CN112216457A - 一种铜电极的制备方法及压敏电阻器 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种铜电极的制备方法，包括：使用主料铜粉，配料玻璃粉、银粉、松油醇、乙基纤维素及分散剂配置铜浆；对铜浆使用离心分散的工艺使得各组成成分充分混合；将铜浆进行轧磨后铺展在平台上后，并将压敏电阻器本体两个设置电极的端部浸入铜浆中；将平台上的铜浆烘烤至固化，以将铜浆固化在压敏电阻器本体上；对固化在压敏电阻器本体上的铜浆加工成型，在压敏电阻器本体上形成铜电极；通过将铜粉作为主料加工成的铜电极，能够作为压敏电阻器的电极来使用，而在市场上，铜的价格远低于银的价格，因此使用铜电极，降低了压敏电阻器的生产成本。

Description

一种铜电极的制备方法及压敏电阻器

技术领域

本申请涉及压敏电阻器技术领域，具体涉及一种铜电极的制备方法及压敏电阻器。

背景技术

压敏电阻器是一种对电压变化反应灵敏的限压型元件，其具有体积小、工作电压范围宽、对过压脉冲响应快、耐冲击电流能力强、漏电电流小、电阻温度系数小等特点，是一种理想的保护元件，被广泛地应用在家电及其他电子产品中。

现有的一些压敏电阻器，例如氧化锌压敏电阻器，在生产的过程中，电极是通过烧结银浆制成的，因此这些压敏电阻器的电极是银电极。

但是，目前市场上银的价格较高，这就使得压敏电阻器的生产成本较为高昂；另外，由于银迁移性的特点，使得银电极在高温下容易与其他材料结合而被融掉，从而导致压敏电阻器的性能下降。

发明内容

鉴于此，本申请提供一种铜电极的制备方法及压敏电阻器，以解决现有的压敏电阻器的生产成本较为高昂的问题。

本申请第一方面提供一种铜电极的制备方法，包括：使用主料铜粉，配料玻璃粉、银粉、松油醇、乙基纤维素及分散剂配置铜浆；对铜浆使用离心分散的工艺使得各组成成分充分混合；将铜浆进行轧磨后铺展在平台上后，并将压敏电阻器本体两个设置电极的端部浸入铜浆中；将平台上的铜浆烘烤至固化，以将铜浆固化在压敏电阻器本体上；对固化在压敏电阻器本体上的铜浆加工成型，在压敏电阻器本体上形成铜电极。

其中，使用主料铜粉，配料玻璃粉、银粉、松油醇、乙基纤维素及分散剂配置铜浆包括：将乙基纤维素与松油醇混合；对混合的乙基纤维素及松油醇进行90℃水浴；搅拌至乙基纤维素完全溶解于松油醇，并冷却至室温；将铜粉、玻璃粉及银粉加入溶解了乙基纤维素的松油醇内，并搅拌均匀形成铜浆。

其中，所述将平台上的铜浆烘烤至固化时，烘烤温度为50-150℃。

其中，所述铜浆各组分的配比为：粒径1μm的片状铜粉5-10％，粒径5μm的片状铜粉10-30％，粒径50μm的球状铜粉10-30％，粒径0.5μm的球状铜粉5-10％；粒径为50nm的银粉1-3％、玻璃粉1-5％，松油醇10-30％，乙基纤维素2-5％，分散剂0.5-2％。

其中，所述对固化在压敏电阻器本体上的铜浆加工成型，在压敏电阻器本体上形成铜电极包括：在网带炉内将固化在压面电阻器上的铜浆进行排胶；对排胶后的铜浆进行烧结；对烧结过程中生成的氧化铜进行还原，将氧化铜还原成铜；冷却5-10min至室温，以在压敏电阻器本体上形成铜电极。

其中，所述在网带炉内将固化在压面电阻器上的铜浆进行排胶包括：调整网带炉进出口的氮气气幕流量为20-50L/min；在网带炉内通入气氛流量为2-10L/min的氮气；控制网带炉内氧含量为1％-1.5％；调整网带炉内的温度至200-300℃，对铜浆进行排胶，排胶时间为10-30min。

其中，所述对排胶后的铜浆进行烧结包括：对排胶后的铜浆进行加温，从排胶的温度加温至高于玻璃粉的软化点温度，并在网带炉内通入气氛流量为2-10L/min的氮气，控制网带炉内氧含量为0.5％-1％；加温后保持5-20min，并在网带炉内通入气氛流量为5-20L/min的氮气，控制网带炉内氧含量为0.5％-1％。

其中，所述降温后还原加温时及加温后生成的氧化铜包括：在铜浆降温至400-600℃后，在网带炉通入流量为0.5-1L/min的氢气，并通入流量为5-10L/min的氮气，氧含量控制在200ppm以下，对氧化铜进行还原，还原时间为5-10min。

其中，所述玻璃粉的软化点温度为600-900℃。

本申请上述的铜电极的制备方法，通过将铜粉作为主料加工成的铜电极，能够作为压敏电阻器的电极来使用，而在市场上，铜的价格远低于银的价格，因此使用铜电极，降低了压敏电阻器的生产成本；另外，铜不具有迁移性特点，使得铜不会在高温下与其他材料融合而融掉，因此在高温下铜电极的使用也不会导致压敏电阻器的性能降低。

本申请第二方面提供一种压敏电阻器，包括铜电极，铜电极包括铜、玻璃、银、乙基纤维素及分散剂；还包括压敏电阻器本体。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例铜电极的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。

请参阅图1，本申请实施例提供一种铜电极的制备方法，包括如下步骤：S1、使用主料铜粉，配料玻璃粉、银粉、松油醇、乙基纤维素及分散剂配置铜浆；S2、对铜浆使用离心分散的工艺使得各组成成分充分混合；S3、将铜浆进行轧磨后铺展在平台上后，并将压敏电阻器本体两个设置电极的端部浸入铜浆中；S4、将平台上的铜浆烘烤至固化，以将铜浆固化在压敏电阻器本体上；S5、对固化在压敏电阻器本体上的铜浆加工成型，在压敏电阻器本体上形成铜电极。

通过将铜粉作为主料加工成的铜电极，能够作为压敏电阻器的电极来使用，而在市场上，铜的价格远低于银的价格，因此使用铜电极，降低了压敏电阻器的生产成本。

另外，压敏电阻器本体一般使用氧化锌陶瓷体制成，但是银与氧化锌陶瓷体的欧姆接触特性有待提高，且存在漏电流异常非线性系数低的特点，从而降低了压敏电阻器的性能，而且市场中的压敏电阻器使用的是银电极，但是银电极在一些环境中会有银迁移的现象发生，使得银电极在高温下容易与其他材料结合而被融掉，从而导致压敏电阻器的性能下降，而铜不具有迁移性特点，使得铜不会在高温下与其他材料融合而融掉，因此在高温下铜电极的使用也不会导致压敏电阻器的性能降低。

在一个实施例中，使用主料铜粉，配料玻璃粉、银粉、松油醇、乙基纤维素及分散剂配置铜浆包括：将乙基纤维素与松油醇混合；对混合的乙基纤维素及松油醇进行90℃水浴；搅拌至乙基纤维素完全溶解于松油醇，并冷却至室温；将铜粉、玻璃粉及银粉加入溶解了乙基纤维素的松油醇内，并搅拌均匀。

乙基纤维素完全溶解于松油醇内后，能够形成有机溶剂，对混合的乙基纤维素及松油醇进行90℃水浴，能够使得乙基纤维素更加的溶解更加快速，从而加快铜电极至制备时间，降低生产压敏电阻器的时间成本。

在一个实施例中，使用三辊研磨机跨距5um对铜浆轧磨2-5次。

在一个实施例中铜粉包括：粒径1μm的片状铜粉、粒径5μm的片状铜粉、粒径50μm的球状铜粉、粒径0.5μm的球状铜粉；银粉的粒径为50nm。

片式铜粉相较于球状铜粉，具有难以氧化且附着力高的特性，球状铜粉相较于片式铜粉，具有表面积大且烧结温度低的特点，用不同粒径的片状铜粉及不同粒径的球状铜粉混合，能够使得最终成型的铜电极对压敏电阻器的附着力高，且容易将铜浆烧结为一体。

在本实施例中，铜浆各组分的配比为：粒径1μm的片状铜粉5-10％，粒径5μm的片状铜粉10-30％，粒径50μm的球状铜粉10-30％，粒径0.5μm的球状铜粉5-10％；银粉1-3％、玻璃粉1-5％，松油醇10-30％，乙基纤维素2-5％，分散剂0.5-2％。

在其他实施例中，铜浆各组分的配比还可以为：粒径1μm的片状铜粉10％，粒径5μm的片状铜粉30％，粒径50μm的球状铜粉30％，粒径0.5μm的球状铜10％；银粉1-3％、玻璃粉1-5％，松油醇10-30％，乙基纤维素2-5％，分散剂0.5-2％。

在其他实施例中，铜浆各组分的配比还可以为：粒径1μm的片状铜粉5％或6％或7％或8％或9％，粒径5μm的片状铜粉10％或15％或20％或25％，粒径50μm的球状铜粉10％或15％或20％或25％，粒径0.5μm的球状铜5％或6％或7％或8％或9％；银粉1％或2％或3％，玻璃粉1％或2％或3％或4％或5％，松油醇10％或15％或20％或25％或30％，乙基纤维素2％或3％或4％或5％，分散剂0.5％或1.0％或1.5％或2.0％。

上述实施例中的分散剂，其属于一种聚合高分子产品，它具有研磨特性、悬浮稳定性、防止微细粉体聚集性、涂布印刷流动性等特点。主要应用于电子行业的无源组件(MLPC)的浆料制作中，如片式多层陶瓷电容器(MLCC)、电感、电阻、滤波器、电热调节器；以及电极之金属粉体处理。适用于氧化锌陶瓷体的浆料配置。在本申请中使用分散剂将铜浆中的各组分的颗粒分散，防止颗粒聚集，且对铜电极的制备方法不造成负面影响。

在一个实施例中，对固化在压敏电阻器本体上的铜浆加工成型，在压敏电阻器本体上形成铜电极包括：在网带炉内将固化在压面电阻器上的铜浆进行排胶；对排胶后的铜浆进行烧结；对烧结过程中生成的氧化铜进行还原，将氧化铜还原成铜；冷却5-10min至室温，以在压敏电阻器本体上形成铜电极。

铜在高温下表面会发生氧化反应，生成氧化铜，通过通途氢气，能够将氧化铜还原成铜，从而使得铜电极的表面是导电性能良好的铜，而不是导电性能差的氧化铜。

在一个实施例中，在网带炉内将固化在压面电阻器上的铜浆进行排胶包括：调整网带炉进出口的氮气气幕流量为20-50L/min；在网带炉内通入气氛流量为2-10L/min的氮气；控制网带炉内氧含量为1％-1.5％；调整网带炉内的温度至200-300℃，对铜浆进行排胶，排胶时间为10-30min。

在其他实施例中，排胶时间还可为10-15min或15-20min或20-25min或25-30min。

在乙基纤维素溶解于松油醇后，形成有机溶剂，有机溶剂能够在铜粉表面形成包覆层，包覆层的存在虽然降低了铜发生氧化反应的几率，但是包覆层包覆铜后会导致铜的导电性变差，因此需要排胶的方法将铜浆中的有机物清除，而使用排胶的方法，能够将铜浆中的有机物挥发出去。

在一个实施例中，对排胶后的铜浆进行烧结包括：对排胶后的铜浆进行加温，从排胶的温度加温至高于玻璃粉的软化点温度，并在网带炉内通入气氛流量为2-10L/min的氮气，控制网带炉内氧含量为0.5％-1％；加温后保持5-20min，并在网带炉内通入气氛流量为5-20L/min的氮气，控制网带炉内氧含量为0.5％-1％。

在该实施例中，玻璃粉的软化点温度为600-900℃，由于玻璃粉的特性，其软化点温度往往低于900℃，玻璃粉900℃的温度下预定时间，能够完全软化，排胶的温度最高为300℃，该实施例将温度从排胶的温度300℃加温至高于玻璃粉的软化点温度900℃，且加温5-200min，能够使得铜浆完全烧结，玻璃粉完全软化，形成半成品的铜电极，由于高温下铜的表面会发生氧化反应生成导电性能差的氧化铜，因此还需要对半成品的铜电极进行还原，将铜电极表面的氧化铜还原成铜。

在一个实施例中，降温后还原加温时及加温后生成的氧化铜包括：在铜浆降温至400-600℃后，在网带炉通入流量为0.5-1L/min的氢气，并通入流量为5-10L/min的氮气，氧含量控制在200ppm以下，对氧化铜进行还原，还原时间为5-10min。

具体地，在该实施例中，氢气的流量可为0.5L/min，还原时间可为5min；在其他实施例中，氢气的流量还可为0.6L/min或0.7L/min或0.8L/min或0.9L/min或1.0L/min，还原时间还可为6min或7min或8min或9min或10min。

由于氢气与氧化铜在加热状态下能够生成铜和水，因此使用氢气作为还原剂，将氧化铜还原成铜。

在一个实施例中，玻璃粉的软化点温度为600-900℃；该玻璃粉的软化点小于铜浆烧结时的温度900℃，在900℃的环境内预定时间后，能够使得玻璃粉软化，软化后的玻璃粉能够作为粘接剂粘接铜及压敏电阻本体，将铜电极与压敏电阻本体连接在一起形成导电网络，从而起到消除铜电极及压敏电阻本体连接处通电可能产生电火花的问题。

本申请实施例还提供一种压敏电阻器，包括铜电极，铜电极包括铜、玻璃、银、乙基纤维素及分散剂；还包括压敏电阻器本体。

在本实施例中，压敏电阻器为贴片式压敏电阻器。

压敏电阻器的铜电极由上述实施例铜电极的制备方法制备，铜电极的制备方法制备在上述实施例中具有记载，请参阅上述实施例，这里不再陈述。

本实施例的压敏电阻器，通过使用铜电极替代银电极，降低了压敏电阻器的生产成本，且铜不具有迁移性特点，使得铜不会在高温下与其他材料融合而融掉，因此在高温下铜电极的使用也不会导致压敏电阻器的性能降低。

尽管已经相对于一个或多个实现方式示出并描述了本申请，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本申请包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本说明书的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。

即，以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

在本申请中，“示例性”一词是用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何一个实施例不一定被解释为比其它实施例更加优选或更加具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请，本申请给出了以上描述。在以上描述中，为了解释的目的而列出了各个细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实施例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此，本申请并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。

Claims (10)

1.一种铜电极的制备方法，其特征在于，包括：

使用主料铜粉，配料玻璃粉、银粉、松油醇、乙基纤维素及分散剂配置铜浆；

对铜浆使用离心分散的工艺使得各组成成分充分混合；

将铜浆进行轧磨后铺展在平台上后，并将压敏电阻器本体两个设置电极的端部浸入铜浆中；

将平台上的铜浆烘烤至固化，以将铜浆固化在压敏电阻器本体上；

对固化在压敏电阻器本体上的铜浆加工成型，在压敏电阻器本体上形成铜电极。

2.根据权利要求1所述的铜电极的制备方法，其特征在于，

使用主料铜粉，配料玻璃粉、银粉、松油醇、乙基纤维素及分散剂配置铜浆包括：

将乙基纤维素与松油醇混合；

对混合的乙基纤维素及松油醇进行90℃水浴；

搅拌至乙基纤维素完全溶解于松油醇，并冷却至室温；

将铜粉、玻璃粉及银粉加入溶解了乙基纤维素的松油醇内，并搅拌均匀形成铜浆。

3.根据权利要求1所述的铜电极的制备方法，其特征在于，

所述将平台上的铜浆烘烤至固化时，烘烤温度为50-150℃。

4.根据权利要求3所述的铜电极的制备方法，其特征在于，

所述铜浆各组分的配比为：

粒径1μm的片状铜粉5-10％，粒径5μm的片状铜粉10-30％，粒径50μm的球状铜粉10-30％，粒径0.5μm的球状铜粉5-10％；

粒径为50nm的银粉1-3％、玻璃粉1-5％，松油醇10-30％，乙基纤维素2-5％，分散剂0.5-2％。

5.根据权利要求1所述的铜电极的制备方法，其特征在于，

所述对固化在压敏电阻器本体上的铜浆加工成型，在压敏电阻器本体上形成铜电极包括：

在网带炉内将固化在压面电阻器上的铜浆进行排胶；

对排胶后的铜浆进行烧结；

对烧结过程中生成的氧化铜进行还原，将氧化铜还原成铜；

冷却5-10min至室温，以在压敏电阻器本体上形成铜电极。

6.根据权利要求5所述的铜电极的制备方法，其特征在于，

所述在网带炉内将固化在压面电阻器上的铜浆进行排胶包括：

调整网带炉进出口的氮气气幕流量为20-50L/min；

在网带炉内通入气氛流量为2-10L/min的氮气；

控制网带炉内氧含量为1％-1.5％；

调整网带炉内的温度至200-300℃，对铜浆进行排胶，排胶时间为10-30min。

7.根据权利要求6所述的铜电极的制备方法，其特征在于，

所述对排胶后的铜浆进行烧结包括：

对排胶后的铜浆进行加温，从排胶的温度加温至高于玻璃粉的软化点温度，并在网带炉内通入气氛流量为2-10L/min的氮气，控制网带炉内氧含量为0.5％-1％；

加温后保持5-20min，并在网带炉内通入气氛流量为5-20L/min的氮气，控制网带炉内氧含量为0.5％-1％。

8.根据权利要求7所述的铜电极的制备方法，其特征在于，

所述降温后还原加温时及加温后生成的氧化铜包括：

在铜浆降温至400-600℃后，在网带炉通入流量为0.5-1L/min的氢气，并通入流量为5-10L/min的氮气，氧含量控制在200ppm以下，对氧化铜进行还原，还原时间为5-10min。

9.根据权利要求1所述的铜电极的制备方法，其特征在于，

所述玻璃粉的软化点温度为600-900℃。

10.一种压敏电阻器，其特征在于，包括：铜电极，铜电极包括铜、玻璃、银、乙基纤维素及分散剂；还包括压敏电阻器本体。

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