專利名稱：一種ptc陶瓷熱敏電阻復(fù)合歐姆電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及BaTiO3系列的一種PTC陶瓷熱敏電阻復(fù)合歐姆電極。
背景技術(shù)：
BaTiO3陶瓷是一種典型的鐵電陶瓷，通過(guò)摻雜微量的稀土元素如Y、Nb等，可使其常溫電阻率降至IO2以下，同時(shí)表現(xiàn)出PTC (Positive Temperature Coefficient)效應(yīng)。即當(dāng)溫度超過(guò)瓷片的居里溫度，瓷片電阻值隨溫度的上升而急劇上升現(xiàn)象。這種具有正溫度系數(shù)的陶瓷熱敏電阻被廣泛應(yīng)用于發(fā)熱體、過(guò)流保護(hù)元件、消磁元件、馬達(dá)啟動(dòng)、溫度探頭等各個(gè)方面。隨著我國(guó)家電、通訊、汽車行業(yè)的發(fā)展，PTC熱敏電阻的應(yīng)用越來(lái)越普遍。BaTiO3基半導(dǎo)體陶瓷作為電子元件需在其表面涂覆焙燒金屬電極，例如，傳統(tǒng)的焙燒銀電極存在半導(dǎo)體材料與金屬的接觸問(wèn)題，不能構(gòu)成良好歐姆接觸電極。通常陶瓷PTC電阻與金屬接觸電阻較大。如果能在一個(gè)穩(wěn)定的工藝條件下制備出適合工業(yè)化生產(chǎn)的PTC熱敏電阻歐姆接觸電極，將為我國(guó)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。制備這類電極的方法很多，如化學(xué)鍍鎳、燒滲Ag-Zn、Al漿和Ag電極等。由于Ag的導(dǎo)電能力強(qiáng)，抗氧化性能好，在Ag表面可直接焊接金屬，所以一般的電子陶瓷通常采用銀漿燒滲制備電極。但由于Ag與半導(dǎo)瓷元件不能形 成歐姆接觸，所以不能直接用銀漿制備PTC熱敏電阻的電極。需在銀漿料中引入還原性強(qiáng)的金屬，如Zn、Fe、Al、Ni等，可以使半導(dǎo)體陶瓷表面耗盡層消失而降低接觸電阻。陳一等進(jìn)行了 “銀鋁錫歐姆接觸易焊電極漿料的研究”(《電子元件與材料》1997，16(6):37-40)，發(fā)現(xiàn)鋁電極顯現(xiàn)出低的接觸電阻。然而，詹益增等人(《現(xiàn)代技術(shù)陶瓷》2003, 97 (3): 12-15)發(fā)現(xiàn)燒滲鋁電極存在耐沖擊電流小，耐老化潮濕特性差，燒滲溫度窄，成品儲(chǔ)存能力差等。燒滲鋁電極不能在要求高的產(chǎn)品中應(yīng)用。周東祥教授等報(bào)道了(Sensors and Actuators A 101 (2002): 123)化學(xué)鍍鎳法形成的Ni_P合金(經(jīng)熱處理)與PTC半導(dǎo)體陶瓷形成良好歐姆接觸電極。據(jù)稱穩(wěn)定性能好，且被廣泛用作PTC半導(dǎo)體陶瓷歐姆接觸電極(電鍍與涂飾，2004，23(1):28)。其金屬沉積采用傳統(tǒng)的敏化-活化法，然后在化學(xué)鍍鎳池中沉積一層0.5-0.7 μ mN1-P合金，再用無(wú)芯磨床磨掉周圍的鎳層后，在300°C的條件下(氮?dú)獗Ｗo(hù))熱處理90分鐘，最后在鍍鎳電極的頂層通過(guò)被銀燒滲法形成一層(2μπι)的銀電極。此方法雖能滿足金屬電極與PTC半導(dǎo)體陶瓷形成良好的歐姆接觸問(wèn)題。但操作工藝繁瑣，且需要貴金屬銀使生產(chǎn)成本增加。最近，中國(guó)專利(CN1624816A)報(bào)道了一種片式熱敏電阻的制造方法，其工藝復(fù)雜，且電極的形成過(guò)程仍需要貴金屬銀。然后再電鍍鎳和錫，成本仍然很高。因此，現(xiàn)有PTC陶瓷熱敏電阻電極存在缺陷，需要進(jìn)行改進(jìn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是在現(xiàn)有PTC陶瓷熱敏電阻電極的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，提供一種PTC陶瓷熱敏電阻復(fù)合歐姆電極。本實(shí)用新型的基本構(gòu)思是:前述的熱敏電阻電極的制造工藝仍不能擺脫使用貴金屬銀作為電極材料。我們?cè)O(shè)計(jì)了一種適用PTC半導(dǎo)體陶瓷電極的新結(jié)構(gòu)與方式，其金屬?gòu)?fù)合鍍層能與陶瓷基體形成良好歐姆接觸。同時(shí)該表面又具有良好的焊接性能完全替代工藝繁瑣和價(jià)格昂貴的燒滲銀電極。本實(shí)用新型具有如下結(jié)構(gòu):PTC陶瓷熱敏電阻兩個(gè)工作表面是底層鎳電極，鎳電極上是表層錫電極；實(shí)施本實(shí)用新型一種PTC陶瓷熱敏電阻復(fù)合歐姆電極新結(jié)構(gòu)，其電極形成方式如下:在PTC陶瓷熱敏電阻兩個(gè)工作表面以化學(xué)鍍的方式形成底層鎳電極，然后以電鍍方式在鎳電極上形成表層錫電極；上述半導(dǎo)體陶瓷熱敏電阻制備復(fù)合歐姆電極方法，具有如下步驟:(I)對(duì)半導(dǎo)體熱敏電阻前瓷體進(jìn)行清洗、干燥；(2)對(duì)半導(dǎo)體熱敏電阻前瓷體進(jìn)行敏化、活化處理；(3)將步驟(2)經(jīng)高溫活化的熱敏電阻前瓷體，置于化學(xué)鍍鎳液中，在40-60°C條件下沉積低于Ipm的N1-P合金過(guò)渡層，化學(xué)鍍鎳液中，選擇醋酸鎳為鎳鹽，其重量百分比為
0.1% -3%，次亞磷酸鈉為還原劑，重量百分比為0.5-10.0%，其他為輔助試劑；(4)將步驟(3)的熱敏電阻迅速轉(zhuǎn)移到電鍍錫液中，電鍍錫液選擇硫酸亞錫為錫鹽，其重量百分比為20-25%，硫酸為還原劑，其重量百分比為74-79.5%，硫酸高鈰為錫的改良劑，重量百分比為0.5-1.0%，其他為輔助試劑；于常溫的條件下，電流密度為1-3.5A/dm,陰陽(yáng)極表面比為2:1，在熱敏電阻表面需金屬化的部位形成一層光亮、致密、完整的金屬錫電極；(5)將沉積了鎳錫 復(fù)合電極的熱敏電阻元件浸一層電接觸固體薄膜保護(hù)劑；然后用無(wú)芯磨床去除熱敏電阻元件邊緣端面上的鎳錫金屬層，使熱敏電阻兩個(gè)工作表面上的鎳錫金屬層形成兩個(gè)獨(dú)立完整的電極；(6)將形成兩個(gè)獨(dú)立完整的電極的熱敏電阻元件用自來(lái)水或去離子水漂洗干凈，經(jīng)丙酮脫水后，迅速在80°C的條件下干燥；(7)將熱敏電阻元件進(jìn)行浸錫和包封處理，并進(jìn)行電性能測(cè)試。本實(shí)用新型的有益效果是，提供了一種成本低、工藝簡(jiǎn)單、其電性能指標(biāo)滿足要求的金屬電極的制備方法，該電極結(jié)合力高，易于焊接；從而代替價(jià)格昂貴、能耗高的傳統(tǒng)被銀工藝，較傳統(tǒng)工藝提高勞動(dòng)生產(chǎn)率3倍以上，省去了表層銀電極，電極成本僅為原來(lái)的1/5。具體來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型所述的一種PTC陶瓷熱敏電阻復(fù)合歐姆電極包括PTC陶瓷熱敏電阻，所述PTC陶瓷熱敏電阻的一端導(dǎo)電連接第一電極，所述PTC陶瓷熱敏電阻的另一端導(dǎo)電連接第二電極，其特征是所述第一電極由第一底層鎳電極和第一表層錫電極構(gòu)成，所述第二電極由第二底層鎳電極和第二表層錫電極構(gòu)成，所述第一表層錫電極、第一底層鎳電極、PTC陶瓷熱敏電阻、第二底層鎳電極和第二表層錫電極依次排列。本實(shí)用新型中所述第一電極和第二電極為以化學(xué)鍍的方式形成第一底層鎳電極和第二底層鎳電極,然后以電鍍方式在第一底層鎳電極和第二底層鎳電極上形成第一表層錫電極和第二表層錫電極。與前述現(xiàn)有同類產(chǎn)品相比，本實(shí)用新型的一種PTC陶瓷熱敏電阻復(fù)合歐姆電極，其金屬?gòu)?fù)合鍍層能與陶瓷基體形成良好歐姆接觸，同時(shí)該表面又具有良好的焊接性能完全替代工藝繁瑣和價(jià)格昂貴的燒滲銀電極。本實(shí)用新型在PTC陶瓷熱敏電阻上以化學(xué)鍍-電鍍的方式沉積具有良好歐姆接觸的鎳-錫復(fù)合電極，該電極結(jié)合力高，易于焊接，電性能指標(biāo)均滿足技術(shù)要求；較傳統(tǒng)工藝提高勞動(dòng)生產(chǎn)率3倍以上，省去了表層銀電極，電極成本僅為原來(lái)的1/5，特別適用于焊接型的PTC陶瓷熱敏電阻和其它電子陶瓷元件電極的制造。本實(shí)用新型的內(nèi)容結(jié)合以下實(shí)施例作更進(jìn)一步的說(shuō)明，但本實(shí)用新型的內(nèi)容不僅限于實(shí)施例中所涉及的內(nèi)容。

圖1是實(shí)施例中一種PTC陶瓷熱敏 電阻復(fù)合歐姆電極的橫截面結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)施例中所述的一種PTC陶瓷熱敏電阻復(fù)合歐姆電極包括PTC陶瓷熱敏電阻1，所述PTC陶瓷熱敏電阻I的一端導(dǎo)電連接第一電極，所述PTC陶瓷熱敏電阻I的另一端導(dǎo)電連接第二電極，其特征是所述第一電極由第一底層鎳電極2和第一表層錫電極3構(gòu)成，所述第二電極由第二底層鎳電極4和第二表層錫電極5構(gòu)成，所述第一表層錫電極3、第一底層鎳電極2、PTC陶瓷熱敏電阻1、第二底層鎳電極4和第二表層錫電5極依次排列。本實(shí)施例中所述第一電極和第二電極為以化學(xué)鍍的方式形成第一底層鎳電極2和第二底層鎳電極4，然后以電鍍方式在第一底層鎳電極2和第二底層鎳電極4上形成第一表層錫電極3和第二表層錫電極5。在本實(shí)施例中，為了在PTC陶瓷和金屬之間形成低電阻的歐姆接觸，需在化學(xué)鍍鎳液中先沉積一層N1-P非晶態(tài)合金(〈I μ m)，以使熱敏電阻陶瓷表面金屬化過(guò)程中具有一種能形成良好歐姆接觸電極的過(guò)渡金屬合金層。將熱敏電阻前瓷體置于化學(xué)鍍鎳液中，在80-90°C條件下沉積低于I μ m的N1-P合金層?；瘜W(xué)鍍鎳液中，選擇硫酸鎳為鎳鹽，次亞磷酸鈉為還原劑，，其他為輔助試劑。此工藝不需要在250-300°C條件下(N2氣保護(hù))熱處理，可直接電鍍錫，形成易于焊接的錫電極。沉積了鎳的熱敏電阻需迅速轉(zhuǎn)移到電鍍液中，在常溫的條件下，在熱敏電阻表面需金屬化的部位形成一層光亮、致密、完整的金屬錫電極，其界面清晰，易于焊接。將沉積了鎳錫復(fù)合電極的熱敏電阻元件浸一層電接觸固體薄膜保護(hù)劑；然后用無(wú)芯磨床去除熱敏電阻元件邊緣端面上的鎳錫金屬層，使熱敏電阻兩個(gè)工作表面上的鎳錫金屬層形成兩個(gè)獨(dú)立完整的電極。將形成兩個(gè)獨(dú)立完整的電極的熱敏電阻元件用自來(lái)水或去離子水漂洗干凈，經(jīng)酒精脫水后，迅速在80°C的條件下干燥；然后將熱敏電阻元件進(jìn)行浸錫和包封處理，并進(jìn)行電性能測(cè)試。PTC陶瓷熱敏電阻表面化學(xué)鍍鎳和電鍍錫采用傳統(tǒng)的技術(shù)配方:一、化學(xué)鍍鎳液配方1.硫酸鎳:25g/L2.檸檬酸鈉:10g/L3.次亞磷酸鈉:25g/L4.醋酸鈉:15g/L[0032]5.乳酸:15ml/L6.絡(luò)合劑 B:4ml/LPH 值:4.3 4.8溫度:80 90二、電鍍錫液配方硫酸亞錫40-60/L硫酸:140_160g/ L硫酸高鋪4-6 g/Lβ -萘酚 / g.I/10.3 1.0明膠/g.1711-3光亮劑SS-820 (配槽)/ mL.Γ1 15 30光亮劑-821(補(bǔ)加)/ mL.L—1 0.3 0.8溫度/°C常溫陰極電流密度/A.dm_21-3.5用自來(lái)水漂洗干凈和酒精脫水后，迅速在80°C的條件下干燥。完成的PTC熱敏電阻元件經(jīng)浸錫后進(jìn)行物理性能測(cè)定，其結(jié)果見(jiàn)表I樣品1-5。比較例將熱敏電阻前瓷體置于化學(xué)鍍鎳液中，在80_90°C條件下沉積低于I μ m的N1-P合金層?；瘜W(xué)鍍鎳液中，選擇硫酸鎳為鎳鹽，次亞磷酸鈉為還原劑，其他為輔助試劑。最后在鍍鎳電極的頂層通過(guò)被銀燒滲法形成一層(2 μ m)的銀電極。其結(jié)果見(jiàn)表I樣品6-10。表權(quán)利要求1.一種PTC陶瓷熱敏電阻復(fù)合歐姆電極，包括PTC陶瓷熱敏電阻，所述PTC陶瓷熱敏電阻的一端導(dǎo)電連接第一電極，所述PTC陶瓷熱敏電阻的另一端導(dǎo)電連接第二電極，其特征是所述第一電極由第一底層鎳電極和第一表層錫電極構(gòu)成，所述第二電極由第二底層鎳電極和第二表層錫電極構(gòu)成，所述第一表層錫電極、第一底層鎳電極、PTC陶瓷熱敏電阻、第二底層鎳電極和第二表層錫電極依次排列。
2.如權(quán)利要求1所述的一種PTC陶瓷熱敏電阻復(fù)合歐姆電極，其特征是所述第一電極和第二電極為以化學(xué)鍍的方式形成第一底層鎳電極和第二底層鎳電極,然后以電鍍方式在第一底層鎳 電極和第二底層鎳電極上形成第一表層錫電極和第二表層錫電極。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種PTC陶瓷熱敏電阻復(fù)合歐姆電極。包括PTC陶瓷熱敏電阻，PTC陶瓷熱敏電阻的一端導(dǎo)電連接第一電極，PTC陶瓷熱敏電阻的另一端導(dǎo)電連接第二電極，其特征是第一電極由第一底層鎳電極和第一表層錫電極構(gòu)成，第二電極由第二底層鎳電極和第二表層錫電極構(gòu)成，第一表層錫電極、第一底層鎳電極、PTC陶瓷熱敏電阻、第二底層鎳電極和第二表層錫電極依次排列。本產(chǎn)品具有良好歐姆接觸的鎳-錫復(fù)合電極，該電極結(jié)合力高，易于焊接，電性能指標(biāo)均滿足技術(shù)要求；不僅提高勞動(dòng)生產(chǎn)率3倍以上，而且省去了表層銀電極，電極成本僅為原來(lái)的1/5，特別適用于焊接型的PTC陶瓷熱敏電阻和其它電子陶瓷元件電極的制造。
文檔編號(hào)C23C18/32GK203150340SQ20132011491
公開(kāi)日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者楊敬義, 羅霞 申請(qǐng)人:成都順康三森電子有限責(zé)任公司