專利名稱：包括鈍化層的變阻器的制造技術(shù)
方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及與電壓相關(guān)的非線性電阻器("變阻器")或其他具有部分 導(dǎo)電體的電一陶瓷電子部件的制造。
背景技術(shù)：
變阻器的制造已經(jīng)進(jìn)行了很多年。所述變阻器包括通常由ZnO構(gòu)成的 電一陶瓷(electro-ceramic)主體以及用于實(shí)現(xiàn)電接觸的端子。大多數(shù)變阻 器是用于表面安裝的，因此所述端子處于端面上，并且圍繞四個(gè)側(cè)面的末 端。從20世紀(jì)80年代起，很多變阻器已經(jīng)插入(interleave) 了內(nèi)部電極。 US6535105 (AVX)、 US5565838 (AVX)和US5387432 (Hubbell)對(duì)這種 變阻器進(jìn)行了說(shuō)明。
變阻器的制造的問(wèn)題在于，要一貫地實(shí)現(xiàn)對(duì)端子的準(zhǔn)確電鍍。近年來(lái)， 這一問(wèn)題隨著微型化程度的提高變得更加尖銳。US6535105描述了保護(hù)陶 瓷不被電鍍的樹(shù)脂涂層("鈍化")的應(yīng)用。然而，樹(shù)脂涂層位于端子的金 屬之下，并且可能降低內(nèi)部電極和端子金屬鍍層之間的電路徑的質(zhì)量。 US556583描述了在鈍化涂層上濺射端子的方法。而且，與內(nèi)部電極的電接 觸似乎也缺乏足夠的一致性。US5387432公開(kāi)了鈍化成分(passivation composition)。
本發(fā)明涉及提供的一種端子電鍍的一致性和準(zhǔn)確性得到提高的變阻器 的制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種制造電一陶瓷部件的方法，該電一陶瓷部件包 括電一陶瓷主體和導(dǎo)電端子，所述方法包括以下步驟提供電—陶瓷主體; 將端子材料施加到所述主體上；施加鈍化材料；進(jìn)行焙燒以使所述端子材 料固化，從而提供端子；以及對(duì)所述端子進(jìn)行電鍍，其特征在于，在第一階段中在施加所述鈍化材料之前對(duì)所述部件進(jìn)行焙燒，以獲 得具有足夠強(qiáng)度的多孔端子材料用于隨后的處理，
在所述第一階段焙燒之后，將所述鈍化材料施加到所述多孔鈍化材 料和所述主體上，并且
在施加所述鈍化材料之后，接下來(lái)在第二階段中對(duì)所述部件進(jìn)行焙 燒，所述第二階段焙燒的參數(shù)使得至少一些覆蓋所述端子的鈍化材料 擴(kuò)散到所述多孔端子材料中，同時(shí)使所述主體上的鈍化材料基本保持 原樣。
由于所述鈍化材料在第二階段焙燒過(guò)程中擴(kuò)散到所述端子材料中，因 此所述端子得到良好的電鍍，而且在所述電鍍過(guò)程中所述電一陶瓷主體還 得到了良好的保護(hù)。這有助于提高產(chǎn)品產(chǎn)量。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述端子材料包括Ag、玻璃粉和載體(carrier)。 在一個(gè)實(shí)施例中，所述端子材料還包括燒結(jié)抑制劑，以有助于在第一
階段焙燒過(guò)程中控制所述端子材料的孔隙度。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述燒結(jié)抑制劑的熔點(diǎn)大于所述端子材料的主要組
分的熔點(diǎn)。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述燒結(jié)抑制劑包括Pt。 在一個(gè)實(shí)施例中，Pt以0.1wt^到4wt^的濃度存在。 在一個(gè)實(shí)施例中，Pt濃度大約為1.5wt%。 在另一個(gè)實(shí)施例中，所述燒結(jié)抑制劑包括氧化鋁。 在一個(gè)實(shí)施例中，所述鈍化材料包括玻璃、粘合劑和水。 在另一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)噴射施加所述鈍化材料。 在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)加熱的氣流進(jìn)行所述噴射。 在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一階段焙燒的穩(wěn)定溫度在42(TC到510。C的范 圍內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一階段焙燒的穩(wěn)定溫度在48(TC到49(TC的范 圍內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一階段焙燒的持續(xù)時(shí)間為15分鐘到40分鐘。 在另一實(shí)施例中，所述第一階段焙燒的持續(xù)時(shí)間為20分鐘到30分鐘。 在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二階段焙燒的穩(wěn)定溫度在63(TC到71(TC的范
6圍內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二階段焙燒的穩(wěn)定溫度為65(TC到670°C。 在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二階段焙燒的持續(xù)時(shí)間在5分鐘到35分鐘的 范圍內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二階段焙燒的持續(xù)時(shí)間在5分鐘到15分鐘的 范圍內(nèi)。


通過(guò)以下參考附圖僅通過(guò)舉例的方式給出的對(duì)本發(fā)明的一些實(shí)施例的 說(shuō)明將更清楚地理解本發(fā)明，在附圖中
圖1是本發(fā)明的變阻器制造方法的流程圖2 (a)到圖2 (c)是示出處于以下階段的變阻器的示圖(不按比例) (a)第一階段中施加的端子漿料以及經(jīng)焙燒的變阻器，(b)所施加的鈍化 涂層，以及(c)第二階段焙燒之后；
圖3 (a)和3 (b)分別是示出第一和第二階段焙燒的焙燒溫度相對(duì)于 時(shí)間的分布曲線圖；以及
圖4 (a)、 4 (b)和4 (c)是(a)第一焙燒階段之后，(b)第二焙燒 階段之后，以及(c)鎳(Ni)和錫(Sn)電鍍之后的陶瓷主體和漿料的截 面圖像。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，其示出了用于制造變阻器的方法1。
在步驟10中，通過(guò)常規(guī)制造技術(shù)制造具有內(nèi)部電極的ZnO陶瓷主體。 在步驟11中，通過(guò)將端子浸漬到漿料中而施加由Ag、 Pt、玻璃粉和介質(zhì) (vehicle)構(gòu)成的端子漿料。(以0.1wt^到4.0wt^的濃度范圍)將Pt作為 燒結(jié)抑制劑添加到端子材料中是非常有利的，因?yàn)槠溆兄谕ㄟ^(guò)控制焙燒 過(guò)程的時(shí)間/溫度來(lái)控制孔隙度的水平。所述抑制劑為鉑，例如，其可以是 在商業(yè)領(lǐng)域被稱為"鉑黑"的具有12-18m2/g的比表面積的鉑。在該實(shí)施例 中，端子漿料材料包括74wtQ/^的(Ag)和1.5wtX的(Pt)，其余為玻璃粉 和介質(zhì)。在步驟12中，第一階段焙燒到處于420'C到510'C范圍內(nèi)的穩(wěn)定溫度 (plateautemperature),如圖3 (a)的曲線圖所示。圖2 (a)還示意性地示 出了第一階段焙燒之后的端子。由附圖標(biāo)記20表示部件，由21表示陶瓷 主體(具有內(nèi)部電極)，由22表示端子漿料。第一階段焙燒的溫度優(yōu)選處 于48(TC到49(TC的較小范圍內(nèi)。第一階段焙燒的穩(wěn)定期處于15分鐘到40 分鐘的范圍內(nèi)，優(yōu)選處于20分鐘到30分鐘的較小范圍內(nèi)。
所述燒結(jié)抑制劑比主要的端子漿料組分Ag具有更高的熔點(diǎn)。其將在燒 結(jié)過(guò)程中延緩致密化。對(duì)于純銀端子而言，顆粒之間的界面能相對(duì)較低， 因而在第一階段焙燒條件下將實(shí)現(xiàn)更高水平的致密化。然而，在銀端子材 料中添加鉑將增加啟動(dòng)緊致化所需的界面能。在給定的第一焙燒條件下， 更高的界面能要求將導(dǎo)致低水平的緊致化。
第一階段焙燒的目的在于首先使?jié){料中的玻璃充分熔化，從而在不使 銀致密化的情況下使Ag顆粒結(jié)合到一起。然而，端子由此是多孔的，其具 有足夠的強(qiáng)度以允許進(jìn)行隨后的處理。圖4 (a)是第一階段焙燒之后的端 子的圖像，其中可以看到漿料中的孔隙。
在步驟13中，通過(guò)如下方式施加具有石英玻璃粉的鈍化材料對(duì)整個(gè) 部件進(jìn)行噴射，同時(shí)進(jìn)行加熱和旋轉(zhuǎn)，以確保所有的側(cè)面都得到充分的涂 敷。在該實(shí)施例中，這是通過(guò)在霧化的鈍化材料的氣氛下在暖氣流中使組 分"流體化"來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所噴射的鈍化材料包括13.5wt^的玻璃粉和lwt %的膠乳粘合劑，其余為去離子水。"流體化器"以大約100mVhr的氣流以 及39'C和44。C之間的出口溫度進(jìn)行工作，以確保所述組分的完全干燥。圖 2 (b)示出了涂敷了鈍化材料26之后的部件25，所述鈍化材料明顯在所有 的表面上延伸。
在步驟14中，在第二階段中以圖3 (b)所示的分布曲線對(duì)所述部件進(jìn) 行焙燒。穩(wěn)定溫度的范圍為63(TC到710°C，最優(yōu)選處于650。C到670'C的 子范圍內(nèi)。相應(yīng)的時(shí)間為5分鐘到35分鐘，最優(yōu)選為5分鐘到15分鐘。 這使得鈍化物熔化，并且由于端子的孔隙而遷移到其中，從而得到硬的導(dǎo) 電Ag端子31，如圖2 (c)所示。該圖表明，端子漿料22上的鈍化層26 在第二階段焙燒過(guò)程中己經(jīng)"消失"-擴(kuò)散到了多孔的端子中。然而，鈍化 層26仍然保留在端子之間的陶瓷主體的表面上，以便在隨后的處理當(dāng)中對(duì)陶瓷進(jìn)行保護(hù)。在圖4 (b)中示出了第二階段焙燒之后的端子材料的截面 圖，其中明顯可以看到孔隙度的降低。
在步驟15中，通過(guò)電鍍將鎳阻擋層隨后是可焊的Sn或Sn/Pb合金選 擇性地電鍍到端子上，如圖4 (c)所示。由于端子之間的陶瓷受到鈍化物 的保護(hù)，因此被電鍍的風(fēng)險(xiǎn)很小。同時(shí)，端子得到了很好的電鍍，因?yàn)殁g 化層在第二階段焙燒過(guò)程中已經(jīng)擴(kuò)散到了端子中-留下露出的Ag作為良好 的電鍍主體。
或者，可以通過(guò)在"掃調(diào)式(pan)涂敷器"中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)來(lái)施加鈍化材 料，從而使單元在加熱室中翻滾(tumble),將鈍化材料的噴射細(xì)流(fine spray)注入到所述加熱室中。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明在端子的電鍍過(guò)程中提供了良好的選擇性。迄今， 這種裝置的電鍍工藝參數(shù)一直都需要對(duì)電鍍化學(xué)(electroplating chemistry)、 時(shí)間和電流密度的變化進(jìn)行嚴(yán)格的控制。憑借本發(fā)明，極大地降低了在端 子的表面上殘留玻璃的可能性，從而使所述裝置對(duì)電鍍過(guò)程中的變化具有 更高的耐受性。而且，由于存在玻璃向端子中的擴(kuò)散，因此可以提高沉積 在部件上的玻璃量。陶瓷表面上的玻璃的厚度與可能出現(xiàn)的過(guò)電鍍的程度 成比例。對(duì)于典型的2-3um的鈍化玻璃沉積物而言，對(duì)電鍍參數(shù)具有嚴(yán)格 控制的現(xiàn)有技術(shù)工藝由于過(guò)電鍍而通常具有7%的產(chǎn)量損失。借助本發(fā)明， 使這一過(guò)電鍍產(chǎn)量損失大幅降至不到1%。在陶瓷主體和正常焙燒的端子 (通常推薦采取600'C的焙燒溫度)上施加玻璃鈍化物的現(xiàn)有技術(shù)工藝中， 在玻璃量、過(guò)電鍍的程度以及端子上的電鍍金屬的厚度之間存在著平衡。 如果施加太多的玻璃，那么在端子表面上殘留一些玻璃，從而使電鍍更加 困難并有可能導(dǎo)致金屬涂敷降低的風(fēng)險(xiǎn)將很高。在陶瓷主體上沉積較厚的 玻璃的優(yōu)點(diǎn)在于，在所述主體上沉積電鍍金屬的風(fēng)險(xiǎn)低。類似地，如果施 加太少的玻璃，那么盡管端子的電鍍將更容易，但是由于玻璃鈍化層薄而 使在陶瓷主體上發(fā)生電鍍的風(fēng)險(xiǎn)提高。
本發(fā)明克服了這些限制，因?yàn)槠湓试S施加較厚的玻璃鈍化層，從而降 低了過(guò)電鍍產(chǎn)量損失。這一改進(jìn)的工藝允許沉積 6um的玻璃，并且在端 子上進(jìn)行良好的電鍍，而且使過(guò)電鍍產(chǎn)量損失通常小于1%。
本發(fā)明不限于所述的實(shí)施例，而是可以在構(gòu)造和細(xì)節(jié)上發(fā)生變化。其他材料也適合作為燒結(jié)抑制劑，其中一種基于氧化鋁材料并具有13.5m2的 表面面積的材料已經(jīng)顯示出類似的效果。可以通過(guò)焙燒只有銀的端子材料 實(shí)現(xiàn)低孔隙度，然而這需要較低的溫度，并且盡管能夠獲得所述孔隙度， 但是端子的機(jī)械強(qiáng)度較低，從而使所述裝置的進(jìn)一步處理更加困難。
權(quán)利要求
1、一種制造電-陶瓷部件的方法，該電-陶瓷部件包括電-陶瓷主體和導(dǎo)電端子，所述方法包括以下步驟提供(10)電-陶瓷主體；將端子材料施加(11)到所述主體上；施加鈍化材料；進(jìn)行焙燒以使所述端子材料固化，從而提供端子；以及對(duì)所述端子進(jìn)行電鍍(15)，其特征在于，在第一階段中在施加所述鈍化材料之前對(duì)所述部件進(jìn)行焙燒(12)，以獲得具有足夠強(qiáng)度的多孔端子材料，從而便于隨后的處理，在所述第一階段焙燒之后，將所述鈍化材料施加(13)到所述多孔鈍化材料和所述主體上，以及在施加所述鈍化材料之后，接下來(lái)在第二階段中對(duì)所述部件進(jìn)行焙燒(14)，所述第二階段焙燒的參數(shù)使得至少一些覆蓋于所述端子上的鈍化材料擴(kuò)散到所述多孔端子材料中，同時(shí)使所述主體上的鈍化材料基本保持原樣。
2、 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述端子材料包 括Ag、玻璃粉和載體。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述端子材料還包括燒結(jié)抑制劑， 以有助于在第一階段焙燒過(guò)程中控制所述端子材料的孔隙度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述燒結(jié)抑制劑的熔點(diǎn)大于所述 端子材料的主要組分的熔點(diǎn)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其中所述燒結(jié)抑制劑包括Pt。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中存在的Pt的濃度是0.1wt^到4wt%。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中Pt濃度大約為1.5wt%。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其中所述燒結(jié)抑制劑包括氧化鋁。
9、 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述鈍化材料包 括玻璃、粘合劑和水。
10、 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中通過(guò)噴射施加 所述鈍化材料。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中在加熱的氣流中進(jìn)行所述噴射。
12、 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一階段 焙燒的穩(wěn)定溫度在42(TC到510'C的范圍內(nèi)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述第一階段焙燒的穩(wěn)定溫度 在480。C到490°C的范圍內(nèi)。
14、 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一階段 焙燒的持續(xù)時(shí)間為15分鐘到40分鐘。
15、 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一階段 焙燒的持續(xù)時(shí)間為20分鐘到30分鐘。
16、 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述第二階段 焙燒的穩(wěn)定溫度在630°C到710°C的范圍內(nèi)。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第二階段焙燒的穩(wěn)定溫度 為650 。C到670。C。
18、 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述第二階段焙燒的持續(xù)時(shí)間在5分鐘到35分鐘的范圍內(nèi)。
19、根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第二階段焙燒的持續(xù)時(shí)間 在5分鐘到15分鐘的范圍內(nèi)。
全文摘要
公開(kāi)了一種制造電子部件的方法(1)，該電子部件包括電-陶瓷主體和導(dǎo)電端子。所述方法(1)包括以下步驟提供(10)電-陶瓷主體；將端子材料施加(11)到所述主體上；施加鈍化材料；進(jìn)行焙燒以使所述端子材料固化，從而提供端子；以及對(duì)所述端子進(jìn)行電鍍(15)。在第一階段中在施加所述鈍化材料之前對(duì)所述部件進(jìn)行焙燒(12)，以獲得具有足夠強(qiáng)度的多孔端子材料用于隨后的處理。在所述第一階段焙燒之后，將所述鈍化材料施加(13)到所述多孔鈍化材料和所述主體上。在施加所述鈍化材料之后，接下來(lái)在第二階段中對(duì)所述部件進(jìn)行焙燒(14)，所述第二階段焙燒的參數(shù)使得至少一些覆蓋所述端子的鈍化材料擴(kuò)散到所述多孔端子材料中，同時(shí)使所述主體上的鈍化材料基本保持原樣。所述端子材料還包括燒結(jié)抑制劑(Pt，為1.5wt％)，以有助于在第一階段焙燒過(guò)程中控制所述端子材料的孔隙度。
文檔編號(hào)H01C7/10GK101506912SQ200680055631
公開(kāi)日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2006年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月19日
發(fā)明者A·霍珀, D·麥克洛克林, J·柯利 申請(qǐng)人:力特保險(xiǎn)絲愛(ài)爾蘭發(fā)展有限公司