高温对ZnO压敏电阻10N471K电性的影响
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摘要：通过实验探究ZnO压敏电阻在不同温度的处理后的性能变化，结果表明，压敏电压Vb、非线性系数α、漏电流IL均受温度影响，本文着重分析压敏电压Vb的生产工艺改善策略，根据ZnO压敏电阻的温度特性，制定出品质异常改善方案，改善产品性能，做到精益求精。
关键词：温度;压敏电压;非线性系数;漏电流
ZnO压敏电阻自松下有限公司发明以来，因其显著的非线性，受到众多企业的喜爱，目前广泛应用于电源及各类电子产品当中，因此ZnO压敏电阻的需求与质量要求都是相当高的，然而ZnO压敏电阻在银片制作过程时，基本已经决定了其各部分的电性，若银片制作出现异常时，在投入生产加工时就会发生连锁反应，规律地出现大批量的不良品，造成资源与金钱不必要的浪费。隧道电流理论[1][2]侧面说明ZnO压敏电阻其V-A特性几乎不受温度影响，但其探究温度均在150℃及以下，然而ZnO压敏电阻加工为成品的过程需经历焊锡的过程，ZnO压敏电阻经历焊锡电性会发生改变，不仅如此，若进行更高温的处理还能够将部分银片电性异常恢复至正常水平，因ZnO压敏电阻的电性受生产工艺条件的影响。本文针对ZnO压敏电阻在不同温度下处理的特性进行研究，以此确认出最佳的制程温度，提高产品品质。
1ZnO压敏电阻10N471K的制备
ZnO压敏电阻10N471K目前的制备主要由“打线焊锡热处理—树脂涂装—固化工程—电性测试”四大部分组成，采用10N471K压敏电阻银片、96.5%Sn、3%Ag、0.5%Cu合金锡、ρ=0.798gml的免洗助焊剂（液态松香）、0.78mm镀锡电子引线（CP线）、12mm牛皮纸带、10mm高温美纹胶带为加工原料，将ZnO压敏电阻10N471K放入打线焊锡一体机，CP线经成型、打宽、切平、打扁、打弯翘起、打叉与张力调节后即可插入银片，经预热后，纸带传动至焊锡处理，随后快速吹冷形成焊片，焊片静置至室温后，即可将焊片放入环氧树脂自动喷涂机中涂装，涂装完成静置8h后，将产品进行固化工程，固化完成后静置一段时间即可通过压敏电阻三参数测试仪测试产品的电性，测试电性在容许差范围内即为良品。
2实验
取出ZnO压敏电阻10N471K银片20个，并对20个实验电阻进行编号，并分为A、B两组，分别进行焊锡处理实验与银片温度处理实验，A组任意取10个作焊锡处理实验，B组取10个压敏电压相同的银片作高温处理实验，随后通过TTK公司的压敏电阻三參数测试仪[3]分别测量出实验电阻的压敏电压Vb、非线性系数α、漏电流IL，记录相关数据进行一对一跟踪。
1）压敏电压Vb、非线性系数α、漏电流IL采用以下公式于TTK公司压敏电阻三参数测试仪进行计算：
压敏电压指的是压敏电阻通入电流为1mA时所测定的电压值。10N471K压敏电压计算公式：Vb=U1mA，K代表±10%的容许差，424V≤Vb≤516V为良品;
2）非线性系数α主要表明压敏电压的非线性的好坏，α越大，表明压敏电阻的非线性越显著。
设置电流档位I1=1mA，测试时间t1=70ms;电流档位I2=0.01mA，测试时间t2=30ms;
非线性系数α=2logV1mAV0.01mA
3）漏电流IL指的是压敏电阻在进入击穿区之前的正常工作时的电流。
漏电流IL=75%Vb200ms，漏电流越小，压敏电阻电性越佳，一般情况IL≤15μA为正常。
2.1焊锡处理电性变化实验
将ZnO压敏电阻打线处理后取出，取压敏电阻10N471KA1-A10，插片至宥森电子有限公司生产的打线焊锡一体机上等待升温，升温30分钟后，首先将产品进行预热，预热结束后，设定焊锡时间10ms，通过调节焊锡炉温度，调节所需实验温度，调节温度后静待5—10分钟，用热敏温度计测量焊锡槽温度，确保焊锡达到恒温，达到恒温后将实验品进行焊锡处理，焊锡处理后快速吹冷，吹冷后测量实验银片的电性，探究银片在焊锡处理后的电性变化。实验数据如下：
由于焊接材料Si—Cu—Ag合金的最适焊接温度为260℃，因此取最适焊锡温度的±5℃作为实验温度，由实验数据可得：当焊接温度255℃<T≤260℃时，ZnO压敏电阻的电性几乎没变，该区间焊锡温度未对产品电性造成影响，但焊片的焊锡表面相对粗糙，有可能在涂装环氧树脂后表面凸起或加工后出现冷焊、虚焊等现象;当焊锡温度260℃<T≤265℃时，焊片电性均出现压敏电压Vb与非线性系数α下降的情况，且下降幅度不高，漏电流几乎不变，可控性较强，适当地提高焊锡温度能够有效改变压敏电阻的电性，在生产中能够有效减少不良品的数量，有效做到产品与生产加工工艺的优化。
2.2银片高温处理电性变化实验
取压敏电阻10N471KB1-B10，设定测量温度，放入固化炉中缓慢升温，固化炉升温8分钟后，在不同温度下测量银片的电性，观察不同温度下银片的电性变化情况。实验数据如下：
以150℃为起始温度，每增加5℃作为实验温度，由实验数据可得：ZnO压敏电阻银片在150℃以上时，随温度的上升，压敏电压Vb与非线性系数α会下降，实验温度越高，Vb和α下降得越明显，但漏电流IL几乎不受影响，不可控性较强，一般遇到银片电性重大异常时可以尝试高温处理改善银片特性，尽量挽回损失。
3结论
（1）压敏电压Vb偏高且靠近上极限时，适当地升高焊锡温度能够有效降低压敏电压Vb，容易恢复压敏电阻的电性能且可控性强。
（2）生产加工前，大批量银片电性偏高异常时，银片高温处理能够大大改善压敏电阻性能，但不可控性较强。
参考文献：
[1]莫以豪，等.半导体陶瓷及其敏感元件.上海科学技术出版社，1983.
[2]吴维韩，等.金属氧化物非线性电阻特性和应用.清华大学出版社，1998.
[3]窦莹，等.压敏电阻测试仪校准方法.中国计量，2011.11，94-96.
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