具有多層涂層的變阻器以及制造方法與流程

本申請的實施例涉及電路保護裝置的領域。更具體地，本申請涉及用于浪涌保護的金屬氧化物變阻器。

背景技術：

過電壓保護裝置用于保護電子電路和組件免受由于過電壓故障條件而引起的損害。這些過電壓保護裝置可包括連接在要被保護的電路和地線之間的金屬氧化物變阻器(MOV)。MOV具有允許將MOV用于保護這樣的電路免受災難性的電壓浪涌的影響的獨特的電流電壓特性。但是，因為變阻器裝置被如此廣泛地采用以保護許多不同類型的設備，所以存在對改善變阻器性能的持續的需求。

MOV裝置一般由通常基于ZnO的陶瓷盤、Ag(銀)電極、連接在第一表面和與第一表面相對的第二表面的第一金屬引線和第二金屬引線組成。在很多情況下，MOV裝置還設置有圍繞陶瓷盤的絕緣涂層和其它材料。當前市場上所發現的MOV的示例包括涂覆有具有高介電強度的環氧樹脂絕緣材料的陶瓷盤。

然而，這種類型的MOV通常被限制為在相對低的溫度(諸如小于85℃)下運行，以及更具體地，當以偏置濕度條件諸如85℃、85％相對濕度(RH)和高DC運行電壓運行時，這種類型的MOV顯示出可靠性問題。認為在這樣的偏置濕度條件下所經歷的可靠性問題起因于用于接觸MOV的陶瓷基體的表面的銀電極材料的遷移，還起因于環氧樹脂涂層和ZnO陶瓷之間的相互作用。當將涂覆有環氧樹脂的MOV運行在高溫(至少85℃)、高濕度條件下同時施加DC運行電壓時，可靠性問題的示例是通過界面的泄露升高。就這些問題和其它問題而言，本改進會是值得期待的。

技術實現要素：

示例性實施例涉及改進的變阻器。在一個實施例中，變阻器可包括陶瓷基體。變阻器可進一步包括配置在陶瓷基體周圍的多層涂層。多層涂層可包括包含環氧樹脂材料的外層。多層涂層還可包括與陶瓷基體相鄰并且配置在外層和陶瓷基體之間的內層。內層可包括由丙烯酸成分組成的聚合物材料。

在另一個實施例中，形成變阻器的方法可包括設置陶瓷基體以及將第一層施加在陶瓷基體上，其中第一層包括丙烯酸成分。該方法可進一步包括將第二層施加到第一層，其中第二層包括環氧樹脂材料。

附圖說明

圖1呈現了示例性漆層的紅外線光譜，其中該漆層可用作根據本公開的實施例的金屬氧化物變阻器(MOV)的兩層涂層的內層。

圖2A呈現了根據本公開的實施例的MOV的俯視圖。

圖2B呈現了根據本公開的實施例的另一MOV的俯視圖。

圖2C呈現了圖2B的MOV的側截面視圖。

圖3描繪了常規MOV的俯視圖。

圖4A提供了處于初始階段的根據本實施例的布置有雙層涂層MOV的電測量結果。

圖4B提供了在偏置條件下168小時后的圖4A的MOV的電測量結果。

圖4C提供了在偏置條件下336小時后的圖4A的MOV的電測量結果。

圖4D提供了在偏置條件下500小時后的圖4A的MOV的電測量結果。

圖5A提供了處于初始階段的布置有單層環氧樹脂涂層的常規MOV的電測量結果。

圖5B提供了在偏置條件下168小時后的圖5A的MOV的電測量結果。

圖5C提供了在偏置條件下336小時后的圖5A的MOV的電測量結果。

圖5D提供了在偏置條件下500小時后的圖5A的MOV的電測量結果。

具體實施方式

現在將參照附圖在下文中更全面地描述本發明，本發明的優選實施例在附圖中示出。但是，本發明可以以很多不同的形式體現并且不應被解釋為受限于本文所陳述的實施例。相反，提供這些實施例是為了使得本公開將是充分和完整的，以及為了本公開將全面地將本發明的范圍傳達給本領域的技術人員。在全部附圖中，相似的附圖標記指代相似的元件。

在以下的說明書和/或權利要求中，術語“在...上”、“上覆蓋的”、“配置在...上”和“在...上方”可用在以下說明書和權利要求中。“在...上”、“上覆蓋的”、“配置在...上”和“在...上方”可用于標示兩個或更多元件直接物理接觸彼此。然而，“在...上”、“上覆蓋的”、“配置在...上”和“在...上方”也可意味著兩個或更多元件并不直接接觸彼此。例如，“在...上方”可以意味著一個元件在另一元件之上但是兩個元件并不接觸彼此，并且可以有另一個元件或元件(一個或多個)在這兩個元件之間。此外，術語“和/或”可意味著“和”，可意味著“或”，可意味著“異或”，可意味著“一個”，可意味著“一些，但并非全部”，可意味著“兩者都不”，和/或可意味著“兩者都”，盡管所要求的主題的范圍在這一方面不受限。

本實施例整體涉及基于氧化鋅材料的金屬氧化物變阻器(MOV)。眾所周知，這種類型的變阻器包含陶瓷基體，其中該陶瓷基體的微觀結構包括氧化鋅顆粒，并且可包括配置在陶瓷微觀結構中的諸如其它金屬氧化物的各種其它成分。作為背景，MOV主要由氧化鋅微粒組成，其中氧化鋅微粒被燒結在一起以形成盤，在盤中作為固體的氧化鋅微粒是高導電性的材料，同時由其它氧化物形成的微粒間的邊界是高電阻的。僅在氧化鋅微粒相遇的那些點處，燒結產生了與對稱的齊納二極管相當的‘微變阻器’。金屬氧化物變阻器的電學行為是由串聯或并聯連接的微變阻器的數量導致的。MOV的燒結的基體還解釋了它的高電負載能力，這種高電負載能力允許高的能量吸收，由此允許格外高的浪涌電流處理能力。

被采用以接觸或封裝變阻器的陶瓷基體的上述材料是裝置劣化的潛在原因，特別是當在高溫、高濕度和/或高電壓條件下運行時。在各種實施例中，提供改進的變阻器，該改進的變阻器可抵抗在諸如高溫、高濕度或高電壓條件下的劣化。在各種實施例中，提供具有由多層結構組成的涂層的MOV，以及特別的，提供具有由兩層結構組成的涂層的MOV，其中兩層結構由通過環氧樹脂組成的外層和通過漆組成的內層組成。與其中陶瓷與環氧樹脂涂層直接接觸的常規MOV相比，這種多層涂層可改善對泄露和其它電氣劣化的抵抗力。

充當兩層涂層中的內層的適宜的漆層的示例包括由丙烯酸樹脂和其它樹脂(諸如氨基樹脂)的混合物組成的層。在具體的實施例中，漆層可由防潮、防腐蝕和防霉的所謂的三防漆組成。要用作兩層涂層的內層的漆的一個示例性配方是：40％丙烯酸樹脂、7％氨基樹脂、35％二甲苯、16％添加溶劑以及2％固化劑。在固化之后，可從所得的漆層去除諸如二甲苯的溶劑和其它溶劑。丙烯酸樹脂和氨基樹脂可反應以形成由聚合物材料(諸如熱固性聚合物)組成的漆層，其中聚合物由丙烯酸成分和氨基成分組成。丙烯酸成分和氨基成分的比例可與用于形成漆的丙烯酸樹脂和氨基樹脂的比例類似或相同。相應地，固化的漆層中丙烯酸成分與氨基成分的比例可以是40∶7或大約6∶1。在其它實施例中，丙烯酸成分與氨基成分的比例可以在3∶1和19∶1之間變化。實施例不限于本文。例如，本實施例涵蓋丙烯酸成分：氨基成分的其它比例，該比例中的氨基成分足以在固化后提供交聯的熱固性聚合物材料。

圖1呈現了示例性漆層的紅外線光譜10，其中該示例性漆層可用作根據本公開的實施例的MOV的兩層涂層的內層。如所例示的，紅外光譜10包括多個吸收帶，這些吸收帶是由氨基成分和丙烯酸成分組成的聚合物材料的特性。

在一個實施例中，為了形成MOV，將漆層施加在陶瓷變阻器基體上，其中該漆層可以是如前所述的基于丙烯酸樹脂和氨基樹脂的三防漆。在一些實施例中，漆配方制品可以是在涂覆變阻器陶瓷基體時施加的準備好的商用配方制品，而在其它實施例中，可以在涂覆變阻器時準備漆配方制品。在一個示例中，可以如下方式施加漆層以涂覆陶瓷基體的被暴露的表面，即使得隨后的層(一層或多層)不與陶瓷基體接觸。諸如上文所公開的示例性配方的漆配方制品的優點是，漆配方制品具有低黏性，可通過刷涂、噴涂、浸涂、幕涂或其它方法來施加該漆配方制品。并且，這樣的配方制品會顯示出良好的粘附性。此外，固化成固體漆層可以相對快的速率發生。

隨后，可施加環氧樹脂層以覆蓋漆層。用于環氧樹脂層的適宜的環氧樹脂的示例包括用于形成常規MOV裝置的已知的環氧樹脂材料。環氧樹脂層可封裝涂覆有漆的陶瓷基體從而諸如通過提供高介電強度來保護陶瓷基體。

圖2A呈現了根據本公開的實施例的MOV(變阻器100)的俯視圖。為了清楚，去除了變阻器涂層的部分以例示涂層的結構。如所例示的，變阻器100包括可具有平坦形狀的陶瓷基體102，其中陶瓷基體102整體處于如所示的X-Y平面內。陶瓷基體102可具有常規形狀，諸如所示出的具有長度A和寬度D的一般矩形形狀。但是，在其它實施例中，陶瓷基體可具有橢圓形形狀、圓形形狀或本領域已知的其它形狀。實施例不限于本文。如圖2中所示出的，第一引線110可接觸陶瓷基體102的上表面，而第二引線112接觸陶瓷基體102的下表面(不可見)。如所例示的，陶瓷基體102覆蓋有兩層涂層104。將理解的是，兩層涂層104可延伸以在陶瓷基體102的所有側面上覆蓋陶瓷基體102。兩層涂層104包括內層106和外層108。在各種實施例中，外層108由可用于涂覆常規MOV裝置的常規環氧樹脂材料組成。外層108還可具有常規MOV裝置的厚度特性。在一些示例中，外層的厚度的范圍可為從0.3mm到3mm，并且更特別地從0.5mm到1.2mm。對于給定的樣本，外層108的厚度可以是均勻的；但是，如在常規MOV裝置中那樣，外層108的厚度可以隨著MOV裝置的不同區域而變化。實施例不限于本文。

內層106可由漆(諸如如上文所述的由丙烯酸樹脂和氨基樹脂形成的漆)組成。在一些實施例中，內層106的厚度可在3μm-100μm的范圍內，并且特別地可為5-50μm。實施例不限于本文。相應地，明顯的是，與單層的常規環氧樹脂涂層相比，內層的施加基本不改變根據本實施例的兩層涂層的總厚度。換言之，在一些實例中，內層106的厚度的范圍可為外層108的厚度的大約0.4％到10％。

圖2B呈現了根據本公開的另外的實施例的另一個MOV(變阻器120)的俯視圖。圖2C呈現了變阻器120的側截面視圖。為了清楚，去除變阻器涂層的部分以例示涂層的結構。在本實施例中，陶瓷基體122具有圓形形狀。如圖2B和圖2C中所示出的，第一引線130可接觸陶瓷基體122的上表面，而第二引線132接觸陶瓷基體122的下表面。兩層涂層124包括內層126和外層128，其中內層126和外層128可分別由與內層106和外層108的材料相似的材料組成。內層126的厚度也可落入3μm-100μm的范圍內，外層128可具有0.3mm到3mm范圍內的厚度。

圖3描繪了常規MOV 150，MOV 150可由與MOV 100的部件類似的部件組成，除了陶瓷基體102涂覆有可與MOV 100的外層108相似或相同的單層(環氧樹脂層152)。

由根據本實施例的MOV裝置所提供的一個優點是在各種條件下的改善的性能，包括在高溫負載測試(150℃、施加1500V DC，125℃、施加970V DC)、偏置濕度負載測試(85℃、85％RH以及多達1500V DC的施加電壓)和高壓測試(施加＞2500V AC)下的改善的性能。圖4A到圖4D提供了根據本實施例的布置有兩層涂層的一組MOV樣本的電測量結果。在MOV樣本經受所施加的偏置的同時以大約168小時的間隔對MOV樣本進行各種測試。具體地，在一組測試中，MOV樣本在85％相對濕度的環境中在85℃經受970V連續dc偏置的施加，而在另一組測試中，將樣本保持在125℃并且對樣本施加連續的970V DC。在圖4A到4D和圖5A到5D中，示出了在85％相對濕度的環境中在85℃經受970V連續dc偏置的樣本的結果。如所說明的，以大約168小時的間隔移動并測量樣本。在所示出的數據中，Vnom代表當將1mA電流傳導通過MOV時MOV兩端的電壓降，以及泄露電流是在80％Vnom測量的。

在圖4A中，在正向偏置和反向偏置條件下測量一組樣本42、43、44、45和46在1ma電流時的變阻器電壓(Vnom)。還示出了在正向偏置和反向偏置條件下的泄露測量結果。在正向偏置下，初始Vnom值顯示出大約1190的平均值，在反向偏置下，初始Vnom值顯示出大約1200的平均值。隨著多達500小時的時間的推移，這些值分別少量地升高了大約1.3％和2.5％。在80％Vnom的偏置電壓處測量泄露電流(以微安培示出)，記錄正向泄露和反向泄露。在非偏置條件下的初始泄露值顯示出大約32的平均值，并且隨著時間輕微地降低。偏置下的初始泄露值顯示出大約34的平均值，該泄露值隨著時間輕微地變化，但是并未示出系統性的偏移。這些結果表明，MOV在測試條件下至少達500小時內穩定。

圖5A-圖5D提供了布置有含有單個環氧樹脂層的涂層的常規MOV的電測量結果。使用與圖4A-4d中所示的測量條件相同的測量條件來測量一組樣本47、48、49、50和51。如圖5A中所例示的，如所期望的，初始Vnom和泄露測量結果顯示出與圖4A的樣本測量結果基本相同的結果。但是，電學性能基本地隨著時間改變，如圖5B、5C和5D中所示出的。例如，在500小時以后，反向偏置條件下的Vnom下降大約8％，正向偏置條件下的Vnom下降大約54％。此外，在非偏置和偏置條件下，500小時以后泄露都升高超過10倍，標示著嚴重的裝置劣化。

除了圖4A-4D的電學性能測試結果中所示出的上述優點，可期望本實施例的兩層涂層顯示出防漏電行為、防震性能、防塵性能、防腐蝕性能、防鹽霧性能、防霉性能、抗老化性和抗電暈性。

要說明的是，圖4A-4D的以上結果提供了兩層MOV的測量結果，在兩層MOV中，內層由氨基樹脂和丙烯酸樹脂的混合物形成，具體來說，內層由40％丙烯酸樹脂、7％氨基樹脂、35％二甲苯、16％添加溶劑和2％固化劑形成。但是，在其它實施例中，兩層涂層可由其中氨基樹脂和丙烯酸樹脂的相對量不同于以上成分的漆的內層組成。此外，另外的實施例包括這樣的兩層涂層：其中外層由環氧樹脂組成，內層由其它熱固性材料組成，其中其它熱固性材料由不同于氨基樹脂和丙烯酸樹脂的前驅體的組合形成。

在進一步的實施例中，可施加兩層涂層以保護其它電子組件免于在高壓、高溫或高濕度條件下劣化。這樣的電子組件包括正溫度系數熱敏電阻器(PTC熱敏電阻器)、負溫度系數熱敏電阻器(NTC熱敏電阻器)、電阻器、電容器、濾波器、鐵電組件和壓電組件，等等。

盡管已參照某些實施例公開了本發明，但在不偏離如所附的權利要求所限定的本發明的范疇和范圍的情況下，對所描述的實施例的很多修改、變化和改變是可能的。相應地，意圖的是本發明不限于所描述的實施例，以及本發明具有由以下的權利要求的語言及其等同物所限定的全部范圍。