一種復(fù)合電極結(jié)構(gòu)的氧化鋅壓敏電阻器的制造方法
【專利摘要】一種復(fù)合電極結(jié)構(gòu)的氧化鋅壓敏電阻器，包括氧化鋅壓敏電阻器的本體和引線端子。所述的氧化鋅壓敏電阻器本體包括有薄片狀氧化鋅介質(zhì)芯片及在其正反兩面由不同金屬依次濺射而成的多層內(nèi)電極，其中一種金屬為銅鎳合金，通過(guò)一種金屬對(duì)其他金屬薄層的彌合強(qiáng)化與位錯(cuò)蓬蓋效應(yīng)，增強(qiáng)了磁控濺射工藝下氧化鋅壓敏電阻器電極層的致密度，解決了濺射法工藝下氧化鋅壓敏電阻器電極尚未達(dá)到安全電極厚度即出現(xiàn)電極疏松、裂紋的問題，實(shí)現(xiàn)了氧化鋅壓敏電阻器的電極濺射至安全厚度后仍保持致密，避免了強(qiáng)行濺射至安全厚度后因結(jié)構(gòu)疏松導(dǎo)致的電極剝離等問題，提高了氧化鋅壓敏電阻器的安全性、可靠性，使磁控濺射工藝規(guī)?；a(chǎn)氧化鋅壓敏電阻器成為現(xiàn)實(shí)。
【專利說(shuō)明】—種復(fù)合電極結(jié)構(gòu)的氧化鋅壓敏電阻器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種氧化鋅壓敏電阻器，尤其涉及一種內(nèi)電極是由多層金屬薄膜復(fù)合疊加形成的氧化鋅壓敏電阻器。
【背景技術(shù)】
[0002]壓敏電阻器作為一種非線性電阻元件，以其優(yōu)良的瞬態(tài)電壓抑制性能廣泛應(yīng)用于IC及各種電子設(shè)備的電路保護(hù)，防止因靜電、浪涌或其它瞬態(tài)電流(如雷擊)對(duì)設(shè)備造成的損壞。傳統(tǒng)的氧化鋅壓敏電阻器內(nèi)電極材料是價(jià)格昂貴的銀。若應(yīng)用環(huán)境惡劣、極端情況下，遷移性極強(qiáng)的銀離子擴(kuò)散到壓敏電阻器內(nèi)部會(huì)導(dǎo)致壓敏電阻漏電流增大，在壓敏電阻表面和內(nèi)部形成逐漸延伸的導(dǎo)電枝杈，導(dǎo)致壓敏電阻絕緣性能下降、使用壽命縮短。作為導(dǎo)電性僅次于銀的金屬，銅以其遷移性不強(qiáng)、低成本、良好的可焊性等優(yōu)點(diǎn)成為銀電極的替代首選。目前，業(yè)內(nèi)正積極探索銅電極氧化鋅壓敏電阻器的規(guī)?；a(chǎn)工藝，在現(xiàn)有的銅電極壓敏電阻器生產(chǎn)方法中，磁控濺射法具有低成本、靜態(tài)電參數(shù)優(yōu)良、環(huán)境友好的優(yōu)勢(shì)。此方法在靶材平行平面布置電磁場(chǎng)，以提高荷能粒子產(chǎn)生的效率，提升濺射速度。其基本原理是使用經(jīng)電場(chǎng)加速的荷能粒子轟擊靶材表面，濺射出的大量中性靶材分子會(huì)在基片上沉積成膜，形成電極。磁控濺射法無(wú)需經(jīng)過(guò)金屬融化過(guò)程，濺射前后氧化鋅基體溫升不大，能耗很低。且生產(chǎn)過(guò)程為物理方法，工藝控制簡(jiǎn)單，產(chǎn)品一致性很好，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，但磁控濺射生產(chǎn)的銅電極氧化鋅壓敏電阻器存在電極表面疏松的問題。
[0003]氧化鋅壓敏電阻器對(duì)電極厚度有嚴(yán)格要求，壓敏電阻器導(dǎo)通瞬態(tài)電流時(shí)急劇發(fā)熱，如電極厚度過(guò)薄，大電流導(dǎo)致的發(fā)熱會(huì)造成電極層燒蝕，燒蝕區(qū)域呈放射狀，由電極與引線焊接部位指向電極邊緣，一般會(huì)導(dǎo)致環(huán)氧包封層揭蓋、引線脫落，露出氧化鋅基底，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致壓敏炸裂。一般的氧化鋅壓敏電阻器的電極層厚度都是微米級(jí)，按通流要求不同，直徑20_及以上片徑的壓敏電阻器的電極需大于6微米，一般的防雷型壓敏電阻器電極厚度也需大于3微米，而一般磁控濺射法的制備的銅電極厚度小于I微米，在此厚度下可保證薄膜致密均勻。為取得較厚的電極層，延長(zhǎng)濺射時(shí)間時(shí)，難以避免出現(xiàn)空位、位錯(cuò)等結(jié)構(gòu)缺陷，隨著濺射的進(jìn)行，銅電極的結(jié)構(gòu)缺陷被成倍放大并延伸至表面，導(dǎo)致銅電極加厚之后結(jié)構(gòu)疏松，嚴(yán)重的甚至出現(xiàn)脫皮、裂紋，造成壓敏通流性能不良。為保證磁控濺射法生產(chǎn)的銅電極氧化鋅壓敏的可靠性，如何增強(qiáng)電極強(qiáng)度，提高電極厚度成為業(yè)內(nèi)必須解決的問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型需解決的技術(shù)問題是提供一種在磁控濺射工藝下生產(chǎn)的，安全性和可靠性好的氧化鋅壓敏電阻器，它可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)電極在高厚度下仍致密均勻，滿足濺射工藝下壓敏電阻器的通流能力要求。
[0005]采用的技術(shù)方案如下:一種復(fù)合電極結(jié)構(gòu)的氧化鋅壓敏電阻器，其包括有氧化鋅壓敏電阻器的本體和引線端子。所述的引線端子是用焊錫層焊接在本體電極外側(cè)的引線，由第一引線和第二引線組成。所述的氧化鋅壓敏電阻器本體包括有薄片狀氧化鋅芯片及在其正反兩面依次濺射多層鉻、銅鎳合金及單層銅而成的內(nèi)電極，氧化鋅壓敏電阻器的外表設(shè)有保護(hù)本體的環(huán)氧樹脂包封層。所述的內(nèi)電極是按鉻-銅鎳合金-鉻-銅鎳合金的順序依次濺射到氧化鋅基體上的，最終在電極表面濺射一層銅而成的。電極層中與氧化鋅接觸的是鉻金屬層，位于電極層外表面的是銅金屬層。
[0006]進(jìn)一步的，在上述多層電極結(jié)構(gòu)的氧化鋅壓敏電阻器中，所述的氧化鋅芯片是圓片、矩形片、橢圓片的一種。
[0007]進(jìn)一步的，在所述多層電極結(jié)構(gòu)中，濺射層數(shù)可選擇的范圍為4-20層。單層銅鎳合金層的厚度范圍為0.3微米_1_5微米，單層鉻層的厚度范圍為0.01微米-0.3微米，表面銅層的厚度范圍為0.5微米-1.5微米。
[0008]氧化鋅為六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)、銅為立方面心結(jié)構(gòu)，二者晶格失配明顯，直接濺射時(shí)，將在襯底與外延層產(chǎn)生大量的失配位錯(cuò)，位錯(cuò)延伸至外延層表面，并隨著濺射進(jìn)程逐漸放大，最終導(dǎo)致銅層外部位錯(cuò)密度增大。本實(shí)用新型以鉻作為濺射緩沖層，鉻的化學(xué)性質(zhì)活潑，沉積狀態(tài)下可與氧化鋅形成部分化學(xué)鍵合，二者具有良好的附著力。同時(shí)，鉻與銅也具有良好的結(jié)合能，鉻少量固溶入銅中形成的銅鉻合金早已被大量使用，處于銅層與氧化鋅間的鉻層可起到緩沖晶格失配的作用。相比于氧化鋅直接濺射銅層，鉻層與銅層的晶格匹配更好，在鉻層上濺射銅層，可有效減少界面位錯(cuò)，延長(zhǎng)了銅層的可濺射厚度。
[0009]金屬薄膜的生長(zhǎng)基本都是核生長(zhǎng)型，其特點(diǎn)是襯底上的沉積原子首先凝聚成核，后續(xù)飛來(lái)的沉積原子不斷聚集在核附近，形成多個(gè)不斷長(zhǎng)大的小島，相鄰小島彼此接觸并結(jié)合，最終形成連續(xù)的薄膜。在銅層中的位錯(cuò)區(qū)域，電極層會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度不足、塑性形變的情況，濺射粒子是通過(guò)將自身能量傳遞給襯底完成吸附的，塑性形變過(guò)程吸收能量導(dǎo)致粒子沉積能量降低，附著力變差，同時(shí)位錯(cuò)擴(kuò)大，以上因素導(dǎo)致位錯(cuò)區(qū)域?yàn)R射后的膜層結(jié)構(gòu)趨向疏松，附著力變差，后續(xù)以此區(qū)域?yàn)橐r底的濺射會(huì)進(jìn)一步加劇這一趨勢(shì)，最終導(dǎo)致膜層致密性變差，無(wú)法達(dá)到安全電極厚度。
[0010]鉻層與銅層相互滲入，彌散入銅層的鉻還起增強(qiáng)電極強(qiáng)度的作用，銅與鉻的結(jié)合能較高，銅層位錯(cuò)對(duì)其沉積影響較小，在銅層間引入鉻層后，鉻起到粘合劑的作用，對(duì)疏松的銅層黏合加固，提高了銅層的強(qiáng)度，可顯著減小位錯(cuò)區(qū)域的塑性形變，此外，鉻的成膜能力較好，濺射后的鉻膜可實(shí)現(xiàn)對(duì)原有銅層位錯(cuò)的蓬蓋，后續(xù)濺射的銅是以鉻為襯底進(jìn)行的沉積，受原有的銅位錯(cuò)區(qū)域影響很小。銅層間的鉻膜通過(guò)塑性強(qiáng)化、蓬蓋位錯(cuò)的方式，限制了濺射過(guò)程中銅電極位錯(cuò)缺陷的生長(zhǎng)，保證了銅電極可濺射至安全厚度。
[0011 ] 作為進(jìn)一步的改進(jìn)，將電極中的銅替換為銅鎳合金，銅鎳之間可無(wú)限固溶，具有更好的硬度，強(qiáng)度，其形成的單一合金相與鉻的匹配性更好。此外，考慮到外層金屬需具備良好的可焊錫能力，電極外層為銅電極。由此形成了本實(shí)用新型的電極結(jié)構(gòu)。
[0012]本實(shí)用新型對(duì)照現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是，本實(shí)用新型采用多層金屬薄膜的電極結(jié)構(gòu)，有效增強(qiáng)了濺射工藝下氧化鋅壓敏電阻器電極層的致密度，保證了電極層厚度能達(dá)到氧化鋅壓敏電阻器要求的安全厚度，避免了強(qiáng)行濺射至安全厚度后因結(jié)構(gòu)疏松導(dǎo)致的電極脫皮等問題，從而提高了磁控濺射法生產(chǎn)的氧化鋅壓敏電阻器的安全性、可靠性，使磁控濺射工藝規(guī)模化生產(chǎn)氧化鋅壓敏電阻器成為現(xiàn)實(shí)?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型一種復(fù)合電極結(jié)構(gòu)的氧化鋅壓敏電阻器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是本實(shí)用新型氧化鋅本體的側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】:
[0016]實(shí)施例1，如附圖1所示，本實(shí)用新型涉及的一種復(fù)合電極結(jié)構(gòu)的氧化鋅壓敏電阻器，用于電路中的瞬態(tài)電壓抑制，其包括有氧化鋅壓敏電阻器的本體和引線端子，所述的氧化鋅壓敏電阻器的本體包括有薄片狀氧化鋅介質(zhì)芯片001及在其正反兩面依次濺射多層鉻、銅鎳合金及單層銅而成的內(nèi)電極002。在圖1中，所述的氧化鋅介質(zhì)芯片是圓片狀，它也可以是方片、橢圓片中的一種。所述的引線端子由兩根引線004組成，依靠焊錫層003分別焊接在兩個(gè)電極002的外側(cè)。氧化鋅壓敏電阻器外表設(shè)有保護(hù)本體的環(huán)氧樹脂層005。如附圖2所示，內(nèi)電極002是按照鉻006-銅鎳合金007-鉻006-銅008的順序?yàn)R射在氧化鋅芯片001上而得的，鉻層006與氧化鋅芯片001直接接觸，銅層008位于電極002最外層。所述的內(nèi)電極002由鉻006、銅鎳合金007和銅008共計(jì)4層金屬薄膜構(gòu)成。所述鉻層厚度為0.06微米，所述銅鎳合金層厚度為1.5微米，所述銅層厚度為1.5微米。
[0017]實(shí)施例2，本實(shí)施例中，多層電極結(jié)構(gòu)氧化鋅壓敏電阻器于實(shí)施例1的區(qū)別在于:所述的內(nèi)電極002由鉻006、銅鎳合金007和銅008共計(jì)8層薄膜構(gòu)成。所述鉻層厚度為
0.02微米，所述銅鎳合金層厚度為0.8微米，所述銅層厚度為I微米。
[0018]實(shí)施例3，本實(shí)施例中，多層電極結(jié)構(gòu)氧化鋅壓敏電阻器于實(shí)施例1的區(qū)別在于:所述的內(nèi)電極002由鉻006、銅鎳合金007和銅008共計(jì)10層薄膜構(gòu)成。所述鉻層厚度為
0.01微米，所述銅鎳合金層厚度為0.7微米，所述銅層厚度為0.8微米。
[0019]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合電極結(jié)構(gòu)的氧化鋅壓敏電阻器，其包括有氧化鋅壓敏電阻器的本體和引線端子，其特征在于，所述的引線端子是用焊錫層焊接在本體電極外側(cè)的引線，由第一引線和第二引線組成，所述的氧化鋅壓敏電阻器的本體包括有薄片狀氧化鋅芯片及在其正反兩面依次濺射多層鉻、銅鎳合金及單層銅而成的內(nèi)電極，氧化鋅壓敏電阻器的外表設(shè)有保護(hù)本體的環(huán)氧樹脂包封層，所述的內(nèi)電極是用鉻、銅鎳合金在薄片狀氧化鋅芯片上按照鉻-銅鎳合金-鉻-銅鎳合金的順序依次濺射，并最終在表面濺射一層銅而成的，與氧化鋅直接接觸的金屬薄層是鉻，位于內(nèi)電極外表面的金屬薄層是銅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合電極結(jié)構(gòu)的氧化鋅壓敏電阻器，其特征在于，所述的薄片狀氧化鋅芯片可以是圓片、矩形片、橢圓片中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合電極結(jié)構(gòu)的氧化鋅壓敏電阻器，其特征在于，所述的內(nèi)電極中金屬薄層的總層數(shù)范圍為4-20層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合電極結(jié)構(gòu)的氧化鋅壓敏電阻器，其特征在于，所述的內(nèi)電極中鉻層的厚度范圍為0.01微米-0.3微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合電極結(jié)構(gòu)的氧化鋅壓敏電阻器，其特征在于，所述的內(nèi)電極中銅鎳合金層的厚度范圍為0.3微米-1.5微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合電極結(jié)構(gòu)的氧化鋅壓敏電阻器，其特征在于，所述的內(nèi)電極中表面銅層的厚度范圍為0.5微米-1.5微米。
【文檔編號(hào)】H01C7/10GK203617055SQ201320591222
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】李偉力, 徐曉, 方弋, 闕華昌, 崔雪萍, 李國(guó)正, 田文飛, 張清華 申請(qǐng)人:昆山萬(wàn)豐電子有限公司