CN102034580B - 表面贴装高精度大功率ntc热敏电阻及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电子元器件技术领域。具体公开表面贴装高精度大功率NTC热敏电阻及其制作方法。该表面贴装高精度大功率NTC热敏电阻，包括片式结构的NTC热敏陶瓷介质，所述NTC热敏陶瓷介质的上下两表面由内至外设有片式表面电极和薄的玻璃包封层，所述NTC热敏陶瓷介质的前后侧面也设有玻璃包封层，所述片式结构的NTC热敏陶瓷介质的两端面设有端电极。该NTC热敏电阻所承受的功率较大，精度高，阻值合格率高，散热性好，电流通流能力强，可靠性好。
Description
技术领域
本发明属于电子元器件技术领域。具体公开表面贴装高精度大功率NTC热敏电阻及其制作方法。
背景技术
功率型NTC热敏电阻由于具有冷态电阻大而随着温度的上升电阻逐步减小的特性。在电路中利用其这一特性起到抑制浪涌电流的作用，有效的保护二级电路免受大电流的破坏。
现有功率型NTC热敏电阻采用的是引线设计，如图1所示，该种结构设计是将圆片式NTC芯片10焊接上引线20后采用绝缘包封层30将圆片NTC芯片10包封在其中。该种圆片型功率型NTC热敏电阻有三个较大的不足之处：
(1)由于引线结构造成生产安装效率低、且可靠性不高；
(2)由于圆片式NTC芯片10置于较厚的绝缘包封层30的内部，绝缘包封层30一般是环氧树脂或酚醛树脂，其导热性差，散热效果不佳。而功率型NTC热敏电阻在工作中，浪涌电流冲击下其瞬间耗散的功率非常大，这就产生了大量的热量需要在尽量短的时间内发散出去，然而由于绝缘包封层30不可能太薄，这便造成了现有的引线型功率NTC热敏电阻承受电流的能力大大降低；
(3)精度低。由于圆片个体受材料分散性、致密度及烧结气氛的均匀性、等因素的影响，其电阻值R±5％的合格率一般只有50％，从而使得NTC热敏电阻的精度低。
功率型NTC热敏电阻长期以来未能片式化的难点在于其承受的功率大、电流通流量大，采用MLCC方式的内置式介质层设计无法解决介质的散热问题。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种表面贴装高精度大功率NTC热敏电阻及其制作方法，该NTC热敏电阻所承受的功率较大，精度高，阻值合格率高，散热性好，电流通流能力强，可靠性好。
为了达到上述技术目的，本发明的技术方案是：
本发明中，所述表面贴装高精度大功率NTC热敏电阻，其包括片式结构的NTC热敏陶瓷介质，所述NTC热敏陶瓷介质的上下两表面由内至外设有片式表面电极和薄的玻璃包封层，所述NTC热敏陶瓷介质的前后侧面也设有玻璃包封层，所述片式结构的NTC热敏陶瓷介质的两端面设有端电极。
在本发明中，所述表面贴装高精度大功率NTC热敏电阻的制作方法，其具体步骤是：
(1)基片制备：进行NTC热敏陶瓷基片制作；
(2)印刷/烧渗表面电极：在NTC热敏陶瓷基片的表面印刷电极并将电极烧渗至表面；
(3)NTC热敏陶瓷基片的表面玻璃封装：在印刷/烧渗电极后的NTC热敏陶瓷基片上下表面涂覆玻璃，并进行玻璃烧结；
(4)宽长条划切：对NTC热敏陶瓷介质进行宽长条划切，形成上下有错位电极的NTC热敏电阻条；
(5)电阻率测试：对划切后的涂覆有玻璃的NTC热敏电阻条进行电阻类别测试，计算所需电阻值的芯片所需的划片尺寸大小；
(6)划片：按照电阻率测试所计算的尺寸精确将宽长条的NTC热敏陶瓷基片划切成片状，以获得单个具有上下交错电极的NTC热敏电阻片；
(7)NTC热敏电阻片的侧面玻璃涂覆：对划片后的NTC热敏电阻片未涂覆玻璃包封层的侧面涂覆玻璃浆料形成玻璃包封层，并将NTC热敏电阻片的侧面玻璃涂覆层进行玻璃烧结；
(8)上端电极：采用封装设备在NTC热敏电阻片的两端涂覆上端电极浆料并进行烧渗；
(9)测试：对批量生产的产品进行逐个测试，将不符合要求的产品分选淘汰。
作为上述技术的进一步改进，上述步骤(1)NTC热敏陶瓷基片制作方法为方锭等静压成型法：其制作步骤是：
A.将制备好的NTC热敏陶瓷粉料至于橡胶模具中，松装，振实；
B.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；
C.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的NTC热敏陶瓷基片。
当然，上述步骤(1)NTC热敏陶瓷基片制作方法还可以为流延烧结法：具体是将制备好的NTC热敏陶瓷粉料按瓷粉∶PVB黏合剂∶有机溶剂＝100∶40∶60的重量配比配置，并将混合后的混合物置于球磨罐中球磨20小时，将浆料采用干法流延制成50μm的膜片，在叠压成500～5000μm所需厚度的生胚基片，通过排胶-烧结制成NTC热敏陶瓷基片，所述PVB黏合剂为B-76PVB黏合剂，所述有机溶剂是丁酮。
作为上述技术的更进一步改进，上述步骤(3)中NTC热敏陶瓷基片上下表面涂覆玻璃的过程具体是：在NTC热敏陶瓷基片上下表面采用喷涂法或印刷法涂覆上一层10～50μm的玻璃，然后玻璃烧结，获得在上下两面涂敷上一层厚度为10～30微米的致密玻璃包封层的功能NTC热敏陶瓷基片。
作为上述技术的更进一步改进，上述步骤(4)宽长条划切过程具体是：采用外圆切割机将基片切成条状，长条的宽度等于所需制备的片式元件的长度，这时NTC热敏电阻条上下两表面玻璃包封层覆盖。
作为上述技术的更进一步改进，上述步骤(6)的划片过程是：在测试宽长条的电气性能后将宽长条划切成所需电气性能的片式元件方片，在将方片的两端对齐连接排列于胶粘纸上，根据胶粘纸的尺寸多排排列。
作为上述技术的更进一步改进，上述步骤(7)中NTC热敏电阻片的侧面玻璃涂覆及玻璃烧结的具体步骤是：首先，将排列好整板片式元件的载板由一侧面向另一侧面方向运动，将玻璃粉料、胶粘剂和溶剂材料配制后球磨好的玻璃浆料从喷枪均匀雾化喷出，控制喷枪的压力、浆料的黏度和载板的运动速度得到所需厚度玻璃涂敷层；喷涂完其中一侧面后，将载板反转180度，载板由该侧面向另一侧面方向运动，同样控制喷枪的压力、浆料的黏度和载板的运动速度可以在该侧面获得所需厚度玻璃涂敷层；将NTC热敏电阻片两个侧面都完成玻璃涂敷后的整板片式元件在烘箱中再采取适当的温度和时间烘烤干燥，最后将其全部取下；将涂敷好玻璃浆料的片式元件采用网带式烧结炉或箱式炉烧结玻璃，使侧面玻璃层形成致密的玻璃保护层，玻璃包封层的厚度控制在10～30微米厚。
作为上述技术的更进一步改进，上述步骤(8)中上端电极的具体步骤是：将多层压敏电阻器芯片采用浸渍的方法，在芯片的两端均匀涂上端电极浆料并采用电极金属还原工艺将端电极浆料烧结，再在端电极表面采用化学电镀的方法电镀上一层Ni及一层Sn。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明所述的片式表面贴装高精度大功率NTC热敏电阻(以10Ω芯片尺寸12×12mm为例)与现有引线型功率型NTC热敏电阻(以10Ω圆片直径13mm为例)对比：
表一：
从上表可知：
(1)在通流能力(最大稳态电流)上对比：本发明所述的片式表面贴装大功率NTC热敏电阻与引线型功率型NTC热敏电阻相当；
(2)本发明所述的表面贴装大功率NTC热敏电阻在阻值精度上合格率大大高于引线型功率型NTC热敏电阻；
(3)本发明中，由于玻璃保护层比常规的环氧树脂包封层薄很多片式表面贴装大功率热敏电阻的热时间常数只有引线型功率型NTC热敏电阻的一半左右。
附图说明
图1是现有技术中引线设计的圆片型NTC热敏电阻结构示意图；
图2本发明所述表面贴装大功率NTC热敏电阻结构示意图；
图3是本发明所述的表面贴装大功率NTC热敏电阻制作流程示意图。
图4是本发明中基片制备流程图；
图5是本发明中印刷-烧渗表面电极结构示意图；
图6是上下表面玻璃涂覆结构示意图；
图7是宽长条划切结构示意图；
图8是本发明中电阻率测试结构示意图；
图9是本发明中划片结构示意图；
图10是本发明中将划片的NTC热敏电阻片排粒结构示意图；
图11a、图11b、图11c是本发明中将排粒后的NTC热名陶瓷电阻片进行两侧面玻璃喷涂及玻璃烧结结构示意图；
图12是本发明中上端电极结构示意图。
具体实施方式
如图2所示，本发明所述的表面贴装大功率NTC热敏电阻，包括片式结构的NTC热敏陶瓷介质1，所述NTC热敏陶瓷介质1的上下两表面由内至外设有片式表面电极2和薄的玻璃包封层3，所述NTC热敏陶瓷介质1的前后侧面也设有玻璃包封层3，所述片式结构的NTC热敏陶瓷介质1的两端面设有端电极4。
如图3所示，本发明所述的表面贴装高精度大功率NTC热敏电阻的制作方法，其具体步骤是：(1)基片制备：进行NTC热敏陶瓷基片制作；
(2)印刷/烧渗表面电极：在NTC热敏陶瓷基片的表面印刷电极并将电极烧渗至表面；
(3)NTC热敏陶瓷基片的表面玻璃封装：在印刷/烧渗电极后的NTC热敏陶瓷基片上下表面涂覆玻璃，并进行玻璃烧结；
(4)宽长条划切：对NTC热敏陶瓷介质进行宽长条划切，形成上下有错位电极的NTC热敏电阻条；
(5)电阻率测试：对划切后的涂覆有玻璃的NTC热敏电阻条进行电阻类别测试，计算所需电阻值的芯片所需的划片尺寸大小；
(6)划片：按照电阻率测试所计算的尺寸精确将宽长条的NTC热敏陶瓷基片划切成片状，以获得单个具有上下交错电极的NTC热敏电阻片；
(7)NTC热敏电阻片的侧面玻璃涂覆：对划片后的NTC热敏电阻片未涂覆玻璃包封层的侧面涂覆玻璃浆料形成玻璃包封层，并将NTC热敏电阻片的侧面玻璃涂覆层进行玻璃烧结；
(8)上端电极：采用封装设备在NTC热敏电阻片的两端涂覆上端电极浆料并进行烧渗；
(9)测试：对批量生产的产品进行逐个测试，将不符合要求的产品分选淘汰。
以下是以10Ω最大稳态电流＝4A的表面贴装大功率NTC热敏电阻制作为例予以说明：
在本发明中，上述步骤(1)中NTC热敏陶瓷基片制备方法有如下两种方法：
第一，方锭等静压成型法制取基片(如图4所示)：
首先，将制备好的100Ω.cm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。
接着，采取烧结曲线：RT～10h～1200℃/保温3～10h-自然降温将锭子烧结。
然后，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热敏敏电阻陶瓷锭切成厚度为1mm的NTC热敏陶瓷基片5(长、宽为30mm)。
第二，流延成型法制取基片：
将制备好的100Ω.cm的NTC热敏陶瓷粉料按以下重量配方：
瓷粉∶PVB黏合剂∶有机溶剂＝100∶40∶60，其中：PVB黏合剂为B-76PVB黏合剂，所述有机溶剂是丁酮。
配置流延浆料置于球磨罐，中球磨20小时，将浆料采用干法流延制成50μm的膜片，再将12张膜片叠压成1200μm所需厚度的生胚基片，通过排胶-烧结制成厚度为1mm的NTC热敏陶瓷基片(长、宽为30mm)。
上述步骤(2)所述印刷/烧渗表面电极是：如图5所示，在基片的上下两面通过丝网印刷获得交叠错位的表面电极，在烧银炉中烧渗银电极。
上述步骤(3)所述NTC热敏陶瓷基片的表面玻璃封装步骤是：如图6所示，在印刷/烧渗电极后的NTC热敏陶瓷基片上下表面涂覆一层10～50μm玻璃浆料；然后玻璃烧结，获得在上下表面涂覆一层厚度为10～30μm的致密玻璃层的功能陶瓷基片5。
上述步骤(4)所述宽长条划切：如图7所示，对NTC热敏陶瓷基片进行宽长条划切，形成上下有错位电极的NTC热敏电阻条6，具体是采用外圆切割机将基片切成条状，宽长条的宽度等于所需制备的片式元件的长度(宽长条的宽度为12mm)，这时条状的表面及底面都有玻璃包封层3覆盖。
上述步骤(5)所述电阻率测试：如图所示，对宽长条进行电阻率测试，长＝30mm、宽＝30mm、厚＝1mm的宽长条所测的电阻为0.4167Ω，计算得知如需要电阻值为10Ω的芯片，所需芯片的划片尺寸为12.500mm。
上述步骤(6)所述的精确阻值控制-划片：如图9所示，按12.5mm的尺寸精确将宽长条划切成片状，这样便获得了单个的具有上下交错电极的NTC热敏电阻片7，此时该NTC热敏电阻片7的电阻值正是所设计的10Ω。
如图10所示，在将方片状的NTC热敏电阻片7的两端对齐连接排列于胶粘纸8上，根据胶粘纸8的尺寸多排排列。
如图11a所示，NTC热敏电阻片的侧面玻璃涂覆：首先，将排列好整板片式元件的载板9由A向B方向，由玻璃粉料、胶粘剂和溶剂等材料配制后球磨好的玻璃浆料从喷枪11均匀雾化喷出，控制喷枪11的压力、浆料的黏度和载板9的运动速度可以得到所需厚度玻璃涂敷层。
如图11b所示，喷涂完B侧面后，将载板5反转180度，载板由B向A方向运动，同样控制喷枪11的压力、浆料的黏度和载板9的运动速度可以在A侧面获得所需厚度玻璃涂敷层。
再将A、B两个侧面都完成玻璃涂敷后的整板片式元件在烘箱采取适当的温度和时间烘烤干燥，然后全部取下。
如图11c所示，烧玻璃：将涂敷好玻璃浆料的NTC热敏电阻片7采用网带式烧结炉或箱式炉烧结玻璃，使侧面玻璃层形成致密的玻璃包封层3，玻璃包封层3的厚度控制在10～30微米厚。这样在NTC热敏电阻片除两个端面外的四个侧面全部形成了一层致密的玻璃包封层3。
如图12所示，将多层压敏电阻器芯片采用浸渍的方法，在芯片的两端均匀涂上端电极浆料并采用电极金属还原工艺将端电极浆料并烧结；再在端电极表面采用化学电镀的方法电镀上一层Ni及一层Sn，使其具有良好的焊接性能，完全适应表面贴装工艺的焊接需求。
最后对成品NTC热敏电阻测试分选：通过测试分选可以将不在阻值精度范围内的产品筛选出。由于采取的是划条-测试电阻率后在精确计算所需电阻值的芯片尺寸的方法(宽长条工艺)，阻值R±5％的合格率可达到100％。
本发明由于采取表面电极式片式化设计确保NTC瓷体介质厚度可以足够厚同时有效电极面积可以足够大从而确保所能承受的功率满足要求。其次片式功率型NTC热敏电阻的表面采取一层10～30微米后的致密玻璃包封层封装，在确保绝缘强度和耐潮湿性能的前提下非常有利于内部耗散热量的散发，这便可以大大提高元件的电流通流能力，同时大大提高元件的可靠性。
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 (8)
1.一种表面贴装高精度大功率NTC热敏电阻的制作方法，其具体步骤是：
(1)基片制备：进行NTC热敏陶瓷基片制作；
(2)印刷/烧渗表面电极：在NTC热敏陶瓷基片的表面印刷电极并将电极烧渗至表面；
(3)NTC热敏陶瓷基片的表面玻璃封装：在印刷/烧渗电极后的NTC热敏陶瓷基片上下表面涂覆玻璃，并进行玻璃烧结；
(4)宽长条划切：对NTC热敏陶瓷介质进行宽长条划切，形成上下有错位电极的NTC热敏电阻条；
(5)电阻率测试：对划切后的涂覆有玻璃的NTC热敏电阻条进行电阻类别测试，计算所需电阻值的芯片所需的划片尺寸大小；
(6)划片：按照电阻率测试所计算的尺寸精确将宽长条的NTC热敏陶瓷基片划切成片状，以获得单个具有上下交错电极的NTC热敏电阻片；
(7)NTC热敏电阻片的侧面玻璃涂覆：对划片后的NTC热敏电阻片未涂覆玻璃包封层的侧面涂覆玻璃浆料形成玻璃包封层，并将NTC热敏电阻片的侧面玻璃涂覆层进行玻璃烧结；
(8)上端电极：采用封装设备在NTC热敏电阻片的两端涂覆上端电极浆料并进行烧渗；
(9)测试：对批量生产的产品进行逐个测试，将不符合要求的产品分选淘汰。
2.根据权利要求1所述的表面贴装高精度大功率NTC热敏电阻的制作方法，其特征在于：上述步骤(1)NTC热敏陶瓷基片制作方法为方锭等静压成型法：其制作步骤是：
A.将制备好的NTC热敏陶瓷粉料至于橡胶模具中，松装，振实；
B.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；
C.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的NTC热敏陶瓷基片。
3.根据权利要求1所述的表面贴装高精度大功率NTC热敏电阻的制作方法，其特征在于：上述步骤(1)NTC热敏陶瓷基片制作方法为流延烧结法：将制备好的NTC热敏陶瓷粉料按瓷粉∶PVB黏合剂∶有机溶剂＝100∶40∶60的重量配比配置，并将混合后的混合物置于球磨罐中球磨20小时，将浆料采用干法流延制成50μm的膜片，在叠压成500～5000μm所需厚度的生胚基片，通过排胶-烧结制成NTC热敏陶瓷基片，所述PVB黏合剂为B-76PVB黏合剂，所述有机溶剂是丁酮。
4.根据权利要求1所述的表面贴装高精度大功率NTC热敏电阻的制作方法，其特征在于：上述步骤(3)中NTC热敏陶瓷基片上下表面涂覆玻璃的过程具体是：在NTC热敏陶瓷基片上下表面采用喷涂法或印刷法涂覆上一层10～50μm的玻璃，然后玻璃烧结，获得在上下两面涂敷上一层厚度为10～30微米的致密玻璃包封层的功能NTC热敏陶瓷基片。
5.根据权利要求1所述的表面贴装高精度大功率NTC热敏电阻的制作方法，其特征在于：
上述步骤(4)宽长条划切过程具体是：采用外圆切割机将基片切成条状，长条的宽度等于所需制备的片式元件的长度，这时NTC热敏电阻条上下两表面玻璃包封层覆盖。
6.根据权利要求1所述的表面贴装高精度大功率NTC热敏电阻的制作方法，其特征在于：上述步骤(6)的划片过程是：在测试宽长条的电气性能后将宽长条划切成所需电气性能的片式元件方片，在将方片的两端对齐连接排列于胶粘纸上，根据胶粘纸的尺寸多排排列。
7.根据权利要求1所述的表面贴装高精度大功率NTC热敏电阻的制作方法，其特征在于：上述步骤(7)中NTC热敏电阻片的侧面玻璃涂覆及玻璃烧结的具体步骤是：
首先，将排列好整板片式元件的载板由一侧面向另一侧面方向运动，将玻璃粉料、胶粘剂和溶剂材料配制后球磨好的玻璃浆料从喷枪均匀雾化喷出，控制喷枪的压力、浆料的黏度和载板的运动速度得到所需厚度玻璃涂敷层；
喷涂完其中一侧面后，将载板反转180度，载板由该侧面向另一侧面方向运动，同样控制喷枪的压力、浆料的黏度和载板的运动速度可以在该侧面获得所需厚度玻璃涂敷层；
将NTC热敏电阻片两个侧面都完成玻璃涂敷后的整板片式元件在烘箱中再采取适当的温度和时间烘烤干燥，最后将其全部取下；
将涂敷好玻璃浆料的片式元件采用网带式烧结炉或箱式炉烧结玻璃，使侧面玻璃层形成致密的玻璃保护层，玻璃包封层的厚度控制在10～30微米厚。
8.根据权利要求1所述的表面贴装高精度大功率NTC热敏电阻的制作方法，其特征在于：上述步骤(8)中上端电极的具体步骤是：将多层压敏电阻器芯片采用浸渍的方法，在芯片的两端均匀涂上端电极浆料并采用电极金属还原工艺将端电极浆料烧结，再在端电极表面采用化学电镀的方法电镀上一层Ni及一层Sn。
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