CN101995306A - 高精度温度传感器用ntc热敏芯片制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子元器件技术领域。具体公开一种高精度温度传感器用NTC热敏芯片制作方法，其制作步骤：(1)NTC热敏半导体陶瓷粉体制备；(2)条状成型/烧结；(3)玻璃封装；(4)电阻率测试；(5)尺寸划切；(6)上端电极。该制作方法制作的NTC热敏芯片在高精度测温应用场合中R电阻值及B值(材料常数)的精度控制在0.3％内，即温度精度可以控制在0.1％℃，且在应用电路中使用后的电性能(R电阻值及B值)年漂移率小于0.1％，因此其能较好地实现高精度调阻，稳定性好。

Description

高精度温度传感器用NTC热敏芯片制作方法 

技术领域

本发明属于电子元器件技术领域。具体公开高精度温度传感器用NTC热敏芯片制作方法。 

背景技术

由NTC热敏芯片作为核心采取不同封装形式构成的热敏电阻和温度传感器广泛应用于各种温度探测、温度补偿、温度控制电路，其在电路中起到将温度的变量转化成所需的电子信号的核心作用。 

随着电子技术的发展，各种电子进一步多功能化和智能化，NTC热敏芯片在各种需要对温度进行探测、控制、补偿等场合的应用日益增加。同时由于电子设备高精度温度探测、温度控制的需要，对NTC热敏电阻器的R电阻值、B值(热敏电阻器的材料常数)的精度和稳定性提出了越来越高的要求。在高精度测温应用场合中要求温度精度可以控制在0.1％℃，这就要求R电阻值及B值的精度控制在0.3％内，且在应用电路中使用后的电性能(R电阻值及B值)年漂移率小于0.1％。 

如图1、图2所示，现有的NTC热敏电阻一般采用以下工艺流程：热敏半导体陶瓷粉末制备-单个成型-烧结-烧渗电极-电阻率测试，该工艺过程是直接由热敏半导体陶瓷粉末10直接制成单个的NTC热敏芯片20，并在热敏电阻的两端部烧渗端电极30。 

该种工艺技术在陶瓷粉料配方已经确定的情况下，单个NTC热敏芯片20的电性能取决于产品的几何尺寸和烧结工艺对电性能影响。由于半导体陶瓷材料受烧结工艺参数的烧结温度、炉腔气氛等条件影响较大，使得现有的NTC热敏芯片20制造工艺技术存在了两个明显的不足： 

一、阻值精度低：现有技术制成的产品电气性能定型于烧结工艺，烧结、烧渗电极后的阻值分散且不能调节，批量生产中R25阻值精度一般在±5％内、B值(热敏电阻器的材料常数)在±3％内，无法满足高精度要求。 

二、稳定性差：制成后的NTC热敏芯片的两电极间的半导体陶瓷体裸露，在潮气、盐雾、空气氧化、腐蚀性气体等恶劣环境中很容易造成半导体陶瓷和金属电极间的老化，从而形成电气性能的漂移。电性能在高温老化1000小时后漂移量达到3％，这远远超出高精度测温应用场合中要求的R电阻值及B值0.3％的精度要求。 

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种高精度温度传感器用NTC热敏芯片制作方法，该制作方法制作的NTC热敏芯片能较好地实现高精度调阻，可靠性好，在高精度测温应用场合中R电阻值及B值的精度控制在0.3％内，即温度精度可以控制在0.1％℃，且在应用电路中使用后的电性能(R电阻值及B值)年漂移率小于0.1％，因此其能较好地实现高精度调阻，稳定性好。 

为了达到上述技术目的，本发明的技术方案是： 

本发明所述的高精度温度传感器用NTC热敏芯片制作方法，其制作步骤： 

(1)NTC热敏半导体陶瓷粉体制备； 

(2)条状成型/烧结； 

(3)玻璃封装； 

(4)阻率测试； 

(5)尺寸划切； 

(6)上端电极。 

上述步骤(1)中热敏半导体陶瓷粉体制备可以是物理法或是化学法： 

A.物理法(球磨法)热敏半导体陶瓷粉体其过程是：配料(按特定定配方)-球磨-出料-烘干-过筛-预烧-研磨-烘干-过筛-粉体备用。 

B.化学法(溶胶-凝胶法)热敏半导体陶瓷粉体其过程是：溶胶的制备——凝胶化——凝胶的干燥——煅烧-粉体备用。 

上述步骤(2)条状成型/烧结为等静压成型法或挤压成型法，然后进行高温烧结成NTC热敏半导体陶瓷条。 

A.NTC热敏陶瓷条等静压成型法：将制备好的NTC热敏陶瓷粉料至于橡胶模具中，松装，振实；置于等静压机中，采用300～400Mpa的压强压30分钟，释压，从模具中取出制得陶瓷锭；切片：根据NTC热敏电阻器设计的需要，采用内圆切割机切割烧结后的压敏电阻陶瓷锭至所需厚度为200～2000μm的NTC热敏陶瓷基片。然后进行高温烧结成NTC热敏半导体陶瓷条。 

B.挤压成型将制备好的NTC热敏陶瓷粉料按重量配比为瓷粉∶PVA黏合剂＝100∶40配置置于搅拌罐内搅拌均匀；经过炼泥、陈腐后采用挤压机挤出所需尺寸的条(棒)状陶瓷。 

高温烧结：将压好的生胚陶瓷锭采用高温烧结炉缓慢(1℃/min)升温至1200±50℃，保温5～10～小时，然后缓慢(1℃/min)降温至100℃。 

上述步骤(3)中表面玻璃防护层涂覆包括： 

a.玻璃浆料的配置；玻璃浆料的组成按重量配比是：玻璃粉料30～60％；PVB树脂10～30％；增塑剂0.5～5％；分散剂0.1～3％，溶剂30～50％，此处PVB树脂是B-76PVB树脂；所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯DOP；所述分散剂为AK-3501分散剂；溶剂为醋酸正丙酯。 

b.将NTC热敏半导体陶瓷条排列于托架上； 

c.在托架的上下通过上下两喷枪将玻璃浆料对陶瓷条进行喷涂，托架可连续向前或旋转运动，完成批量产品的玻璃浆料涂覆； 

d.将涂敷上玻璃浆料的NTC热敏半导体陶瓷条/棒连同托架置于烘箱中80～150℃烘干1～3个小时。 

e.取下陶瓷条，置于承烧板上进炉烧结(800～900)℃/0.5小时，冷却出炉后便在陶瓷条的表面形成一层均匀致密的玻璃保护层，调节喷涂层的厚度将烧结后的玻璃封装层控制在20～30微米的厚度。 

所述步骤(6)中上端电极是：芯片的两端均匀涂上端电极浆料并采用电阻炉将银电极和NTC热敏瓷体介质紧密烧渗。 

与现有技术相比，本发明的有益效果： 

本发明所述的温度传感器用NTC热敏芯片的制作方法与采用传统工艺方法相比，具体如下表所示： 

表一： 

由上表可知，本发明所采用的高精度NTC热敏芯片制作方法生产的温度传感器用NTC热敏芯片高精度产品(±0.3％)的命中率有非常大的提高，产品的稳态湿热性，高温负荷变化率及热冲击变化率小，可靠性好，稳定性好，能较好地实现高精度调阻。 

附图说明

图1是现有技术温度传感器用NTC热敏芯片的制作流程框图； 

图2是现有技术温度传感器用NTC热敏芯片的制作流程示意图(圆片型NTC热敏芯片)； 

图3是本发明所述的温度传感器用NTC热敏芯片的制作流程框图； 

图4是本发明所述的温度传感器用NTC热敏芯片的制作流程示意图； 

图5是本发明实施例一中条状成型/烧结后NTC热敏陶瓷条结构示意图； 

图6是本发明实施例一中玻璃封装过程中将高温烧结的NTC热敏陶瓷条排列在托架上的示意图； 

图7是本发明实施例一采用喷枪对NTC热敏陶瓷条喷涂玻璃的结构示意图； 

图8是本发明实施例一喷涂有玻璃保护层的NTC热敏陶瓷条结构示意图； 

图9是实施例一中NTC热敏陶瓷条电阻率测试示意图； 

图10是实施例一中尺寸划切结构示意图； 

图11是实施例一中上端电极后NTC热敏芯片结构示意图。 

图12是实施例二中NTC热敏陶瓷条等静压成型法结构示意图。 

图13是方型NTC热敏陶瓷条结构示意图。 

具体实施方式

实施例一： 

本实施例是以电阻值为10Ω片径为9mm的圆片式NTC热敏电阻为例进行说明：如图3、图4所示，其制作步骤是：(1)NTC热敏半导体陶瓷粉体制备；(2)条状成型/烧结；(3)玻璃封装；(4)电阻率测试；(5)尺寸划切；(6)上端电极。 

具体是： 

一、NTC热敏半导体陶瓷粉体1的制备(制取电阻率ρ＝19.23Ω.cm的NTC材料) 

物理法(球磨法)热敏半导体陶瓷粉体其过程是：配料(按特定定配方)-球磨-出料-烘干-过筛-预烧-研磨-烘干-过筛-粉体备用。 

二、条状成型/烧结：通过挤压成型法将制备好的NTC热敏陶瓷粉体1按瓷粉∶PVA黏合剂＝100∶40的重量配比配置置于搅拌罐内搅拌均匀；经过炼泥、陈腐后采用挤压机挤出所需尺寸的NTC热敏陶瓷条锭。生坯热敏陶瓷棒的直径为10mm，长度为50mm；高温烧结：将压好的生胚陶瓷条锭采用高温烧结炉缓慢(1℃/min)升温至1200±50℃，保温5～10小时，然后缓慢(1℃/min)降温至100℃。由于烧结收缩，烧结后NTC热敏陶瓷条2的直径为9mm，长度为45mm。(如图5所示) 

三、玻璃封装： 

首先，经高温烧结后的NTC热敏陶瓷条2排列于托架5上(如图6所示)。 

然后，采用上下两个喷抢同时将玻璃浆料对NTC热敏陶瓷条2进行喷涂(如图7所示)，在NTC热敏陶瓷条2表面可均匀喷涂上一层玻璃浆料，托架5可连续向前或旋转运动，可完成批量产品的玻璃浆料涂敷。此处玻璃浆料的组成按重量配比是：玻璃粉料30～ 60％；PVB树脂10～30％；增塑剂0.5～5％；分散剂0.1～3％，溶剂30～50％，此处PVB树脂是B-76PVB树脂；所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯DOP；所述分散剂为AK-3501分散剂；溶剂为醋酸正丙酯。 

接着，将涂敷上玻璃浆料的NTC热敏陶瓷条2连同托架5置于烘箱中80～150℃烘干1～3个小时。 

最后，取下NTC热敏陶瓷条2，置于承烧板上进炉烧结(800～900)℃/0.5小时，冷却出炉后便在陶瓷条的表面形成一层均匀致密的玻璃保护层3(如图8所示)，调节喷涂层的厚度将烧结后的玻璃保护层3控制在20～30微米的厚度。通过玻璃保护层3的保护，有效地避免了在潮气、盐雾、空气氧化、腐蚀性气体等恶劣环境中很容易造成半导体陶瓷和金属电极间的老化，预防电气性能的漂移。减小电气性能的漂移量达到，确保高精度测温应用场合中要求的R电阻值及B值0.3％的精度要求。 

四、电阻率测试：将烧结好的NTC热敏陶瓷条2的两端上端电极，测试计算其电阻率。(如图9所示) 

五、尺寸划切：由该批次产品的电阻率计算该批产品芯片切割的划切尺寸，将具有表面玻璃保护层3的NTC热敏陶瓷条2(即NTC热敏电阻条)，对应相应的尺寸划切成NTC热敏芯片4(如图10所示)。 

此时NTC热敏芯片4的阻值可根据电阻率调节芯片长度，通过精确计算和精密划切可使R25值控制在设计值的±0.3％内，从而较好的实现高精度调阻。 

六、上端电极 

采用印刷法，在NTC热敏芯片4的两端均匀涂上端电极浆料并采用电阻炉将银电极43和NTC热敏芯片4的NTC热敏瓷体介质41紧密烧渗(如图11所示)，NTC热敏芯片4的表面为玻璃封装层42(相当于NTC热敏陶瓷条2上的玻璃保护层3)。 

实施例二： 

本实施例是以0603～10KΩB(25/50)＝3435K片式NTC热敏电阻制作方法为例予以说明：其与实施例一基本相同，不同之处在于： 

(1)所述NTC热敏半导体陶瓷粉体制备方法是通过溶胶-凝胶的化学法制作而成，具体步骤是：溶胶的制备-凝胶化-凝胶的干燥-煅烧-NTC热敏半导体陶瓷粉体备用。 

(2)条状成型/烧结： 

NTC热敏陶瓷条(棒)等静压成型法： 

将制备好的NTC热敏陶瓷粉体至于橡胶模具中，松装，振实； 

置于等静压机中，采用300～400Mpa的压强压30分钟，释压，从模具中取出； 

高温烧结：将压好的生胚陶瓷锭采用高温烧结炉缓慢(1℃/min)升温至1200±50℃，保温5～50～小时，然后缓慢(1℃/min)降温至100℃，制得陶瓷锭6； 

切片：根据NTC热敏电阻器设计的需要，采用内圆切割机切割烧结后的压敏电阻陶瓷锭6至所需厚度为200～2000μm的NTC热敏陶瓷基片7(如图12所示)，再将该NTC热敏陶瓷基片7切成条状，即能制成方型NTC热敏陶瓷条8(如图13所示)。 

制得的方型NTC热敏陶瓷条8的玻璃封装、电阻率测试、尺寸划切及上端电极的步骤与实施例一中所述的圆棒状NTC热敏陶瓷条2的对应制作步骤基本相同，在此不一一赘述。 

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也包含这些改动和变型。 

Claims (9)

1.高精度温度传感器用NTC热敏芯片制作方法，其制作步骤：

(1)NTC热敏半导体陶瓷粉体制备；

(2)条状成型/烧结；

(3)玻璃封装；

(4)电阻率测试；

(5)尺寸划切；

(6)上端电极。

2.根据权利要求1所述的高精度温度传感器用NTC热敏芯片制作方法，其特征在于：上述步骤(1)中NTC热敏半导体陶瓷粉体制备方法是物理法或者化学法。

3.根据权利要求2所述的高精度温度传感器用NTC热敏芯片制作方法，其特征在于：所述NTC热敏半导体陶瓷粉体物理的制备方法是球磨法，配料-球磨-出料-烘干-粗过筛-预烧-研磨-烘干-精过筛-粉体备用。

4.根据权利要求2所述的高精度温度传感器用NTC热敏芯片制作方法，其特征在于：所述NTC热敏半导体陶瓷粉体化学的制备方法是溶胶-凝胶法：溶胶的制备-凝胶化-凝胶的干燥-煅烧-粉体备用。

5.根据权利要求1所述的高精度温度传感器用NTC热敏芯片制作方法，其特征在于：上述步骤(2)条状成型/烧结为等静压成型或挤压成型，然后进行高温烧结成NTC热敏半导体陶瓷条。

6.根据权利要求1所述的高精度温度传感器用NTC热敏芯片制作方法，其特征在于：上述步骤(3)中表面玻璃防护层涂覆包括：

a.玻璃浆料的配置；

b.将NTC热敏半导体陶瓷条排列于托架上；

c.在托架的上下通过上下两喷枪将玻璃浆料对陶瓷条进行喷涂，完成批量产品的玻璃浆料涂覆；

d.将涂敷上玻璃浆料的NTC热敏半导体陶瓷条/棒连同托架置于烘箱中80～150℃烘干1～3个小时；

e.取下陶瓷条，置于承烧板上进炉烧结(800～900)℃/0.5小时，冷却出炉后便在陶瓷条的表面形成一层均匀致密的玻璃保护层，调节喷涂层的厚度将烧结后的玻璃封装层控制在20～30微米的厚度。

7.根据权利要求6所述的高精度温度传感器用NTC热敏芯片制作方法，其特征在于：上述步骤a中玻璃浆料的组成按重量配比是：玻璃粉料30～60％；PVB树脂10～30％；增塑剂0.5～5％；分散剂0.1～3％，溶剂30～50％。

8.根据权利要求7所述的高精度温度传感器用NTC热敏芯片制作方法，其特征在于：所述PVB树脂是B-76PVB树脂；所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯DOP；所述分散剂为AK-3501分散剂；溶剂为醋酸正丙酯。

9.根据权利要求1所述的高精度温度传感器用NTC热敏芯片制作方法，其特征在于：所述步骤(6)上端电极是：NTC热敏芯片的两端均匀涂上端电极浆料并采用电阻炉将银电极和NTC热敏瓷体介质紧密烧渗。

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