CN101604565B - 一种晶片型热敏电阻及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种晶片型热敏电阻及其制作方法。一种晶片型热敏电阻制作方法，以网版印刷将指叉型平行电极印在同一个平面上，可提高晶片型热敏电阻的产品良品率及质量，所制成的晶片型热敏电阻，包括一陶瓷本体、一对分别覆盖在该陶瓷本体的两个端部上的端电极、及设于该陶瓷本体的内部的一层或一层以上的内电极，其中，每层内电极由一对互相面对且交错的指叉型平行电极共同设在同一个平面上而构成，其中一个指叉型平行电极的一端与其中一个端电极连接，另一个指叉型平行电极的一端与另一个端电极连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶片型热敏电阻，尤其涉及以网版印刷将指叉型平行电极印在同平面上且制成晶片型热敏电阻的内电极及其制作方法。
背景技术
热敏电阻(thermistors)元件是一种对温度敏感的电子元件，其特性为电阻值可以随着温度的变化而改变，例如负温度热敏电阻的电阻值可以随温度的上升而下降。
热敏电阻元件的温度系数非常大，目前广泛应用于线路电阻的温度量测、控制与补偿方面。而且，为了达到精准检知温度的微小变化，热敏电阻元件的精度要求要愈高愈好。
而已知的晶片型热敏电阻结构，有以下几种：
1.传统晶片型热敏电阻10的结构，如图1所示，包含一对端电极11和12及一陶瓷本体20，且所述端电极11和12分别覆盖在所述陶瓷本体20的两个端部上。
这种晶片型热敏电阻10的缺点在于，其电阻值会受到陶瓷本体20的电阻值及端电极11与12之间的间距影响，而且，这种晶片型热敏电阻10的端电极11与12的间距相隔相当距离，不易制成低电阻值产品。
生产时，这种热敏电阻10的电阻值精度不易精确控制，且产品规格不能做成低电阻值产品，在应用上不适合做成高精度的晶片型热敏电阻。
2.另一种晶片型热敏电阻15的结构如图2所示，主要是改良上述传统晶片型热敏电阻10的结构，在陶瓷本体20的前后上下四面披覆一层玻璃绝缘层14，使得这种热敏电阻15的电阻值仅受到陶瓷本体20的电阻率与端部截面积的影响，不再受到端电极11与12的间距影响。但，这种热敏电阻15的端电极11与12的间距仍相隔相当距离，不易制成低电阻值产品。
生产时，这种热敏电阻15的电阻值较容易精确控制，但产品规格仍不能做成低电阻值产品，在应用上仍不适合做成高精度的晶片型热敏电阻。
3.第三种晶片型热敏电阻18的结构，如图3所示，包含一对端电极11和12、一对内电极16a和16b及一陶瓷本体20，且使用积层制作过程将所述内电极16a与16b内埋在该陶瓷本体20的中间，再将所述端电极11和12分别覆盖在该陶瓷本体20的两个端部上。其中，所述内电极16a与16b是以面对面的方式位于相同平面高度，且所述内电极16a与所述端电极11连接，所述内电极16b与所述端电极12连接。
这种热敏电阻18的电阻值大小仅与内电极16a与16b的间距及内电极16a与16b的重叠面积有关。
生产时，这种热敏电阻18是以网版印刷技术来制作内电极16a与16b，在相同尺寸规格下，通过调整这种热敏电阻18的内电极16a与16b的间距和/或重叠面积，可以精确地制作尺寸规格相同但电阻值不同的产品。但，这种热敏电阻18缺点在于，产品的精度是取决于网版印刷的精度，要制作高精度的晶片型热敏电阻产品相对较困难。
4.第四种晶片型热敏电阻35的结构，如图4所示，包含一对端电极11和12、一对表面电极19a和19b、一陶瓷本体20及一绝缘层30，且使用薄膜技术将所述表面电极19a与19b制作在该陶瓷本体20的表面上，再将所述端电极11和12分别覆盖在该陶瓷本体20的两个端部上。其中，所述表面电极19a与所述端电极11连接，所述表面电极19b与所述端电极12连接。最后，在所述表面电极19a与19b之间的间隙覆盖上所述绝缘层30。
这种热敏电阻35的电阻值大小，仅与表面电极19a与19b的间距有关。
生产时，这种热敏电阻35是以薄膜技术制作所述表面电极19a与19b，通过精准地控制所述表面电极19a与19b之间的间隙，可以精确地制作尺寸规格相同但电阻值不同的产品。但，这种热敏电阻35的缺点在于，需要使用薄膜技术制作表面电极19a与19b，生产设备及生产成本相对较昂贵。
5.第五种晶片型热敏电阻40的结构，如图5所示，包含一对端电极11和12、多对内电极21a和21b及一陶瓷本体20，且使用积层技术(multilayertechnology)，将所述多个内电极21a和21b以互相平行及交互连接端电极11和12的形式制作在该陶瓷本体20的内部，再将所述端电极11和12分别覆盖在该陶瓷本体20的两个端部上。其中，每个内电极21a与所述端电极11连接，每个内电极21b与所述端电极12连接。
这种热敏电阻40的电阻值大小，与内电极21a与21b的间距、重叠面积及内电极21a与21b间的厚度有关。
生产时，这种热敏电阻40的内电极21a与21b间的厚度，可以在积层制作过程中使用陶瓷生胚薄从而可以精确控制，在相同尺寸规格下，可制作出电阻值范围变化相当大的不同电阻值产品。但，在积层制作过程中有生胚薄带厚度和印刷堆栈公差等问题，这种热敏电阻40仍不能应用于高精度的晶片型热敏电阻。
6.第六种晶片型热敏电阻45的结构，如图6所示，包含一对端电极11和12、一对指叉型表面电极23与24及一陶瓷本体20，且使用薄膜技术将所述指叉型表面电极23与24制作在该陶瓷本体20的上表面和/或下表面上，再将所述端电极11和12分别覆盖在该陶瓷本体20的两个端部上。其中，所述指叉型表面电极23与所述端电极11连接，所述指叉型表面电极24与所述端电极12连接。最后，再对所述指叉型表面电极23与24覆盖上绝缘层。
这种热敏电阻45使用指叉型表面电极23与24，其电阻值大小，与指叉型表面电极23与24的间距及指叉型表面电极23与24的重叠区域23a与24a有关。而且，这种热敏电阻45的指叉型表面电极23与24的重叠区域23a与24a比起指叉型表面电极23与24的间距大得很多，使得这种热敏电阻45相当适合做成低电阻值产品。
生产时，这种热敏电阻45是以薄膜技术制作所述指叉型表面电极23与24，通过精准地控制所述指叉型表面电极23与24之间的间隙和/或指叉型表面电极23与24的重叠区域23a与24a，可以精确地制作尺寸规格相同但电阻值不同的产品。
但，这种热敏电阻45的缺点在于，需要使用薄膜技术制作指叉型表面电极23与24，生产设备及生产成本相对较昂贵。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶片型热敏电阻的制作方法，其具有生产设备及生产成本便宜的优点，且可应用于制作小尺寸规格的低电阻值晶片型热敏电阻产品，包括以下步骤：
a.制备包含锰(Mn)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)及铁(Fe)成分的热敏电阻材料粉体；
b.对前述热敏电阻材料粉体加入适量的黏结剂、分散剂及有机溶剂并调制成浆料；
c.以括刀将前述浆料刮成厚度约10~50μm的陶瓷生胚薄带，再取预定张数的陶瓷生胚薄带经叠置整齐后，分别压合成上胚盖和下胚盖；
d.再取一张陶瓷生胚薄带，以网版印刷印上一对互相面对且交错的指叉型平行电极；其中，以网版印刷的该对指叉型平行电极的重叠长度L介于50~1200μm、相互交错间距T介于20~200μm。
e.将前述上胚盖、印有指叉型平行电极的陶瓷生胚薄带和下胚盖一起叠好再压合成一体，经切割成预定尺寸的生胚晶粒后，再以1100~1300℃烧结成晶粒；
f.将烧结成的晶粒两端粘上端电极，再烧结成成品。
本发明的晶片型热敏电阻制作方法，其有益效果在于将指叉型平行电极以网版印刷印在同一个平面上，提高晶片型热敏电阻的良品率及产品质量。本发明的晶片型热敏电阻制作方法通过不同的网版任意调整指叉型平行电极的重叠长度L和/或相互交错间距T，精确地制作尺寸规格相同但电阻值不同的晶片型热敏电阻产品。
本发明的另一目的在于提供一种晶片型热敏电阻元件，依据本发明的晶片型热敏电阻制作方法所制成，包括一陶瓷本体、一对分别覆盖在该陶瓷本体的两个端部上的端电极，及设于该陶瓷本体的内部的一层或一层以上的内电极，其中，每层内电极由一对互相面对且交错的指叉型平行电极共同设在同一个平面上所构成，其中一个指叉型平行电极至少设有一指状导电电极及一指状槽，且一端与该陶瓷本体端部的其中一个端电极连接，另一个指叉型平行电极至少设有一指状导电电极及一指状槽，且一端与该陶瓷本体端部的另一个端电极连接，同时该对指叉型平行电极的指状导电电极各自伸入到所面对的该指叉型平行电极的指状槽内部以构成彼此之间保持有间距及互相重叠区域。
附图说明
图1为一种传统晶片型热敏电阻的纵剖面结构图；
图2为另一种传统晶片型热敏电阻的纵剖面结构图；
图3为一种内部设有面对面的内电极的晶片型热敏电阻的纵剖面结构图；
图4为一种设有面对面的表面电极的晶片型热敏电阻的纵剖面结构图；
图5为一种晶片型热敏电阻的纵剖面结构图，用来说明这种晶片型热敏电阻的内部设有多个互相平行且交互连接端电极的内电极；
图6为一种设有指叉型表面电极的晶片型热敏电阻的纵剖面结构图；
图7为本发明的晶片型热敏电阻的局部剖面结构图，用来说明本发明的晶片型热敏电阻的内部设有一层或一层以上的内电极，且每层内电极是由同平面上的一对互相面对且交错的指叉型平行电极共同构成；
图8为本发明的晶片型热敏电阻制作方法说明图，用来说明本发明是在制作方法中使用网版印刷在陶瓷生胚薄带上印上一对互相面对且交错的指叉型平行电极，再经过烧结后成为晶片型热敏电阻的内电极。
附图标记
10、15、18、35、40、45、60……晶片型热敏电阻
11、12……端电极 14……绝缘层
16a、16b……内电极 19a、19b……表面电极
20……陶瓷本体 21a、21b……内电极
23、24……指叉电极 23a、24a……重叠区域
30……绝缘层 50……内电极
51……陶瓷生胚薄带 52、53……指叉型平行电极
52a、53a……指状导电电极 52b、53b……指状槽
55……上胚盖 56……下胚盖
L……重叠长度 T……交错间距
W……层距
具体实施方式
如图7所示，本发明的晶片型热敏电阻60，包含一陶瓷本体20及分别覆盖在该陶瓷本体20的两个端部上的一对端电极11和12。该陶瓷本体20的内部，设有一层或一层以上的内电极50，每层内电极50由同平面上的一对互相面对且交错的指叉型平行电极52及53共同构成，且所述内电极50的其中一个指叉型平行电极52的一端与所述端电极11连接，而另一个指叉型平行电极53的一端与所述端电极12连接。
所述内电极50的其中一个指叉型平行电极52至少设有一指状导电电极52a及一指状槽52b，另一个指叉型平行电极53也至少设有一指状导电电极53a及指状槽53b，但与其互相面对的指叉型平行电极52呈互补对应形状，所以，其中一个指叉型平行电极52的指状导电电极52a将伸入到所面对的另一个指叉型平行电极53的指状槽53b内部，同样情形，该指叉型平行电极53的指状导电电极53a也伸入到所面对的该指叉型平行电极52的指状槽52b内部。
因此，如图7所示，所述内电极50的互相面对且交错的指叉型平行电极52及53之间保持有重叠长度L，优选为L＝50~1200μm；且指叉型平行电极52的指状导电电极52a与互相面对的指叉型平行电极53的指状导电电极53a之间，因为互相平行交错，以致于有互相重叠区域产生，但彼此之间仍保持有相互交错间距T，优选为T＝30~100μm。
此外，设于陶瓷本体20内部的不同层内电极50，其相互比邻的不同层内电极50之间保持有层距W，优选为W＝20~60μm。
本发明的晶片型热敏电阻元件60的内电极50，其结构特点在于，所述指叉型平行电极52的指状导电电极52a与互相面对的指叉型平行电极53的指状导电电极53a之间的相互交错间距T的大小与重叠部分的大小，甚至不同层内电极50之间的层距W的大小，都会影响本发明的晶片型热敏电阻60的电阻值大小。
换句话说，本发明的晶片型热敏电阻60的电阻值大小，会受到陶瓷本体20的半导体陶瓷材料电阻值、内电极50的指叉型平行电极52及53的指状导电电极52a及53a之间的相互交错间距T及重叠区域等参数的影响。因此，通过精准地调整内电极50的指叉型平行电极52及53之间的重叠长度L和/或调整指状导电电极52a及53a之间的相互交错间距T，或调整不同层内电极50之间的层距W，都可精准地控制本发明的晶片型热敏电阻60的电阻值大小。
本发明的晶片型热敏电阻60的制作方法，包括以下步骤：
1.制备热敏电阻材料粉体；
将具有热敏电阻特性的锰(Mn)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、铁(Fe)等成分，经混合、煅烧、研磨等过程后，制成热敏电阻材料粉体；
2.将前述热敏电阻材料粉体加入适量的黏结剂、分散剂及有机溶剂后调制成浆料；
3.如图8所示，以括刀成型方式，将前述浆料刮成厚度约10~100μm的陶瓷生胚薄带51，再取数张陶瓷生胚薄带51叠置整齐后，分别压合成上胚盖55和下胚盖56；
4.再取一张陶瓷生胚薄带51，以网版印刷方式，印上一对互相面对且交错的指叉型平行电极52及53；
其中，该对指叉型平行电极52及53彼此间保持有重叠长度L及相互交错间距T，且通过不同的网版对所选取的陶瓷生胚薄带51进行网版印刷，就可以调整指叉型平行电极52及53印在一张陶瓷生胚薄带51上面的重叠长度L介于50~1200μm和/或相互交错间距T介于30~200μm。
5.将上胚盖55、印有指叉型平行电极52及53的陶瓷生胚薄带51和下胚盖56一起叠好再压合成一体，经切割成预定尺寸的生胚晶粒后，再以1100~1300℃烧结成晶粒后，制成如图7所示的陶瓷本体20；
6.将晶粒(陶瓷本体20)两端粘上端电极11与12，再以600~1000℃烧结后，即制成如图7所示的晶片型热敏电阻60。
本发明的晶片型热敏电阻60的制作方法，是将指叉型平行电极52及53以网版印刷印在同一个平面上，其优点在于：可以克服积层元件在制作过程中经常因为堆栈偏移或因为刮刀成型造成生胚薄带厚度误差而衍生良品率降低的缺点，故可提高本发明的晶片型热敏电阻60的良品率及产品质量。
而且，本发明的晶片型热敏电阻60的制作方法中，可通过不同的网版任意调整指叉型平行电极52及53的重叠长度L和/或相互交错间距T，故本制作方法的另一优点在于：可以利用调整指叉型平行电极52及53的重叠长度L和/或相互交错间距T来调整晶片型热敏电阻60的电阻值。尤其，指叉型平行电极52及53的重叠长度L及相互交错间距T可以调整到尽量的小，使得指叉型平行电极52及53的重叠区域相当大，且两者相互交错的间距相当小，故本制作方法的又一优点在于：可以精确地制作小尺寸规格的低电阻值晶片型热敏电阻60产品。
另外，由于网版印刷技术的精进，可以使得本发明的晶片型热敏电阻60因为降低电阻值分散度而提高产品质量。
实施例
按照本发明的晶片型热敏电阻制作方法，取数张具相同电阻率3kΩcm的陶瓷生胚薄带制成上胚盖和下胚盖，再将表1的样品A所预定的指叉型平行电极规格，以网版印刷印在一张陶瓷生胚薄带上，将上胚盖、印有指叉型平行电极的陶瓷生胚薄带和下胚盖一起叠好再压合，并切割成尺寸规格为1.6mm*0.8mm*0.8mm的生胚晶粒，经烧结成晶粒后，再于两端粘上端电极，再经烧结取得样品A的晶片型热敏电阻。
重复上述制作方法，且按照样品B-D预定的指叉型平行电极规格，分别取得样品B-D的晶片型热敏电阻。
测量样品A-D的电阻值及电阻值变化率，其结果如表1。
比较例
使用与实施例相同电阻率3kΩcm的陶瓷生胚薄带制成图3所示的具传统积层内电极的晶片型热敏电阻，且按照样品E-G预定的传统积层内电极规格，分别取得样品E-G的晶片型热敏电阻。
测量样品E-G的电阻值及电阻值变化率，其结果如表1。
表1 指叉型平行内电极与传统积层内电极的特性比较
| 样品 | 内电极形式 | 内电极规格 | 电阻值 | 电阻值变化率 |
| A | 指叉型平行电极 | 指状导电电极数目＝8电极长1.2mm电极宽＝50μm电极间距T＝50μm | 4.52KΩ | 1.5％ |
| B | 指叉型平行电极 | 指状导电电极数目＝5电极长＝1.2mm电极宽＝50μm电极间距T＝100μm | 9.12KΩ | 1.8％ |
| C | 指叉型平行电极 | 指状导电电极数目＝3电极长＝0.2mm电极宽＝40μm电极间距T＝100μm | 25.4KΩ | 2.3％ |
| D | 指叉型 | 指状导电电极数目＝3 | 21.2KΩ | 2.1％ |
| 平行电极 | 电极长＝0.2mm电极宽＝75μm电极间距T＝150μm |
| E | 传统积层内电极 | 电极薄带厚50μm电极面积0.105mm2 | 17.87KΩ | 7.5％ |
| F | 传统积层内电极 | 电极薄带厚50μm电极面积0.132mm2 | 8.52KΩ | 6.8％ |
| G | 传统积层内电极 | 电极薄带厚30μm电极面积1.73mm2 | 0.65KΩ | 7.1％ |
结果
使用相同电阻率3kΩcm的陶瓷生胚薄带，且制成相同尺寸的样品A-G晶片型热敏电阻时，根据表1的样品A-G电阻值及其变化率，可得知以下结论：
1.相同尺寸的晶片型热敏电阻，不论是使用指叉型平行电极或使用传统积层内电极为内电极，都可以制成尺寸规格相同但电阻值不同的晶片型热敏电阻产品。
2.但，使用指叉型平行电极的晶片型热敏电阻产品，具有较小的阻值变化率，最小可达1.5％，而使用传统积层内电极的晶片型热敏电阻产品，其电阻值变化率较大，大约有7.5％。
这个结果表示具有指叉型平行电极的晶片型热敏电阻其产品质量较佳。
Claims (6)
1.一种晶片型热敏电阻，包括一陶瓷本体、一对分别覆盖在该陶瓷本体的两个端部上的端电极，及设于该陶瓷本体的内部的一层以上的内电极，其特征在于，不同层内电极之间的层距为20～60μm，每层内电极由同平面上的一对互相面对且交错的指叉型平行电极共同构成，其中一个指叉型平行电极至少设有一指状导电电极及一指状槽，且一端与该陶瓷本体端部的其中一个端电极连接，另一个指叉型平行电极至少设有一指状导电电极及一指状槽，且一端与该陶瓷本体端部的另一个端电极连接，同时该对指叉型平行电极的指状导电电极各自伸入到所面对的该指叉型平行电极的指状槽内部以构成彼此之间保持有相互交错间距及重叠长度。
2.如权利要求1所述的晶片型热敏电阻，其特征在于，该陶瓷本体的每层内电极的互相面对且交错的指叉型平行电极的重叠长度介于50～1200μm。
3.如权利要求1或2所述的晶片型热敏电阻，其特征在于，该对指叉型平行电极的指状导电电极之间的相互交错间距为30～200μm。
4.一种晶片型热敏电阻制作方法，包括以下步骤：
a.制备热敏电阻材料粉体；
b.对前述热敏电阻材料粉体加入适量的黏结剂、分散剂及有机溶剂并调制成浆料；
c.以刮刀将前述浆料刮成厚度为10～50μm的陶瓷生胚薄带，再取预定张数的陶瓷生胚薄带经叠置整齐后，分别压合成上胚盖和下胚盖；
d.再取一张陶瓷生胚薄带，以网版印刷印上一对互相面对且交错的指叉型平行电极；
e.将前述上胚盖、印有指叉型平行电极的陶瓷生胚薄带和下胚盖一起叠好再压合成一体，经切割成预定尺寸的生胚晶粒后，再以1100～1300℃烧结成晶粒；
f.将烧结成的晶粒两端粘上端电极，再烧结成成品。
5.如权利要求4所述的晶片型热敏电阻制作方法，其中，所述热敏电阻材料粉体包含锰、钴、镍、铜及铁成分。
6.如权利要求4或5所述的晶片型热敏电阻制作方法，其中，以网版印刷的该对指叉型平行电极的重叠长度介于50～1200μm且相互交错间距介于30～200μm。
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