高溫對ZnO壓敏電阻10N471K電性的影響

莫衍偉 杜柱標 莫慶威 陳少爍 廖家聲

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

關鍵詞：溫度;壓敏電壓;非線性系數;漏電流

ZnO壓敏電阻自松下有限公司發明以來，因其顯著的非線性，受到眾多企業的喜愛，目前廣泛應用于電源及各類電子產品當中，因此ZnO壓敏電阻的需求與質量要求都是相當高的，然而ZnO壓敏電阻在銀片制作過程時，基本已經決定了其各部分的電性，若銀片制作出現異常時，在投入生產加工時就會發生連鎖反應，規律地出現大批量的不良品，造成資源與金錢不必要的浪費。隧道電流理論[1][2]側面說明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歷焊錫的過程，ZnO壓敏電阻經歷焊錫電性會發生改變，不僅如此，若進行更高溫的處理還能夠將部分銀片電性異?；謴椭琳Ｋ?，因ZnO壓敏電阻的電性受生產工藝條件的影響。本文針對ZnO壓敏電阻在不同溫度下處理的特性進行研究，以此確認出最佳的制程溫度，提高產品品質。

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，CP線經成型、打寬、切平、打扁、打彎翹起、打叉與張力調節后即可插入銀片，經預熱后，紙帶傳動至焊錫處理，隨后快速吹冷形成焊片，焊片靜置至室溫后，即可將焊片放入環氧樹脂自動噴涂機中涂裝，涂裝完成靜置8h后，將產品進行固化工程，固化完成后靜置一段時間即可通過壓敏電阻三參數測試儀測試產品的電性，測試電性在容許差范圍內即為良品。

2實驗

取出ZnO壓敏電阻10N471K銀片20個，并對20個實驗電阻進行編號，并分為A、B兩組，分別進行焊錫處理實驗與銀片溫度處理實驗，A組任意取10個作焊錫處理實驗，B組取10個壓敏電壓相同的銀片作高溫處理實驗，隨后通過TTK公司的壓敏電阻三參數測試儀[3]分別測量出實驗電阻的壓敏電壓Vb、非線性系數α、漏電流IL，記錄相關數據進行一對一跟蹤。

1）壓敏電壓Vb、非線性系數α、漏電流IL采用以下公式于TTK公司壓敏電阻三參數測試儀進行計算：

壓敏電壓指的是壓敏電阻通入電流為1mA時所測定的電壓值。10N471K壓敏電壓計算公式：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。

設置電流檔位I1=1mA，測試時間t1=70ms;電流檔位I2=0.01mA，測試時間t2=30ms;

非線性系數α=2logV1mAV0.01mA

3）漏電流IL指的是壓敏電阻在進入擊穿區之前的正常工作時的電流。

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驗

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的打線焊錫一體機上等待升溫，升溫30分鐘后，首先將產品進行預熱，預熱結束后，設定焊錫時間10ms，通過調節焊錫爐溫度，調節所需實驗溫度，調節溫度后靜待5—10分鐘，用熱敏溫度計測量焊錫槽溫度，確保焊錫達到恒溫，達到恒溫后將實驗品進行焊錫處理，焊錫處理后快速吹冷，吹冷后測量實驗銀片的電性，探究銀片在焊錫處理后的電性變化。實驗數據如下：

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℃作為實驗溫度，由實驗數據可得：當焊接溫度255℃

2.2銀片高溫處理電性變化實驗

取壓敏電阻10N471KB1-B10，設定測量溫度，放入固化爐中緩慢升溫，固化爐升溫8分鐘后，在不同溫度下測量銀片的電性，觀察不同溫度下銀片的電性變化情況。實驗數據如下：

以150℃為起始溫度，每增加5℃作為實驗溫度，由實驗數據可得：ZnO壓敏電阻銀片在150℃以上時，隨溫度的上升，壓敏電壓Vb與非線性系數α會下降，實驗溫度越高，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，一般遇到銀片電性重大異常時可以嘗試高溫處理改善銀片特性，盡量挽回損失。

3結論

（1）壓敏電壓Vb偏高且靠近上極限時，適當地升高焊錫溫度能夠有效降低壓敏電壓Vb，容易恢復壓敏電阻的電性能且可控性強。

（2）生產加工前，大批量銀片電性偏高異常時，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。

參考文獻：

[1]莫以豪，等.半導體陶瓷及其敏感元件.上海科學技術出版社，1983.

[2]吳維韓，等.金屬氧化物非線性電阻特性和應用.清華大學出版社，1998.

[3]竇瑩，等.壓敏電阻測試儀校準方法.中國計量，2011.11，94-96.