏電阻 層；14, 24, 25:·電極層。
具體實(shí)施例方式以下，參照圖1及圖2對本發(fā)明中的非線性電阻元件的第一實(shí)施方式進(jìn)行詳述。如圖1所示，第一實(shí)施方式中的單層式非線性電阻元件10由以氧化鋅(ZnO)為主要成分的陶瓷燒結(jié)體構(gòu)成，并由壓敏電阻層13和電極層14構(gòu)成。壓敏電阻層13通過以下方式形成:在將具有一定厚度的多個壓敏電阻小片11并置在同一平面上的狀態(tài)下，利用絕緣性接合部12對各個壓敏電阻小片分別進(jìn)行粘接從而成型為層狀；電極層14由導(dǎo)電性材料形成，并附著在壓敏電阻層13的主面上。另外，壓敏電阻層13的側(cè)面整周受被覆樹脂材料16保護(hù)。以所述氧化鋅為主要成分的非線性電阻元件10具備以下構(gòu)造:壓敏電阻小片11并不是疊積在與排列方向垂直的方向(壓敏電阻層13的表面和背面各自的垂線方向)上，而是將具有平行平面并具有一定厚度的壓敏電阻小片11縱橫排列在同一平面上，僅在壓敏電阻小片11之間設(shè)置接合部12，在該壓敏電阻小片11的表面以及背面上不存在接合部12，并直接被接合在電極層14上。
如圖2所示，可以經(jīng)過以下各工序?qū)υ摲蔷€性電阻元件10進(jìn)行制作:將以氧化鋅為主要成分的片材分割成規(guī)定尺寸，對該分割塊進(jìn)行燒成，形成具有一定厚度的壓敏電阻小片11的工序(STEPll);通過將所述壓敏電阻小片11和絕緣性樹脂進(jìn)行混煉并壓出成型，在將多個壓敏電阻小片11并置在同一平面的狀態(tài)下，利用由絕緣性樹脂構(gòu)成的接合部12進(jìn)行粘接，形成片狀的壓敏電阻層13(STEP12);在所述壓敏電阻層13的主面上分別附著成型由導(dǎo)電性材料構(gòu)成的電極層14(STEP13)。接著，參照圖3及圖4對本發(fā)明中的非線性電阻元件的第二實(shí)施方式進(jìn)行詳述。如圖3所示，第二實(shí)施方式中的疊層式非線性電阻元件20通過以氧化鋅(ZnO)為主要成分的陶瓷燒結(jié)體形成，并具備以下構(gòu)造:壓敏電阻層13和由導(dǎo)電性材料構(gòu)成的電極層25交替進(jìn)行層積，在位于所述疊層體27上下位置的壓敏電阻層23的主面上分別附著電極層24。所述壓敏電阻層23通過以下方式形成:在將具有一定厚度的多個壓敏電阻小片21并置在同一平面上的狀態(tài)下，利用絕緣性接合部22對各個壓敏電阻小片21分別進(jìn)行粘接而成型為片狀。另外，疊層體27的側(cè)面整周受被覆樹脂材料26保護(hù)。以所述氧化鋅為主要成分的非線性電阻元件20的各壓敏電阻層23具備以下構(gòu)造:壓敏電阻小片21并不是疊積在與排列方向垂直的方向上，而是將具有平行平面并具有一定厚度的壓敏電阻小片21縱橫排列在同一平面上，僅在壓敏電阻小片21之間設(shè)置接合部22，在該壓敏電阻小片21的表面以及背面上不存在接合部22，并直接被接合在電極層24,25 上。此外，疊層體27中的電極層25由于起到僅在各壓敏電阻層23之間的電性連接的作用，并起到對在元件內(nèi)部產(chǎn)生的熱量進(jìn)行擴(kuò)散的作用，從而能夠抑制元件內(nèi)部的局部性發(fā)熱，因此，該非線性電阻元件20與現(xiàn)有技術(shù)中的非線性電阻元件相比，更能發(fā)揮能量耐量以及充放電壽命的性能。如圖4所示，該非線性電阻元件20可以經(jīng)過以下各工序進(jìn)行制作:將以氧化鋅為主要成分的片材分割成規(guī)定尺寸，對該分割塊進(jìn)行燒成形成具有一定厚度的壓敏電阻小片21的工序(STEP21);通過將所述壓敏電阻小片21和絕緣性樹脂進(jìn)行混煉并壓出成型，在將多個壓敏電阻小片21并置在同一平面的狀態(tài)下，利用由絕緣性樹脂形成的接合部22進(jìn)行粘接，形成片狀的壓敏電阻層23(STEP12);將所述壓敏電阻層23和由導(dǎo)電材料構(gòu)成的電極層25交替層積形成疊層體27的工序(STEP23);在位于所述疊層體27的上下位置的壓敏電阻層23的主面上分別附著成型電極層24(STEP24)。上述單層式非線性電阻元件10和疊層式非線性電阻元件20具體通過以下要領(lǐng)進(jìn)行制作。首先，在作為主成分的ZnO 里添加 Β 203:0.5mol% ；Sb203:1.0mo 1% ；Co203:
0.5mol% ；Mn02:0.5mol% ；Cr203:0.5mol ；A1 (N03).9H20:0.01mol%,并加入溶劑和分散劑后進(jìn)行混合，然后加入粘結(jié)劑制成泥衆(zhòng)，并通過刮均涂裝法(Doctor blade method)制作厚度60 μ m的片材。在將該片材分割成0.6mm方塊后，將分割塊用溫度1100度燒成兩小時，形成厚度50μπι、0.5_方塊的壓敏電阻小片11，21。另外，根據(jù)需要對壓敏電阻小片11，21
實(shí)施熱處理。通過將按以上方法制得的壓敏電阻小片11，21與處于流動狀態(tài)的絕緣性樹脂混煉并壓出成型，厚度50 μ m的壓敏電阻小片11，21并不是被層積在與排列方向垂直的方向上，而是在多個壓敏電阻小片11，21相互分離地被并置在同一平面上的狀態(tài)下，通過由絕緣性樹脂形成的接合部12，22被粘接，成型為片狀。像這樣，在通過刮均涂裝法、壓出成型法等流延成型法(tape casting)制得片狀成型體上，通過使用了作為研磨劑的樹脂珠的噴砂法(sand blast)去除附著在所述片狀成型體表面上的絕緣性樹脂，從而制成壓敏電阻層12,23ο此外，在以上記述中，說明了通過刮均涂裝法、壓出成型法來制作壓敏電阻層13，23。但是，壓敏電阻層13，23的制作方法并不僅限于此。例如，也可以通過以下方法(注射成型(injection moulding)或嵌件成型(insert moulding))來制作壓敏電阻層13,23:即，在模具中將多個壓敏電阻小片11，21相互分離地排列在同一平面上，并向被排列的多個壓敏電阻小片11，21的間隙注入絕緣性樹脂。在制作單層式非線性電阻元件10時，在通過上述方式制得的壓敏電阻層13的主面上分別涂敷包含銀顆粒和熱可塑性樹脂的導(dǎo)電膠，并進(jìn)行干燥而形成電極層14，將該壓敏電阻層13例如分割成IOmm方塊后，通過讓包含上述切斷面的側(cè)面整周受被覆樹脂16附著，最終完成單層式非線性電阻元件10的制作。另一方面，在制作疊層式非線性電阻元件20時，在通過上述方式制得的壓敏電阻層23的主面上涂敷所述導(dǎo)電膠，并進(jìn)行干燥而形成電極層25，同時將這些多個壓敏電阻層23疊積，通過熱壓接合形成一體化，在位于所述疊層體27的上下位置上的壓敏電阻層23的主面上分別形成電極層的基礎(chǔ)上，切斷成IOmm方塊。然后，通過讓被覆樹脂材料26附著到上述產(chǎn)生的切斷面上，最終完成疊層式非線性電阻元件20的制作。另外，在制作非線性電阻元件10，20時，如果壓敏電阻小片11，21能夠以不暴露在壓敏電阻層13或疊層體27的切斷面上的狀態(tài)下進(jìn)行分割，則由于在所述切斷面上存在絕緣性接合部12，22，所以沒有必要將上述被覆樹脂材料16，26附著到所述切斷面上。這些單層式非線性電阻元件10以及疊層式非線性電阻元件20均顯示出現(xiàn)有技術(shù)中的非線性電阻元件同等以上的優(yōu)異的非直線性。另外，與現(xiàn)有的非線性電阻元件相同，漏電流屬于隨時間變化呈減少的趨勢，因此不存在實(shí)用上的問題。如上所述，在將具有一定厚度的多個壓敏電阻小片11，21并置在同一平面上的狀態(tài)下，由接合部12，22將這些壓敏電阻小片粘接，從而形成片狀的壓敏電阻層13，23。所述壓敏電阻層13，23通過以下方式制得:將以氧化鋅為主要成分的片材分割成規(guī)定大小的分割塊，對這些分割塊進(jìn)行燒成形成具有一定厚度的壓敏電阻小片11，21，將這些壓敏電阻小片11，21與絕緣性樹脂混煉并壓出成型。通過這種方式，能夠制得簡單地確保組成性上的均一性的、不存在大的氣孔的壓敏電阻小片11，21，同時能夠簡單地確保微構(gòu)造上的均一性。也就是說，由于是通過對以氧化鋅為主成分的片材被分割后的分割塊進(jìn)行燒成來制作作為元件構(gòu)成單位的壓敏電阻小片11，21的，因燒成效率高、密度不均勻性低且燒成時的形狀小，能夠減少內(nèi)部和表面之間的溫度差，抑制分割塊中的殘留應(yīng)力從而使形狀精度提高，能夠確保均勻加熱簡單、熱處理后的晶界層結(jié)晶構(gòu)造的均一性。這樣，由于能夠確保壓敏電阻小片11，21的組成性或微構(gòu)造性上的均一性，能夠簡單地提高包括非直線性、能量耐量以及充放電壽命的基本性能。其結(jié)果，能夠提供一種對設(shè)計自由度增大、省能源、省資源等方面也能做出貢獻(xiàn)的非線性電阻元件10，20。另外，在所述第一及第二實(shí)施方式中，說明了通過對片狀的成型體進(jìn)行細(xì)小分割后的分割塊進(jìn)行燒成來形成壓敏電阻小片11，21，但是，作為壓敏電阻小片11，21的基礎(chǔ)材料的成型體小片的形成方法并不僅限于此。例如，也可以將作為成型體小片的基礎(chǔ)材料的造粒粉填充到具有合適形狀的模具中進(jìn)行成型的方法。制作這種非線性電阻元件10，20時，可以通過選擇壓敏電阻層13，23的壓敏電阻小片11，21與絕緣性樹脂之間的配合比或/和壓敏電阻小片11，21的制作條件，除了能夠控制包括非直線性、能量耐量以及充放電壽命的基本性能，還能夠控制靜電容量值、其頻率特性等的電性特征、放熱特性及機(jī)械強(qiáng)度等，設(shè)計的自由度增大。這里，在制作疊層式非線性電阻元件20時，通過以將不同的壓敏電阻小片21的材料組成、壓敏電阻小片21與絕緣性樹脂之間的配合比以及壓敏電阻小片21的制作條件進(jìn)行組合的方式來獲得壓敏電阻層23，并層積各壓敏電阻層23，也能增大前述的設(shè)計自由度。此外，可以根據(jù)元件特性來控制壓敏電阻小片11，21與絕緣性樹脂之間的配合比。例如，在制作小型高耐量的元件時，提高壓敏電阻小片11，21的配合比率；而在需要元件具有柔軟性時，降低壓敏電阻小片11，21的配合比率即可。另外，作為壓敏電阻小片11，21的制作條件，一般比較重要的是制作組成及微構(gòu)造均一的壓敏電阻小片11，21。為了能夠簡單地抑制成型時的密度不均勻并控制燒成時的加熱和Bi203飛散的均勻性理想的是采取下述制法:將小型薄片形狀的成型體(是方塊形狀時例如是IOmm(方形)X 2mm(厚度)以下；是圓形時例如是IOmm(直徑)X2mm(厚度)以下)埋入具有與壓敏電阻類似組成的顆粒中，并例如旋轉(zhuǎn)成型體等實(shí)現(xiàn)均熱化的同時進(jìn)行燒成。而且，當(dāng)要提高元件性能時，為了提高壓敏電阻小片11，21的組成均一性，理所當(dāng)然，理想的是采取以下成型方式:將在ZnO中混合了添加物后的混合物在800°C 1000°C的環(huán)境中進(jìn)行予燒之后將其粉碎，在該粉碎物中加入粘結(jié)劑制成泥漿，然后再進(jìn)行成型。作為設(shè)計自由度的增大表現(xiàn)在現(xiàn)有的元件所不能實(shí)現(xiàn)的性能、即壓敏電壓低并具有優(yōu)異的能量耐量的特性能夠得到實(shí)現(xiàn)。壓敏電壓由于是因晶界的數(shù)量而被確定的，為了降低壓敏電壓，則必須將非線性電阻元件的厚度控制得較薄。另一方面，為了提高能量耐量，則必須增大非線性電阻元件的體積。所以，為了獲得壓敏電壓低且具有優(yōu)異得能量耐量的特性，需要制作面積大且較薄的非線性電阻元件。這里，在制作現(xiàn)有的非線性電阻元件時，由于成型體在燒成中燒結(jié)收縮時產(chǎn)生變形，設(shè)定成面積大且較薄的形狀時，燒結(jié)收縮時的變形比較顯著，燒成后可能發(fā)生破裂或機(jī)械性扭曲，從而導(dǎo)致出現(xiàn)燒成過程中的成品率極度下降的問題。與之相比，非線性電阻元件10由于是具有用絕緣性的接合部12將壓敏電阻小片11進(jìn)行粘接而形成壓敏電阻層13的構(gòu)造，能夠簡單地實(shí)現(xiàn)薄層化以及大面積化。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)對應(yīng)了大電流的設(shè)計，形狀精度也較為優(yōu)異。此外，疊層式非線性電阻元件20是將壓敏電壓確定的壓敏電阻層23疊層而得，只須調(diào)整該疊層數(shù)量就能決定元件整體的壓敏電壓。
作為壓敏電阻小片11，21的材料，不僅限于在主成分氧化鋅中添加Bi203的Β 203系非線性電阻元件10，20，也可以是？抑011系、BaTi03系、SrTi03系、Ti02系、Sn02系或Fe304系等的非線性電阻元件10，20。另外，在上述實(shí)施方式中，說明了壓敏電阻小片11，21由以氧化鋅為主成分的燒結(jié)體構(gòu)成的例子，但是，也可以采用鈦酸鍶(strontiumtitanate)、碳化娃(carborundum)、氧化錫(tin oxide)等具有非直線性的電阻特征的陶瓷。作為壓敏電阻小片11，21的平面形狀，也不限定為正方形，也可以是長方形、多角形等其他角形狀、橢圓形以及正圓形等圓形。但是，由于采用的是刮均涂裝法、壓出成型法等流延成型法，壓敏電阻小片11，21并不是疊層，而是排列在同一平面上的，所以需要形成為適合排列的形狀。由于，角形狀與圓形相比布置排列密度較高，在制作小型高耐量的非線性電阻元件10，20時較為有效。另外，角形狀的縱橫方向上任一較短尺寸相對厚度的比率(aspect ratio)、正圓形的場合是直徑相對厚度的比率(aspect ratio)大的比較理想。該比率(aspect ratio)至少需要是2以上的數(shù)值，理想的是5以上。由于在制作壓敏電阻小片11，21時，能夠?qū)⑤^薄的片材分割成任意的大小，因此，只需將片材分割成如上所述的最合適的比率(aspectratio)。而且，壓敏電阻小片11，21的尺寸如果過小，則難以制作壓敏電阻小片11，21。相反，如果尺寸過大，壓敏電阻小片11，21在組成性或微構(gòu)成性上產(chǎn)生不均勻性，同時非線性電阻元件10，20中的壓敏電阻小片11，21的數(shù)量減少，非線性電阻元件10，20整體的均一性不充分，而且，難以對非線性電阻元件與絕緣性樹脂進(jìn)行混煉。所以，壓敏電阻小片的尺寸優(yōu)選為以下尺寸范圍。在制作單層式非線性電阻元件10或疊層式非線性電阻元件20中任意一種元件時，由于采用前述的流延成型法，壓敏電阻小片11，21并不是被疊層而是被排列在同一平面上的，適用于排列的壓敏電阻小片11，21的尺寸優(yōu)選被設(shè)定成:是角形狀的壓敏電阻小片11，21時，最短邊尺寸是50 μ m以上`、最長邊尺寸是Imm以下，并且理想的是最短邊尺寸是ΙΟΟμπι以上、最長邊尺寸是500μπι以下；是圓形的壓敏電阻小片11，21時，直徑是50 μ m 1mm，并且理想的是100 500 μ m。另外，考慮到前述的比率(aspect ratio)，壓敏電阻小片11，21的厚度為25 500 μ m，理想的是50 200 μ m左右。由于隨著所述壓敏電阻小片11，21尺寸變小，基本性能提高，特性分散也變小，制造穩(wěn)定性增高。所以在上述范圍內(nèi)選定最合適的數(shù)值。也可以使用除了前述的流延成型法之外的以下方法。通過下述方法也無需將壓敏電阻小片11，21疊層，而是將多個壓敏電阻小片11，21排列在同一平面上成型為片狀。例如，在采用通過小型電子元件的安裝機(jī)等對壓敏電阻小片11，21進(jìn)行排列并注入絕緣性樹脂而成型為片狀的場合，壓敏電阻小片11，21的尺寸只要是該安裝機(jī)能夠處理的的尺寸即可；當(dāng)壓敏電阻小片11，21是角形狀時，只需設(shè)定成最短邊尺寸是0.2mm以上、最長邊尺寸是0.4mm以上；當(dāng)壓敏電阻小片11，21是圓形時，只需設(shè)定成直徑為0.4mm以上。這時，為了保持壓敏電阻小片11，21的組成性、微構(gòu)造性上的均一性，優(yōu)選為對壓敏電阻小片11，21的形狀尺寸進(jìn)行制約，當(dāng)是角形狀時，最長邊尺寸設(shè)定成IOmm以下，當(dāng)是圓形時，直徑設(shè)定成10_以下。另外，沒有必要限定前述的流延成型法來制作壓敏電阻小片11，21。如果是形狀較小的元件，因?yàn)槌尚蜁r的密度分布和燒成時的溫度分布的分散是能夠被抑制的，所以也可以采用模具成型法。另外，作為去除通過流延成型法制得的片狀成型體的表面上附著的絕緣性樹脂的方法，并不僅限于噴砂法。例如，利用適當(dāng)?shù)娜芤喝芙饨^緣性樹脂來對其進(jìn)行去除的方法也是有效的。而且，在利用小型電子元件安裝機(jī)等對壓敏電阻小片11，21進(jìn)行定位并排列的情況下，也可以使用膠材料(resist)作為絕緣性粘結(jié)劑,并通過光蝕刻法(photo etchingmethod)來進(jìn)行去除。通過采用難燃性、耐熱性、熱傳導(dǎo)性優(yōu)異的樹脂作為粘接前述壓敏電阻小片11，21的絕緣性樹脂，能夠?qū)崿F(xiàn)提高熱性能并改善電性能。同時也不僅限于只選擇該種樹脂材料，在該樹脂材料中添加用于改善難燃性、耐熱性、熱傳導(dǎo)性的各種添加物也是有效的。例如添加:礬土(alumina)、氮化鋁、氮化蹦等氧化物或非氧化物；對熱傳導(dǎo)性顆粒(金屬或非金屬化合物)的表面進(jìn)行了絕緣加工的顆粒；根據(jù)情況也可以添加不會導(dǎo)致絕緣性下降的微量的導(dǎo)電性顆粒。另外，在元件制作過程中，通過利用噴砂法(sand blast method)清除附著在片狀成型體表面上的絕緣性樹脂時，由于選擇了所述絕緣性樹脂的樹脂材料或/和各種添加物，能夠提高噴砂法的處理效率。另外，作為電極層14，24，25可以采用含有作為導(dǎo)電顆粒的銀的常溫硬化型導(dǎo)電性粘接劑以及除此以外的熱硬化型的導(dǎo)電性粘接劑。并且，作為導(dǎo)電顆粒除了可以使用銀以外，還可以使用銅、金或碳等。作為形成該電極層14，24，25的方法，有鍍金等化學(xué)性電極形成法、蒸鍍、噴鍍等物理性電極形成法，或是涂敷納米型銀顆粒后進(jìn)行烘培的方法。另外，從防止非線性電阻元件10，20的燒毀事故的觀點(diǎn)出發(fā)，作為構(gòu)成電極層14，24的粘接劑，可以采用具有在升溫同時電阻也急劇上升的保險絲功能的樹脂。除了這種讓電極層14，24具有保險絲功能之外，也可以藉由電極層14，24將正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC Thermistor)的燒結(jié)體小片形成的層粘接到非線性電阻元件10，20的一方正面或雙方正面上。這里，疊層式非線性電阻元件20是具備電極層25存在于疊層體27中的構(gòu)造。鑒于該電極層25呈現(xiàn)能夠釋放元件內(nèi)部產(chǎn)生的熱量的作用、并且能夠抑制元件內(nèi)部的局部發(fā)熱，可以通過含有用于提高耐熱性的添加物的導(dǎo)電性樹脂來形成電極層25。將所述電極層25的厚度設(shè)計成能夠提高元件整體放熱性，以及通過改變各層厚度進(jìn)而改變電極層25厚度從而抑制局部發(fā)熱的方式、簡單地實(shí)現(xiàn)最合理化的方案。另外，采用具有因加熱而產(chǎn)生變色的性質(zhì)的樹脂作為非線性電阻元件10，20中含有的樹脂、例如絕緣性樹脂，能夠通過目視確認(rèn)是否外加有浪涌電壓以及元件的劣化程度。因此，在判斷元件交換時期方面上，其實(shí)用價值較高。在這種場合，元件兩表面的電極層14，24通過蒸鍍或噴鍍等物理性電極形成法形成ITO (摻錫氧化銦)等透明電極，則其目視確認(rèn)更為簡單。以下，參照圖5 圖7對本發(fā)明的非線性電阻元件的第三及第四實(shí)施方式進(jìn)行詳述。其中，對于圖1中所示的構(gòu)成相同的部分標(biāo)注相同的符號，并省略其說明。第三及第四實(shí)施方式中的非線性電阻元件10僅在對上述第一實(shí)施方式中的壓敏電阻小片11進(jìn)行粘接的接合部12的構(gòu)成上不同。第三實(shí)施方式中的接合部12由除了具有優(yōu)異的難燃性、耐熱性、熱傳導(dǎo)性之外還具有彈性上能夠進(jìn)行撓曲的優(yōu)異的可撓性的絕緣樹脂構(gòu)成。例如，理想的是由聚氨酯(urethane)系彈性體(elastomer)、烯烴(olefin)系彈性體(elastomer)等合成樹脂構(gòu)成。這樣，如圖5的箭頭所示，由于即使在對壓敏電阻層13施加外力的情況下，也能通過接合部12的彈性力讓壓敏電阻層13產(chǎn)生撓曲，所以能夠由壓敏電阻層13整體來承受所述外力。其結(jié)果，壓敏電阻層13的抗外力性得到提高。另外，與第三實(shí)施方式相同，第四實(shí)施方式中的接合部12由具有優(yōu)異的可撓性的絕緣性樹脂構(gòu)成。而且，如圖6所示，從接合部12和壓敏電阻小片11之間的接合界面向內(nèi)側(cè)凹陷而形成凹部121。該凹部121通過噴砂法等對接合部12削切而成。另外，壓敏電阻層13, 23通過注射成型法(injection moulding)或嵌件成型法(insert moulding)形成時，只要使用能夠在接合部12上形成凹部121的方式構(gòu)成的模具即可。凹部121的厚度比壓敏電阻小片11和接合部12間的接合界面的厚度薄。因此，接合部12的彈性力比第三實(shí)施方式中的接合部12的大，壓敏電阻層13能夠產(chǎn)生整體彎曲。這樣，對于使用現(xiàn)有的一體燒成的陶瓷燒結(jié)體無法進(jìn)行安裝的狹小的空間，也可以通過改變壓敏電阻層13的形態(tài)以符合該空間的方式進(jìn)行安裝。例如如圖7所示，可以考慮到如將壓敏電阻層13和絕緣層3重疊卷成螺旋狀形成為像電容一樣的方法等。其結(jié)果，在安裝壓敏電阻層13時的處理變得簡單，便利性提高。另外，凹部121的形狀只要是能夠讓接合部12的彈性力增大的形狀即可。例如可以是如圖6(a)所示的角形狀，或是如圖6(b)所示的R形?；蛘呤侨鐖D6(c)所示的在接合部12的表面和背面上形成凹部121。另外，在上述第三及第四實(shí)施方式中，針對單層式非線性電阻元件進(jìn)行了說明，但是即使是疊層式非線性電阻元件也能夠獲得本發(fā)明的效果。本發(fā)明并不對前述實(shí)施方式進(jìn)行任何限定，在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)，理所當(dāng)然可以進(jìn)一步實(shí)施各種形態(tài)。本發(fā)明的范圍通過專利請求項來表述，而且包含專利請求項中記載的均等的含義以及均等范圍內(nèi)的所有變更。
權(quán)利要求
1.一種非線性電阻元件，其由形成為片狀的壓敏電阻層和具有導(dǎo)電性的電極層構(gòu)成，所述電極層分別被接合在所述壓敏電阻層的彼此平行的表面以及背面上， 該非線性電阻元件的特征在于:所述壓敏電阻層通過由陶瓷燒結(jié)體構(gòu)成的多個壓敏電阻小片和具有絕緣性的接合部形成，所述多個壓敏電阻小片以這些壓敏電阻小片的各個表面以及背面分別與所述壓敏電阻層的表面以及背面相一致的方式，相互遠(yuǎn)離排列，所述接合部將相鄰的所述壓敏電阻小片彼此接合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性電阻元件，其特征在于，所述壓敏電阻層和所述電極層在分別與所述壓敏電阻層表面以及背面的垂線方向上多次交替疊層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非線性電阻元件，其特征在于，所述接合部由具有彈性的合成樹脂構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非線性電阻元件，其特征在于，所述接合部具有厚度相比于該接合部與所述壓敏電阻小片的接合界面處的厚度較小的部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的非線性電阻元件，其特征在于，所述電極層中安裝有與外部電連接的金屬配件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的非線性電阻元件，其特征在于，所述壓敏電阻層以及所述電極層的兩端面被被覆樹脂材料被覆。
7.—種制造權(quán)利要求1所述的非線性電阻元件的方法，其特征在于包含以下工序: 對作為陶瓷的基礎(chǔ)材料的多個成型體小片進(jìn)行燒成，分別形成具有相同厚度的多個所述壓敏電阻小片的工序； 通過將多個所述壓敏電阻小片與絕緣性樹脂混煉并壓出成型，形成片狀的所述壓敏電阻層的工序，其中，所述壓敏電阻層為，多個所述壓敏電阻小片相互遠(yuǎn)離排列，使得所述壓敏電阻小片的表面以及背面分別與所述壓敏電阻層的表面以及背面相一致，并且鄰接的所述壓敏電阻小片彼此通過所述絕緣性樹脂被粘接在一起； 形成分別被接合在所述壓敏電阻層的表面以及背面的具有導(dǎo)電性的所述電極層的工序。
8.—種制造權(quán)利要求2所述的非線性電阻元件的方法，其特征在于具有以下工序: 對作為陶瓷的基礎(chǔ)材料的多個成型體小片進(jìn)行燒成，分別形成具有相同厚度的多個所述壓敏電阻小片的工序； 通過將多個所述壓敏電阻小片與絕緣性樹脂混煉并壓出成型，形成片狀的所述壓敏電阻層的工序，其中，所述壓敏電阻層為:多個所述壓敏電阻小片相互遠(yuǎn)離排列，使得所述壓敏電阻小片的表面以及背面分別與所述壓敏電阻層的表面以及背面相一致，并且鄰接的所述壓敏電阻小片彼此通過所述絕緣性樹脂被粘接在一起； 在所述壓敏電阻層的表面以及背面各自的垂線方向上，交替疊積多個所述壓敏電阻層和具有導(dǎo)電性的所述電極層來形成疊層體的工序； 形成分別被接合在所述疊層體的表面以及背面的所述電極層的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種非線性電阻元件。通過將多個壓敏電阻小片(11)與絕緣性樹脂混煉并壓出成型，形成片狀的壓敏電阻層(13)。壓敏電阻層(13)為多個壓敏電阻小片(11)相互分離排列在同一平面上，并且鄰接的壓敏電阻小片(11)彼此藉由絕緣性樹脂被粘接在一起。該非線性電阻元件能夠?qū)崿F(xiàn)增大陶瓷燒結(jié)體面積的同時，能夠確保陶瓷燒結(jié)體的組成性或微構(gòu)造性上的均一性，能夠提高包括非直線性、能量耐量以及充放電壽命的基本性能。
文檔編號H01C7/10GK103155053SQ20118004680
公開日2013年6月12日 申請日期2011年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月5日
發(fā)明者沖中秀行, 塚本直之, 鈴木稔彥, 大月寬之 申請人:音羽電機(jī)工業(yè)株式會社