高溫對(duì)ZnO壓敏電阻10N471K電性的影響

莫衍偉 杜柱標(biāo) 莫慶威 陳少爍 廖家聲

摘要：通過實(shí)驗(yàn)探究ZnO壓敏電阻在不同溫度的處理后的性能變化，結(jié)果表明，壓敏電壓Vb、非線性系數(shù)α、漏電流IL均受溫度影響，本文著重分析壓敏電壓Vb的生產(chǎn)工藝改善策略，根據(jù)ZnO壓敏電阻的溫度特性，制定出品質(zhì)異常改善方案，改善產(chǎn)品性能，做到精益求精。

關(guān)鍵詞：溫度;壓敏電壓;非線性系數(shù);漏電流

ZnO壓敏電阻自松下有限公司發(fā)明以來，因其顯著的非線性，受到眾多企業(yè)的喜愛，目前廣泛應(yīng)用于電源及各類電子產(chǎn)品當(dāng)中，因此ZnO壓敏電阻的需求與質(zhì)量要求都是相當(dāng)高的，然而ZnO壓敏電阻在銀片制作過程時(shí)，基本已經(jīng)決定了其各部分的電性，若銀片制作出現(xiàn)異常時(shí)，在投入生產(chǎn)加工時(shí)就會(huì)發(fā)生連鎖反應(yīng)，規(guī)律地出現(xiàn)大批量的不良品，造成資源與金錢不必要的浪費(fèi)。隧道電流理論[1][2]側(cè)面說明ZnO壓敏電阻其V-A特性幾乎不受溫度影響，但其探究溫度均在150℃及以下，然而ZnO壓敏電阻加工為成品的過程需經(jīng)歷焊錫的過程，ZnO壓敏電阻經(jīng)歷焊錫電性會(huì)發(fā)生改變，不僅如此，若進(jìn)行更高溫的處理還能夠?qū)⒉糠帚y片電性異常恢復(fù)至正常水平，因ZnO壓敏電阻的電性受生產(chǎn)工藝條件的影響。本文針對(duì)ZnO壓敏電阻在不同溫度下處理的特性進(jìn)行研究，以此確認(rèn)出最佳的制程溫度，提高產(chǎn)品品質(zhì)。

1ZnO壓敏電阻10N471K的制備

ZnO壓敏電阻10N471K目前的制備主要由“打線焊錫熱處理—樹脂涂裝—固化工程—電性測(cè)試”四大部分組成，采用10N471K壓敏電阻銀片、96.5%Sn、3%Ag、0.5%Cu合金錫、ρ=0.798gml的免洗助焊劑（液態(tài)松香）、0.78mm鍍錫電子引線（CP線）、12mm牛皮紙帶、10mm高溫美紋膠帶為加工原料，將ZnO壓敏電阻10N471K放入打線焊錫一體機(jī)，CP線經(jīng)成型、打?qū)挕⑶衅健⒋虮狻⒋驈澛N起、打叉與張力調(diào)節(jié)后即可插入銀片，經(jīng)預(yù)熱后，紙帶傳動(dòng)至焊錫處理，隨后快速吹冷形成焊片，焊片靜置至室溫后，即可將焊片放入環(huán)氧樹脂自動(dòng)噴涂機(jī)中涂裝，涂裝完成靜置8h后，將產(chǎn)品進(jìn)行固化工程，固化完成后靜置一段時(shí)間即可通過壓敏電阻三參數(shù)測(cè)試儀測(cè)試產(chǎn)品的電性，測(cè)試電性在容許差范圍內(nèi)即為良品。

2實(shí)驗(yàn)

取出ZnO壓敏電阻10N471K銀片20個(gè)，并對(duì)20個(gè)實(shí)驗(yàn)電阻進(jìn)行編號(hào)，并分為A、B兩組，分別進(jìn)行焊錫處理實(shí)驗(yàn)與銀片溫度處理實(shí)驗(yàn)，A組任意取10個(gè)作焊錫處理實(shí)驗(yàn)，B組取10個(gè)壓敏電壓相同的銀片作高溫處理實(shí)驗(yàn)，隨后通過TTK公司的壓敏電阻三參數(shù)測(cè)試儀[3]分別測(cè)量出實(shí)驗(yàn)電阻的壓敏電壓Vb、非線性系數(shù)α、漏電流IL，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行一對(duì)一跟蹤。

1）壓敏電壓Vb、非線性系數(shù)α、漏電流IL采用以下公式于TTK公司壓敏電阻三參數(shù)測(cè)試儀進(jìn)行計(jì)算：

壓敏電壓指的是壓敏電阻通入電流為1mA時(shí)所測(cè)定的電壓值。10N471K壓敏電壓計(jì)算公式：Vb=U1mA，K代表±10%的容許差，424V≤Vb≤516V為良品;

2）非線性系數(shù)α主要表明壓敏電壓的非線性的好壞，α越大，表明壓敏電阻的非線性越顯著。

設(shè)置電流檔位I1=1mA，測(cè)試時(shí)間t1=70ms;電流檔位I2=0.01mA，測(cè)試時(shí)間t2=30ms;

非線性系數(shù)α=2logV1mAV0.01mA

3）漏電流IL指的是壓敏電阻在進(jìn)入擊穿區(qū)之前的正常工作時(shí)的電流。

漏電流IL=75%Vb200ms，漏電流越小，壓敏電阻電性越佳，一般情況IL≤15μA為正常。

2.1焊錫處理電性變化實(shí)驗(yàn)

將ZnO壓敏電阻打線處理后取出，取壓敏電阻10N471KA1-A10，插片至宥森電子有限公司生產(chǎn)的打線焊錫一體機(jī)上等待升溫，升溫30分鐘后，首先將產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱結(jié)束后，設(shè)定焊錫時(shí)間10ms，通過調(diào)節(jié)焊錫爐溫度，調(diào)節(jié)所需實(shí)驗(yàn)溫度，調(diào)節(jié)溫度后靜待5—10分鐘，用熱敏溫度計(jì)測(cè)量焊錫槽溫度，確保焊錫達(dá)到恒溫，達(dá)到恒溫后將實(shí)驗(yàn)品進(jìn)行焊錫處理，焊錫處理后快速吹冷，吹冷后測(cè)量實(shí)驗(yàn)銀片的電性，探究銀片在焊錫處理后的電性變化。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

由于焊接材料Si—Cu—Ag合金的最適焊接溫度為260℃，因此取最適焊錫溫度的±5℃作為實(shí)驗(yàn)溫度，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得：當(dāng)焊接溫度255℃

2.2銀片高溫處理電性變化實(shí)驗(yàn)

取壓敏電阻10N471KB1-B10，設(shè)定測(cè)量溫度，放入固化爐中緩慢升溫，固化爐升溫8分鐘后，在不同溫度下測(cè)量銀片的電性，觀察不同溫度下銀片的電性變化情況。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

以150℃為起始溫度，每增加5℃作為實(shí)驗(yàn)溫度，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得：ZnO壓敏電阻銀片在150℃以上時(shí)，隨溫度的上升，壓敏電壓Vb與非線性系數(shù)α?xí)陆担瑢?shí)驗(yàn)溫度越高，Vb和α下降得越明顯，但漏電流IL幾乎不受影響，不可控性較強(qiáng)，一般遇到銀片電性重大異常時(shí)可以嘗試高溫處理改善銀片特性，盡量挽回?fù)p失。

3結(jié)論

（1）壓敏電壓Vb偏高且靠近上極限時(shí)，適當(dāng)?shù)厣吆稿a溫度能夠有效降低壓敏電壓Vb，容易恢復(fù)壓敏電阻的電性能且可控性強(qiáng)。

（2）生產(chǎn)加工前，大批量銀片電性偏高異常時(shí)，銀片高溫處理能夠大大改善壓敏電阻性能，但不可控性較強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]莫以豪，等.半導(dǎo)體陶瓷及其敏感元件.上海科學(xué)技術(shù)出版社，1983.

[2]吳維韓，等.金屬氧化物非線性電阻特性和應(yīng)用.清華大學(xué)出版社，1998.

[3]竇瑩，等.壓敏電阻測(cè)試儀校準(zhǔn)方法.中國(guó)計(jì)量，2011.11，94-96.