一种高精度压敏电阻器的制作方法

本发明涉及电子元器件领域，具体是一种高精度压敏电阻器。

背景技术：

1、压敏电阻器是一种具有非线性伏安特性的电阻器件，主要用于在电路承受过压时进行电压钳位，吸收多余的电流以保护敏感器件。现有的氧化锌压敏电阻器在使用中存在以下问题：

2、传统的压敏陶瓷层通常采用均匀掺杂，在承受浪涌电流时，内部电极与陶瓷层界面处的电场畸变严重，容易导致局部击穿，降低了压敏电阻的精度和使用寿命；压敏电阻在发生击穿短路时，会产生高温电弧，现有技术往往缺乏主动灭弧结构，容易导致周边器件损坏。

3、因此，亟需一种能够改善微观电场分布、提高通流均匀性，并具备自隔离灭弧功能的高精度压敏电阻器。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：为了解决的问题，提供一种高精度压敏电阻器，通过在压敏陶瓷层内设置稀土氧化物与过渡金属氧化物的梯度掺杂分布，使靠近内部电极区域掺杂浓度低、中心区域掺杂浓度高，从而降低界面势垒不均匀性，提高压敏电压精度及老化稳定性；同时在陶瓷主体外壁设置带熔断部的外部电极，并在陶瓷体内置复合运动机构与灭弧格栅，在器件发生击穿时实现快速泄压、灭弧及回路切断。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高精度压敏电阻器，包括陶瓷主体、交替设置在所述陶瓷主体内部的第一内部电极和第二内部电极、以及分别与所述第一内部电极和第二内部电极电连接的第一外部电极和第二外部电极；

3、所述陶瓷主体包括位于内部电极的压敏陶瓷层，所述压敏陶瓷层包含基体相和掺杂相；

4、所述掺杂相包括稀土氧化物和过渡金属氧化物；

5、沿所述陶瓷主体的厚度方向，所述压敏陶瓷层中掺杂相的浓度呈梯度分布，且靠近所述第一内部电极和第二内部电极表面的区域掺杂相浓度低于所述压敏陶瓷层中心区域的掺杂相浓度。

6、作为本发明再进一步的方案：所述基体相为氧化锌；

7、所述稀土氧化物包括氧化钇、氧化镧、氧化铈中的至少一种；

8、所述过渡金属氧化物包括氧化钴、氧化锰、氧化镍中的至少一种。

9、作为本发明再进一步的方案：所述压敏陶瓷层的中心区域掺杂相浓度为0.5mol%-2.0mol%，靠近所述内部电极表面的区域掺杂相浓度为0.1mol%-0.5mol%；且从中心区域向内部电极表面，掺杂相浓度呈连续的线性递减或阶梯式递减。

10、作为本发明再进一步的方案：所述第一内部电极和第二内部电极的材料为银钯合金或镍；所述压敏陶瓷层的单层厚度为5μm-20μm；所述第一内部电极和第二内部电极的交替层数为10-60层。

11、作为本发明再进一步的方案：所述陶瓷主体的侧壁开设有镂空结构，所述镂空结构为圆形、椭圆形或多边形；所述陶瓷主体的外表面还包覆有绝缘保护层，所述绝缘保护层为环氧树脂层或玻璃釉层；所述绝缘保护层的热膨胀系数介于所述陶瓷主体的热膨胀系数与外部基板的热膨胀系数之间。

12、作为本发明再进一步的方案：所述第一外部电极和第二外部电极的中部设置有熔断部，所述熔断部被配置为常态状态下保持第一外部电极和第二外部电极的连通，在超过温度阈值状态下热融断开第一外部电极和第二外部电极的连通，所述熔断部的外部包裹有绝缘壳体，所述绝缘壳体的内部具有两个绝缘空腔。

13、作为本发明再进一步的方案：所述陶瓷主体有上陶瓷和下陶瓷构成，所述上陶瓷和下陶瓷之间设置有复合运动机构。

14、作为本发明再进一步的方案：所述复合运动机构包括固定在上陶瓷中部的密封膜片、沿着下陶瓷内侧壁圆周方向开设的气流通道和固定安装在上陶瓷和下陶瓷之间的波纹导管；

15、上陶瓷封闭在下陶瓷顶部时所述密封膜片封闭所述气流通道；

16、所述波纹导管使上陶瓷和下陶瓷之间形成封闭结构；

17、当压敏电阻器发生击穿时，所述绝缘保护层受压破裂，密封膜片打开气流通道，并同时切断导电回路。

18、作为本发明再进一步的方案：所述下陶瓷的侧壁安装有多组嵌入上陶瓷内部的灭弧格栅，当压敏电阻器发生击穿时，波纹导管产生伸展运动产生负压将电弧由气流通道吸附经过灭弧格栅吸入陶瓷主体内进行灭弧。

19、作为本发明再进一步的方案：所述灭弧格栅的内部具有缓冲结构，所述缓冲结构为硅橡胶、氟橡胶或三元乙丙橡胶；所述灭弧格栅上设有形变结构，所述形变结构包括设置在灭弧格栅至少一侧壁的形变凹槽或波纹结构，所述形变凹槽或波纹结构在所述灭弧格栅受热膨胀或冷却收缩时，提供热胀冷缩的膨胀空间。

20、本发明还公开了一种高精度压敏电阻器，采用上述一种高精度压敏电阻器，包括以下步骤：

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、1、通过设置掺杂相浓度呈梯度分布的压敏陶瓷层，使得靠近内部电极表面的区域掺杂浓度低，中心区域掺杂浓度高，这种结构能够有效缓解电极边缘处的电场畸变，使电场分布更加均匀，从而显著提高了压敏电阻的压敏电压精度和通流能力，延长了使用寿命；

23、2、通过设置外部电极的熔断部及绝缘壳体，当电路异常导致温度超过阈值时，熔断部能够迅速热融断开，物理切断导电回路，且绝缘空腔可防止熔断后产生电弧拉弧，起到了优异的过温保护作用；

24、3、通过设置由密封膜片、气流通道和波纹导管组成的复合运动机构，在压敏电阻击穿产生高压气体使绝缘保护层破裂时，波纹导管伸展产生负压，配合灭弧格栅，能够将外部电弧快速吸入陶瓷主体内进行灭弧，避免了电弧外泄引发的火灾或周边器件损坏；

25、4、通过设置绝缘保护层的热膨胀系数介于陶瓷主体与基板之间，起到了热应力缓冲过渡的作用，有效避免了因热膨胀系数失配导致的器件开裂或焊接失效；同时，灭弧格栅上的形变结构和缓冲结构，为内部结构提供了热胀冷缩的缓冲空间，提高了结构在极端高温下的稳定性和可靠性。

1.一种高精度压敏电阻器，包括陶瓷主体（1）、交替设置在所述陶瓷主体（1）内部的第一内部电极（11）和第二内部电极（12）、以及分别与所述第一内部电极（11）和第二内部电极（12）电连接的第一外部电极（13）和第二外部电极（14）；其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种高精度压敏电阻器，其特征在于，所述基体相（18）为氧化锌；

3.根据权利要求1所述的一种高精度压敏电阻器，其特征在于，所述压敏陶瓷层（15）的中心区域掺杂相浓度为0.5mol%-2.0mol%，靠近所述内部电极表面的区域掺杂相浓度为0.1mol%-0.5mol%；且从中心区域向内部电极表面，掺杂相浓度呈连续的线性递减或阶梯式递减。

4.根据权利要求1所述的一种高精度压敏电阻器，其特征在于，所述第一内部电极（11）和第二内部电极（12）的材料为银钯合金或镍；所述压敏陶瓷层（15）的单层厚度为5μm-20μm；所述第一内部电极（11）和第二内部电极（12）的交替层数为10-60层。

5.根据权利要求1所述的一种高精度压敏电阻器，其特征在于，所述陶瓷主体（1）的侧壁开设有镂空结构，所述镂空结构为圆形、椭圆形或多边形；所述陶瓷主体（1）的外表面还包覆有绝缘保护层（19），所述绝缘保护层（19）为环氧树脂层或玻璃釉层；所述绝缘保护层（19）的热膨胀系数介于所述陶瓷主体（1）的热膨胀系数与外部基板的热膨胀系数之间。

6.根据权利要求1所述的一种高精度压敏电阻器，其特征在于，所述第一外部电极（13）和第二外部电极（14）的中部设置有熔断部（110），所述熔断部（110）被配置为常态状态下保持第一外部电极（13）和第二外部电极（14）的连通，在超过温度阈值状态下热融断开第一外部电极（13）和第二外部电极（14）的连通，所述熔断部（110）的外部包裹有绝缘壳体（111），所述绝缘壳体（111）的内部具有两个绝缘空腔。

7.根据权利要求5所述的一种高精度压敏电阻器，其特征在于，所述陶瓷主体（1）有上陶瓷（101）和下陶瓷（102）构成，所述上陶瓷（101）和下陶瓷（102）之间设置有复合运动机构（2）。

8.根据权利要求7所述的一种高精度压敏电阻器，其特征在于，所述复合运动机构（2）包括固定在上陶瓷（101）中部的密封膜片（21）、沿着下陶瓷（102）内侧壁圆周方向开设的气流通道（22）和固定安装在上陶瓷（101）和下陶瓷（102）之间的波纹导管（23）；

9.根据权利要求8所述的一种高精度压敏电阻器，其特征在于，所述下陶瓷（102）的侧壁安装有多组嵌入上陶瓷（101）内部的灭弧格栅（24），当压敏电阻器发生击穿时，波纹导管（23）产生伸展运动产生负压将电弧由气流通道（22）吸附经过灭弧格栅（24）吸入陶瓷主体（1）内进行灭弧。

10.根据权利要求9所述的一种高精度压敏电阻器，其特征在于，所述灭弧格栅（24）的内部具有缓冲结构（25），所述缓冲结构（25）为硅橡胶、氟橡胶或三元乙丙橡胶；所述灭弧格栅（24）上设有形变结构（26），所述形变结构（26）包括设置在灭弧格栅（24）至少一侧壁的形变凹槽或波纹结构，所述形变凹槽或波纹结构在所述灭弧格栅（24）受热膨胀或冷却收缩时，提供热胀冷缩的膨胀空间。