CN101140820A - 一种片式热敏电阻器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种片式热敏电阻器及其制造方法，它属于电子元器件领域，该电阻器的结构是在基片上的面电极(2021、2022)被层状热敏电阻(203)覆盖，该热敏电阻层(203)上有上层电极(204)，上层电极(204)上有保护层(205)，基片两端有端电极层、端电极层是指由内到外依次包附的端面电极(206)层、中间电极(207)层、外电极(208)层，该热敏电阻器热敏特性好、阻值精度高、物理强度好，在该片式热敏电阻器的制造方法中，电极层、热敏电阻层及保护层均是用厚膜丝网印刷方法形成，操作容易，有效缩短制程并降低了制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子器件及其制造方法，尤其涉及一种敏感器件及其制造方法。
背景技术
目前，已有多种片式热敏电阻器的设计方案以各种形式公开。这些片式热敏电阻器的主体结构为(见附图1)，一个矩形电阻体，在其两端涂上端电极并电镀，在电阻体上涂上或不涂保护层，它包括：电阻体101、玻璃包封层102、端面电极206、中间电极207、外电极208。该类片式热敏电阻器制造方法包括如下步骤：A：制作电阻体，材料为过渡金属Mn、Co、Cu、Ni、Fe的氧化物，先将它们按一定比例混合并用球磨机磨碎，干燥，然后压片，烧结，并重复数次。通过流延形成厚度为几百微米的膜片，再经过切割得到相应阻值、大小的电阻体后，经过各种老化、敏化等步骤制得最终的电阻体；B：在电阻体的表面除左、右两侧外涂附玻璃包封层；C：在电阻体的左、右两侧涂附电极，材质为银Ag，形成端面电极；D：以电镀方式形成端头中间电极和外电极，中间电极是镍层，外电极是锡层。
上述热敏电阻器电阻体层由一层过渡金属氧化物组成，在两端涂银制作电极电镀生成，但其电阻体材料制作复杂，难度高，必须的制造步骤多达二十几项，造成制程无法缩短，加上切割、老化、敏化等工序，操作复杂，耗时甚多，较难控制，所以制造过程较复杂，时间较冗长；上述制程包括多个流程，所用材料和人工成本都较多，产量低、造成制造成本较高；上述热敏电阻器用流延工艺制造，其产品厚度通常是厚膜厚膜丝网印刷工艺产品的2到3倍，由于流延工艺制造的热敏电阻器是电阻体式，电阻器的物理强度取决于电阻体的强度，所以流延工艺制造的热敏电阻器抗物理冲击的能力较差，由于流延工艺制造的电阻器体积大，也造成其在热响应时间长，耗散系数大，自恢复性能较差等，所以热敏特性较差。
中国专利CN1367497公开了一种热敏电阻，其具有至少在一部分半导体本体周围的多个金属层。热敏电阻包括第一厚膜电极层、活性金属层、阻挡金属层和能促进与电触点的附着的可选的一层。此外还描述了制造这种热敏电阻的方法，由于其具有多对金属层，同样具有制造工艺得杂，制造成本高的缺点。
发明内容
本发明需解决的问题是提供一种有效缩短制程时间、热敏特性好、阻值精度高、物理强度好的片式热敏电阻器。
本发明另一需解决的问题是提供该片式热敏电阻器的制造方法。
本发明的技术方案是：一种片式热敏电阻器，以基片为基础，在基片上附着有端电极层、保护层，端电极层是指由内到外依次包附的端面电极层、中间电极层、外电极层，其中
(1)所述的基片为一绝缘陶瓷基片，
(2)在该绝缘陶瓷基片(200)一面的两端均附着有层状面电极，且两面电极借助绝缘陶瓷基片(200)实现相互电隔开；
(3)位于一侧的面电极的边缘呈条状裸露，其余部分被附着在上的层状热敏电阻覆盖，该热敏电阻层亦与绝缘陶瓷基片搭接并借助绝缘陶瓷基片实现与另一侧的面电极电隔离；
(4)层状上层电极附着在热敏电阻层上，上层电极还将所述的另一侧的面电极和仍裸露的绝缘陶瓷基片覆盖，热敏电阻、上层电极、另一侧的面电极依次电连通；
(5)在该绝缘陶瓷基片另一面的两端均附着有层状背电极，且两背电极借助绝缘陶瓷基片实现相互电隔离。
进一步：上述片式热敏电阻器的上层电极上附着有保护层，保护层还覆盖了裸露于上层电极边沿外的热敏电阻并搭接在一侧的面电极上，另一侧的面电极之上的上层电极呈条形裸露在保护层外侧；侧面电极与背电极借助封头的端面电极电连通，两端的端面电极分别将背电极、绝缘陶瓷基片的端头、一侧的面电极完全覆盖并包裹和将背电极、绝缘陶瓷基片的端头、上层电极完全覆盖并包裹；端面电极被中间电极完全覆盖和包裹且中间电极与保护层搭接来实现密封，而中间电极被外电极完全覆盖和包裹且外电极与保护层搭接来实现密封；背电极层与面电极层的材质为银Ag、铜Cu或者银Ag、钯Pd合金；热敏电阻层是锰Mn、钴Co、镍Ni、铜Cu、铁Fe、银Ag中的一种或几种混合物，热敏电阻层的厚度误差≤±1μm；上层电极层是银Ag、铜Cu或者银Ag、钯Pd合金；保护层是硅酸盐玻璃或环氧树脂、酚醛树脂中的一种或几种的组配；端面电极的材料是银Ag，中间电极的材料是镍Ni，外部电极材料是锡Sn。
该片式热敏电阻器尺寸误差小、热敏特性好、阻值精度高、物理强度好。
本发明需解决的另一问题的解决方案是上述片式热敏电阻器的制造方法。在此，所述的绝缘陶瓷基片为一个单元基片，该单元基片是绝缘陶瓷板表面的一个单元格，在绝缘陶瓷板的表面按设定的间距纵横划槽，形成带有四方连续方格的划槽面，设定纵向划槽L2、横向划槽L3及划槽面为正面、划槽面的背面为反面，于是
(1)用厚膜丝网印刷方法在绝缘陶瓷板的反面以每个单元方格--绝缘陶瓷基片为基准印刷导体浆料，逐格形成附着于两端的层状背电极；
(2)用厚膜丝网印刷方法在绝缘陶瓷板的正面以每个单元方格--绝缘陶瓷基片为基准印刷导体浆料，逐格形成附着于两端的层状面电极；
(3)用厚膜丝网印刷方法在步骤(2)的每个单元方格内居中位置印刷热敏电阻浆，热敏电阻浆与绝缘陶瓷基片和一侧的面电极搭接形成层状热敏电阻层，层状热敏电阻借助绝缘陶瓷基片与另一面电极电隔离；
(4)用厚膜丝网印刷方法在步骤(3)形成的层状热敏电阻上印刷上层电极浆形成层状上层电极，上层电极覆盖热敏电阻层和另一侧面电极层；
(5)用厚膜丝网印刷方法在步骤(4)形成的层状上层电极上印刷保护浆料形成保护层，保护层覆盖裸露于上层电极边沿外的热敏电阻并搭接在上层电极和一侧面电极上，一侧端的上层电极和一侧面电极呈条状裸露在保护层外。
其中，上述厚膜丝网印刷方法是常规电阻器生产中用到的厚膜丝网印刷方法，在上述厚膜丝网印刷各电极层后，都需要经过电阻常规的干燥、烧结以形成稳定电极膜层；绝缘陶瓷基片具有纵向划槽L2和横向划槽L 3，在形成保护层后，利用绝缘陶瓷板上的纵向划槽L2，将绝缘陶瓷板掰开成纵向条状单元，用现行常规电阻浸封方法在条状产品的两端面粘上银胶，即纵向条状单元的两长向侧端面上，裸露的条形层状面电极完全和上层电极被银Ag质端面电极包裹和覆盖，或者以常规溅镀方式在条状产品的两端面形成镍铬合金膜，裸露的条形层状面电极和上层电极完全或部分被镍铬合金端面电极包裹和覆盖；利用绝缘陶瓷板上条状单元上的横向划槽L3，将条状单元折裂成独立的单元方格，再用常规的电镀方法在单元产品端面电极的两侧镀镍Ni镀，即单元方格附着有银Ag质端面电极的两侧被镍Ni质中间电极完全包裹和覆盖，然后用常规的电镀方法将锡Sn质镀在中间电极上，Sn质外部电极完全包裹和覆盖在中间电极上，形成单元热敏电阻产品。
在本发明方法中，于绝缘陶瓷基板上设定纵向划槽L2、横向划槽L3及划槽面为正面、划槽面的背面为反面是方便各方法步骤的叙述，正面与反面是相对的，即划槽面也可设定为反面，划槽背面也可设定为正面，接下来的方法步骤如上所述。
本发明的导体层、热敏电阻层、保护层制造流程简单，只涉及厚膜丝网印刷工艺，操作容易，有效缩短制程和降低了制造成本。
附图说明
图1为现有技术中典型热敏电阻器的主视全剖示意图，其中标号为101电阻体、102玻璃包封层、206端面电极(银端头)、207中间电极(镍阻挡层)、208外部电极(锡镀层)；
图2为本发明电阻器的主视全剖示意图，其中标号为200绝缘陶瓷基片、2011、2012背电极、2021、2022面电极、203热敏电阻层、204上层电极、205保护层、206端面电极、207中间电极、208外部电极；
图3为本发明中绝缘陶瓷基片200的立体示意图，其中标号为L2纵向划槽、L3横向划槽；
图4为本发明背面电极2011与2012连接在一起的形状平面示意图；
图5为本发明面电极2021与2022连接在一起的形状平面示意图；
图6为本发明热敏电阻203形状的平面示意图；
图7为本发明上层电极204形状的平面示意图；
图8为本发明保护层205形状的平面示意图。
具体实施方式
下面将结合附图2-8及具体实施例对本发明的电阻器及制造方法作进一步的描述。
本发明所揭示产品方案：一种片式热敏电阻器，以基片为基础，在基片上附着有端电极层、保护层，端电极层是指由内到外依次包附的端面电极206层、中间电极207层、外电极208层：
(1)所述的基片为一绝缘陶瓷基片200，
(2)在该绝缘陶瓷基片200一面的两端均附着有层状面电极2021、2022，且两面电极借助绝缘陶瓷基片200实现相互电隔离；
(3)位于一侧的面电极2021的边缘呈条状裸露，其余部分被附着在上的层状热敏电阻203覆盖，该热敏电阻层亦与绝缘陶瓷基片200搭接并借助绝缘陶瓷基片200实现与另一侧的面电极2022电隔离；
(4)层状上层电极204附着在热敏电阻层上，上层电极204还将所述的另一侧的面电极2022和仍裸露的绝缘陶瓷基片200覆盖，热敏电阻203、上层电极204、另一侧的面电极2022依次电联通。
(5)在该绝缘陶瓷基片200另一面的两端均附着有层状背电极2011、2012且两背电极借助绝缘陶瓷基片200实现相互电隔离。
进一步：上述片式热敏电阻器的上层电极204上附着有保护层205，保护层还覆盖了裸露于上层电极边沿外的热敏电阻203并搭接在一侧的面电极202)上，另一侧的面电极2022之上的上层电极204呈条形裸露在保护层205外侧；侧面电极2021与侧背电极2011借助封头的端面电极206电联通，两端的端面电极206分别将背电极2011、绝缘陶瓷基片200的端头、一侧的面电极2021完全覆盖并包裹和将背电极2012、绝缘陶瓷基片200的端头、上层电极204完全覆盖并包裹后，端面电极还须与保护层205搭接来实现密封，端面电极206被中间电极207完全覆盖和包裹且中间电极207与保护层205搭接来实现密封，而中间电极207被外电极208完全覆盖和包裹且外电极208与保护层205搭接来实现密封；背电极层与面电极层的材质为银Ag、铜Cu或者银Ag、钯Pd合金；热敏电阻层203是锰Mn、钴Co、镍Ni、铜Cu、铁Fe、银Ag中的一种或几种混合物，其厚度误差≤±1μm；上层电极层204是银Ag；保护层205是硅酸盐玻璃、环氧树脂、酚醛树脂中的一种；端面电极206的材料是银Ag，中间电极207的材料是镍Ni，外部电极208材料是锡Sn热。；上层电极层204是银Ag、铜Cu或者银Ag、钯Pd合金；保护层205是玻璃材料或树脂材料；两侧端的端电极206的材料是银，中间电极207的材料是镍金属，外部电极208材料是锡金属。
其方法步骤如下所述：
在上述片式热敏电阻器的制造方法中，所述的绝缘陶瓷基片200为一个单元基片，该单元基片是绝缘陶瓷板表面的一个单元格，在绝缘陶瓷板的表面按设定的间距纵横划槽，形成带有四方连续方格的划槽面，设定纵向划槽L2、横向划槽L3及划槽面为正面、划槽面的背面为反面，于是
(1)用厚膜丝网印刷方法在绝缘陶瓷板200上的反面以每个单元方格--绝缘陶瓷基片为基准印刷导体浆料，逐格形成附着于两端的层状背电极2011、2012；
(2)用厚膜丝网印刷方法在绝缘陶瓷板200的正面以每个单元方格--绝缘陶瓷基片为基准印刷导体浆料，逐格形成附着于两端的层状面电极2021、2022；
(3)用厚膜丝网印刷方法在步骤(2)的每个单元方格内居中位置印刷热敏电阻浆，热敏电阻浆与绝缘陶瓷基片200和一侧的面电极2021搭接形成层状热敏电阻层203，层状热敏电阻借助绝缘陶瓷基片与另一面电极电隔离；
(4)用厚膜丝网印刷方法在步骤(3)形成的层状热敏电阻上印刷上层电极浆形成层状上层电极204，上层电极覆盖热敏电阻层203和另一侧面电极层2022；
(5)用厚膜丝网印刷方法在步骤(4)形成的层状上层电极上印刷保护浆料形成保护层205，保护层覆盖裸露于上层电极204边沿外的热敏电阻203并搭接在上层电极204和一侧面电极2021上，一侧端的上层电极204和一侧面电极2021呈条状裸露在保护层外。
其中，上述厚膜丝网印刷方法是常规电阻器生产中用到的厚膜丝网印刷方法，在上述厚膜丝网印刷各电极层后，都需要经过电阻常规的干燥、烧结以形成稳定电极膜层；绝缘陶瓷基片具有纵向划槽L2和横向划槽L3，在形成保护层后，利用绝缘陶瓷板上的纵向划槽L2，将绝缘陶瓷板掰开成纵向条状单元，用现行常规电阻浸封方法在条状产品的两端面粘上银胶，即纵向条状单元的两长向侧端面上，裸露的条形层状面电极2021完全和上层电极204被银Ag质端面电极包裹和覆盖，或者以常规溅镀方式在条状产品的两端面形成镍铬合金膜，裸露的条形层状面电极2021和上层电极204完全或部分被镍铬合金端面电极包裹和覆盖；利用绝缘陶瓷板上条状单元上的横向划槽L3，将条状单元折裂成独立的单元方格，再用常规的电镀方法在单元产品端面电极206的两侧镀镍Ni镀，即单元方格附着有银Ag质端面电极206的两侧被镍Ni质中间电极206完全包裹和覆盖，然后用常规的电镀方法将锡Sn质镀在中间电极206上，Sn质外部电极207完全包裹和覆盖在中间电极206上，形成单元热敏电阻产品。
由以上步骤制造的0603 10KΩ(03-10K)片式热敏电阻器，对比测试产品的外形尺寸如表1，特性对比如表2所示，样品数为200粒：。
表1、产品外形对比
| 产品 | 长度(mm) | 宽度W(mm) | 厚度(mm) | 电极长度(mm) |
| 厚膜丝网印刷方法生产片式热敏电阻器 | 1.60±0.15 | 0.80±0.15 | 0.40±0.10 | 0.30±0.20 |
| 传统流延方法生产片式热敏电阻器 | 1.60±0.20 | 0.80±0.20 | 0.70±0.20 | 0.3±0.20 |
表2、产品特性对比
| 产品 | 厚膜丝网印刷方法生产片式热敏电阻器 | 传统流延方法生产片式热敏电阻器 | ||||||
| 对比实验项目 | 产品型号 | 最大值 | 最小值 | 平均值 | 产品型号 | 最大值 | 最小值 | 平均值 |
| 材料常数B值(25℃/50℃) | 03-10K | 3540 | 3470 | 3490 | 03-10K | 3583 | 3323 | 3481 |
| 热时间常数S(25℃/85℃) | 03-10K | ＜1.0 | 03-10K | ＞3 | ||||
| 耗散系数(mw/℃) | 03-10K | ＜1.0mW/℃ | 03-10K | ＞1.0mW/℃ | ||||
| 端头强度 | 03-10K | ＞15N | 03-10K | 8N | ||||
| 抗弯强度 | 03-10K | 3mm | 03-10K | 1mm | ||||
| 耐溶剂性 | 03-10K | ΔR＜1％，ΔB＜1％ | 03-10K | 保护层脱落，无法完成实验。 | ||||
| 125℃耐久 | 03-10K | ΔR＜0.5％，ΔB＜0.5％ | 03-10K | ΔR＜1％，ΔB＜1％ | ||||
由表1、表2看出，厚膜丝网印刷方法生产片式热敏电阻器产品尺寸误差小，产品特性好，厚膜丝网印刷的片式热敏电阻器采用AL2O3陶瓷基板做载体，其机械性能好，它的热敏电阻层被AL2O3陶瓷基板(厚约0.4mm)和保护玻璃(约15μm)包裹，使得这种产品有着耐腐蚀性能好。
Claims (10)
1.一种片式热敏电阻器，以基片为基础，在基片上附着有端电极层、保护层，端电极层是指由内到外依次包覆的端面电极(206)层、中间电极(207)层、外电极(208)层，其特征在于：
(1)所述的基片为一绝缘陶瓷基片(200)；
(2)在该绝缘陶瓷基片(200)一面的两端还均附着有层状面电极(2021、2022)，且两面电极借助绝缘陶瓷基片(200)实现相互电隔开；
(3)位于一侧的面电极(2021)的边缘呈条状裸露，其余部分被附着在上的层状热敏电阻(203)覆盖，该热敏电阻层亦与绝缘陶瓷基片(200)搭接并借助绝缘陶瓷基片(200)实现与另一侧的面电极(2022)电隔离；
(4)层状上层电极(204)附着在热敏电阻层上，上层电极(204)还将所述的另一侧的面电极(2022)和仍裸露的绝缘陶瓷基片(200)覆盖，热敏电阻(203)、上层电极(204)、另一侧的面电极(2022)依次电连通；
(5)在该绝缘陶瓷基片(200)另一面的两端均附着有层状背电极(2011、2012)且两背电极借助绝缘陶瓷基片(200)实现相互电隔离。
2.根据权利要求1所述的片式热敏电阻器，其特征在于在上层电极(204)上附着有保护层(205)，保护层还覆盖了裸露于上层电极边沿外的热敏电阻(203)并搭接在一侧的面电极(2021)上，另一侧的面电极(2022)之上的上层电极(204)呈条形裸露在保护层(205)外侧。
3.根据权利要求2所述的片式热敏电阻器，其特征在于面电极(2021)与背电极(2011)借助端头的端面电极(206)电连通，两端的端面电极(206)分别将背电极(2011)、绝缘陶瓷基片(200)的端头、一侧的面电极(2021)完全覆盖并包裹和将背电极(2012)、绝缘陶瓷基片(200)的端头、上层电极(204)完全覆盖并包裹。
4.根据权利要求3所述的片式热敏电阻器，其特征在于端面电极(206)被中间电极(207)完全覆盖和包裹且中间电极(207)与保护层(205)搭接来实现密封，而中间电极(207)被外电极(208)完全覆盖和包裹且外电极(208)与保护层(205)搭接来实现密封。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的片式热敏电阻器，其特征在于背电极层与面电极层的材质为银Ag、铜Cu或者银Ag、钯Pd合金；热敏电阻层(203)是锰Mn、钴Co、镍Ni、铜Cu、铁Fe、银Ag中的一种或几种混合物；上层电极层(204)是银Ag、铜Cu或者银Ag、钯Pd合金。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的片式热敏电阻器，其特征在于保护层(205)是硅酸盐玻璃、环氧树脂、酚醛树脂中的一种或几种的组配。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的片式热敏电阻器，其特征在于端面电极(206)的材料是银Ag、铜Cu，中间电极(207)的材料是镍Ni，外部电极(208)材料是锡Sn。
8.根据权利要求1～4中任一项所述的片式热敏电阻器的制造方法，所述的绝缘陶瓷基片(200)为一个单元基片，该单元基片是绝缘陶瓷板表面的一个单元格，在绝缘陶瓷板的表面按设定的间距纵横划槽，形成带有四方连续方格的划槽面，设定纵向划槽L2、横向划槽L3及划槽面为正面、划槽面的背面为反面，于是
(1)用厚膜丝网印刷方法在绝缘陶瓷板的反面以每个单元方格——绝缘陶瓷基片(200)为基准印刷导体浆料，逐格形成附着于两端的层状背电极(2011、2012)；
(2)用厚膜丝网印刷方法在绝缘陶瓷板的正面以每个单元方格——绝缘陶瓷基片(200)为基准印刷导体浆料，逐格形成附着于两端的层状面电极(2021、2022)；
(3)用厚膜丝网印刷方法在步骤(2)的每个单元方格内居中位置印刷热敏电阻浆，热敏电阻浆与绝缘陶瓷基片(200)和一侧的面电极(2021)搭接形成层状热敏电阻层(203)，层状热敏电阻借助绝缘陶瓷基片与另一面电极(2022)电隔离；
(4)用厚膜丝网印刷方法在步骤(3)形成的层状热敏电阻(203)上印刷上层电极浆形成层状上层电极(204)，上层电极(204)覆盖热敏电阻层(203)和另一侧面电极层(2022)；
(5)用厚膜丝网印刷方法在步骤(4)形成的层状上层电极(204)上印刷保护浆料形成保护层(205)，保护层(205)覆盖裸露于上层电极边沿外的热敏电阻(203)并搭接在上层电极(204)和一侧面电极(2021)上，一侧端的上层电极(204)和一侧面电极呈条状裸露在保护层外。
9.根据权利要求8所述的片式热敏电阻器的制造方法，其特征在于利用绝缘陶瓷板上的纵向划槽L2，将绝缘陶瓷板掰开成纵向条状单元，然后使纵向条状单元的两长向侧端面上裸露的条形层状面电极(2021)和上层电极(204)完全或部分被银Ag质或镍铬合金端面电极(206)包裹和覆盖。
10.根据权利要求9所述的片式热敏电阻器的制造方法，其特征在于利用绝缘陶瓷板上条状单元上的横向划槽L3，将条状单元折裂成独立的单元方格，单元方格附着有银Ag质或铜Cu的端面电极(206)的两侧被镍Ni质中间电极(207)完全包裹和覆盖，然后再将锡Sn质外部电极(208)完全包裹和覆盖在中间电极(206)上。
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