CN104093224A - 基于大功率厚膜电阻电路的加热板及其并联丝网印刷方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于大功率厚膜电阻电路的加热板和一种基于大功率厚膜电阻电路的加热板的并联丝网印刷方法，加热板包括基板、厚膜电阻电路及绝缘层，厚膜电阻电路包括正极电阻条、负极电阻条和若干阻值相同的支路电阻条，若干支路电阻条分别并联在正极电阻条与负极电阻条之间，两相邻的支路电阻条之间设有间距；所述并联丝网印刷方法是根据厚膜电阻电路并联印刷方式计算得到相应的方阻进行并联丝网印刷；本发明利用并联电路支路断路不影响总回路的设计理念，避免了厚膜电阻电路在印制过程因不可避免的工艺难度而造成厚膜电阻电路某些部位的击穿而需返修的问题，具有使用寿命长和返修率低的优点。

Description

基于大功率厚膜电阻电路的加热板及其并联丝网印刷方法

技术领域

本发明涉及大功率加热板电阻电路设计技术领域，尤其涉及一种基于大功率厚膜电阻电路的加热板和一种基于大功率厚膜电阻电路的加热板的并联丝网印刷方法。

背景技术

厚膜加热器因其加热速度快、功率大等优点已广泛应用于人们的生产生活中，厚膜加热器大体上包括基板、厚膜电阻电路及绝缘层，厚膜电阻电路一般是根据加热器的加热功率采用丝网印刷方式将电阻浆料印刷在基板上，一般加热器的单位面积功率会控制在20-30w/cm²内以保证加热器工作的稳定性。

现有的厚膜加热器一般采用串联方式设计厚膜电阻电路，采用串联印刷方式意味着一旦加热器上厚膜电阻电路的任意部位出现击穿，都将导致整个加热器报废。而在现实使用中，也证明了这点，现有厚膜加热器的返修率特别高，原因主要有以下几点：其一，在基板上印刷的电阻电路时需要进行多次高温烧结，高温烧结易导致基板变形弯曲，在变形的基板上印刷电阻电路时，容易造成电阻电路的薄厚不均，若电阻电路的某个部位印刷太簿易造成电阻太大，温度太高而容易烧坏击穿；其二，在印刷和烧结过程中电阻浆料中杂质参入和掉入，产生次点，出现次点的电阻电路在使用中会因电阻变大而击穿；其三，在运输、搬运及焊接加工过程中对印刷的电阻电路造成的碰、刮及摔伤，碰、刮及摔伤后造成某点电阻太大或电阻丝祼露氧化引起某个点击穿。上述原因都会造成厚膜加热器在使用一段时间后莫名的击穿，击穿后的串联电阻电路形成断路，整个加热器就报废，而且，上述几点在加热器制作过程中难以避免，稍不注意就会造成加热器产生次品，次品率很难把控。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有厚膜加热器采用串联方式印刷电阻电路存在易击穿的问题，提供了一种存在少量击穿情形下依旧能保持正常工作的一种基于大功率厚膜电阻电路的加热板和一种基于大功率厚膜电阻电路的加热板的并联丝网印刷方法。

为解决上述问题，本发明的一种技术方案是：

一种基于大功率厚膜电阻电路的加热板，包括基板、印制在基板上的厚膜电阻电路及涂覆在厚膜电阻电路上的绝缘层，所述厚膜电阻电路包括正极电阻条、负极电阻条和若干阻值相同的支路电阻条，若干支路电阻条分别并联在正极电阻条与负极电阻条之间，两相邻的支路电阻条之间设有间距。

相比较于现有技术，本发明的基于大功率厚膜电阻电路的加热板采用并联方式设计厚膜电阻电路，利用并联电路支路断路不影响总回路的设计理念，避免了厚膜电阻电路在印制过程因不可避免的工艺难度而造成厚膜电阻电路某些部位的击穿而需返修的问题，本发明在正常工作范围内能承受厚膜电阻电路在合理范围内的击穿数量，具有使用寿命长和返修率低的优点，也降低了厚膜电阻电路在制作时的工艺难度。另一方面，也提高了厚膜加热器在相同面积基板下的单位面积功率，真正实现大功率的厚膜加热器，采用并联方式印刷可以更加密集、均匀的分布厚膜电阻电路，使加热时受热更均匀。

优选地，所述加热板的单位面积功率为15-60w/cm²。

优选地，所述加热板的单位面积功率为20-35w/cm²。

优选地，所述每个支路电阻条均呈尺寸相同的长方体状。采用长度、宽度和厚度都相同的支路电阻条在印制时，提供了一定的便利，即支路电阻条的电阻浆料的方阻相同，当然，电阻条的尺寸设计可以存在差异，只要保证每个支路电阻条的阻值相同即可，以适应不同形状的基板。

优选地，所述支路电阻条为设有拐点的支路电阻条，拐点的两边分别为左侧支路电阻条和右侧支路电阻条，左侧支路电阻条与右侧支路电阻条形成一角度，所述拐点为低电阻导通点，左侧支路电阻条通过低电阻导通点与右侧支路电阻条相连，低电阻导通点的方阻为3-5毫欧。支路电阻条上的拐点即支路电阻条不是一条笔直的线段，即存在转弯的情形，一般基板上会需要支路电阻条转弯，使用低电阻导通点进行连接，是为了避免支路电阻条在转弯时电阻过大而造成转弯处击穿。

优选地，所述每个支路电阻条由多个串联电阻条串联而成，多个串联电阻条之间等间距平行排列，两相连的串联电阻条通过低电阻导电条连接，低电阻导电条的方阻为3-5毫欧。在多个并联的支路电阻条上复合串联电阻条，使串并联相结合，以满足灵活多变的厚膜电阻电路的设计要求。

优选地，串联电阻条为3个，分别为第一串联电阻条、第二串联电阻条和第三串联电阻条，第一串联电阻条、第二串联电阻条和第三串联电阻条平行等距排列，第一串联电阻条的一端与正极电阻条相连，第一串联电阻条的另一端通过低电阻导电条与第二串联电阻条相连，第二串联电阻条的另一端通过低电阻导电条与第三串联电阻条相连，第三串联电阻条的另一端与负极电阻条相连。

本发明的另一种技术方案是：

一种如上所述加热板的并联丝网印刷方法，所述并联丝网印刷方法包括如下步骤：

A1：根据厚膜电阻电路所需的功率P，由P＝U²/R计算出厚膜电阻电路的总电阻R；

A2：根据功率P及加热板单位面积功率需在15-60w/cm²范围的要求，设计出厚膜电阻电路中阻值相同的支路电阻条的数量n，并预设支路电阻条的长度L和宽度W；

A3：设每个支路电阻条的阻值为R_i(i＝1、2…n)，则支路电阻条的阻值R_i＝n×R，根据方阻计算式，得到支路电阻条的方阻将R_i＝n×R带入得到支路电阻条的方阻

A4：根据步骤A3的方阻R_a配置相应数值的电阻浆料；

A5：将步骤A4配置好的电阻浆料通过丝网印刷方式印刷在加热板上，形成厚膜电阻电路，所述厚膜电阻电路包括正极电阻条、负极电阻条和n个阻值相同的支路电阻条，n个支路电阻条分别并联在正极电阻条与负极电阻条之间。

相比较于现有技术，本发明的基于大功率厚膜电阻电路的加热板的并联丝网印刷方法，利用并联电路支路断路不影响总回路的设计理念，避免了厚膜电阻电路在印制过程因不可避免的工艺难度而造成厚膜电阻电路某些部位的击穿而需返修的问题，本发明在正常工作范围内能承受厚膜电阻电路在合理范围内的击穿数量，具有使用寿命长和返修率低的优点，也降低了厚膜电阻电路在制作时的工艺难度。另一方面，也提高了厚膜加热器在相同面积基板下的单位面积功率，真正实现大功率的厚膜加热器，采用并联方式印刷可以更加密集、均匀的分布厚膜电阻电路，使加热时受热更均匀。

附图说明

图1是本发明基于大功率厚膜电阻电路的加热板的结构示意图。

图2是本发明基于大功率厚膜电阻电路的加热板一种实施方案的结构示意图。

图3是本发明基于大功率厚膜电阻电路的加热板另一种实施方案的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步详细说明本发明，但本发明的保护范围并不限于此。

参照图1，本发明的基于大功率厚膜电阻电路的加热板包括基板、厚膜电阻电路和绝缘层，厚膜电阻电路采用并联丝网印刷的方式印制在基板上，即厚膜电阻电路是并联电路，绝缘层涂覆在厚膜电阻电路外，具有绝缘作用。厚膜电阻电路包括正极电阻条1、负极电阻条2和若干阻值相同的支路电阻条3，正极电阻条1和负极电阻条2为总回路的正、负极，若干支路电阻条3分别并联在正极电阻条1与负极电阻条2之间，在基板上形成厚膜电阻电路的并联分布网。两相邻的支路电阻条3之间设有间距，相当于现有串联电阻电路中各个线路之间需要设置的间距，但是，由于采用并联的方式，所有功率由多个支路电阻条3分担，因此，多个支路电阻条3之间的间距可以设置的更小，采用并联方式印刷可以更加密集、均匀的分布厚膜电阻电路。

在设计时，每个支路电阻条3均采用尺寸相同的长方体状，采用长度、宽度和厚度都相同的支路电阻条在印制时，提供了一定的便利，即支路电阻条3的电阻浆料的方阻相同，当然，支路电阻条3的尺寸设计可以存在差异，只要保证每个支路电阻条3的阻值相同即可，以适应不同形状的基板，如长方形的、圆形的基板。所述加热板的单位面积功率可以选择在15-60w/cm²的大功率范围内，优选单位面积功率为20-35w/cm²范围内去设计并联电路，如在单位面积功率为23w/cm²、25w/cm²、27w/cm²、30w/cm²、32w/cm²和34w/cm²下，加热板的稳定性能更佳。本发明在基板总面积不变的前提下，提高了单位面积的功率，真正实现了大功率的厚膜加热器。

本发明的加热板在印制完成后，厚膜电阻电路的某个点击穿后不会击穿涂覆在厚膜电阻电路上的绝缘层，如玻璃釉等绝缘层，个别次点的击穿不会造成整块基板的短路漏电，因此，本发明在正常工作范围内能承受厚膜电阻电路在合理范围内的击穿数量。采用并联方式设计厚膜电阻电路，利用并联电路支路断路不影响总回路的设计理念，避免了厚膜电阻电路在印制过程因不可避免的工艺难度而造成厚膜电阻电路某些部位的击穿而需返修的问题，具有使用寿命长和返修率低的优点，也降低了厚膜电阻电路在制作时的工艺难度。

按照国际标准如加热器功率方面的标准是在额定功率的上浮动5％和下浮动10％属于合理范围，不影响正常使用的话，那么串联厚膜电阻电路一旦击穿即短路，而本发明则不受影响。举例来讲，若发明的一块2500W的加热板根据需要设计成50个支路电阻条进行加热，根据并联电路特性，在支路电阻条的任何一个位置因击而穿烧毁造成支路电阻条断路的，都不会对其余的支路电阻条造成损坏，未损坏的支路电阻条继续正常工作，只是减少了相对于厚膜电阻电路总功率的1/50，即减少了25W，功率下浮动1％，这是一个支路电阻条烧坏的情形。若多个支路电阻条击穿，如有10处击穿，即减少了250W，功率下浮动10％，加热板仍可以正常工作，这就大大提高了加热板的使用寿命。

厚膜电阻电路的并联设计可以采用常规电路的设计方法，下面，列举本发明的几种实施方式。

参照图2，本实施方式的厚膜电阻电路包括正极电阻条1、负极电阻条2和若干阻值相同的支路电阻条3，若干支路电阻条3分别并联在正极电阻条1与负极电阻条2之间，图2中的加热板是因基板的形状，需要支路电阻3条转弯，使用低电阻导通点进行连接，是为了避免支路电阻条3在转弯时电阻过大而造成转弯处击穿。所以个别支路电阻条3为设有拐点4的支路电阻条，拐点4为低电阻导通点，低电阻导通点的方阻为3-5毫欧，即需要转弯的支路电阻3在转弯处采用低电阻导通点连接，拐点4的两边分别为左侧支路电阻条5和右侧支路电阻条6，左侧支路电阻条5与右侧支路电阻条6形成一角度，即支路电阻条3不是一条笔直的线段，即存在转弯的情形，左侧支路电阻条5通过低电阻导通点4与右侧支路电阻条6相连。

参照图3，本实施方式的厚膜电阻电路包括正极电阻条1、负极电阻条2和若干阻值相同的支路电阻条，若干支路电阻条分别并联在正极电阻条1与负极电阻条2之间，每个支路电阻条由多个串联电阻条7串联而成，多个串联电阻条之间等间距平行排列，两相连的串联电阻条通过低电阻导电条8连接。在多个并联的支路电阻条上复合串联电阻条，使串并联相结合，以满足灵活多变的厚膜电阻电路的设计要求。串联电阻条7的数量可以根据需要设定，本实施例以串联电阻条7为三个为例进行说明，分别为第一串联电阻条7.1、第二串联电阻条7.2和第三串联电阻条7.3，第一串联电阻条7.1、第二串联电阻条7.2和第三串联电阻条7.3平行等距排列，第一串联电阻条7.1的一端与正极电阻条1相连，第一串联电阻条7.1的另一端通过低电阻导电条8与第二串联电阻条7.2相连，第二串联电阻条7.2的另一端通过低电阻导电条与第三串联电阻条7.3相连，第三串联电阻条7.3的另一端与负极电阻条2相连。第一串联电阻条7.1、第二串联电阻条7.2和第三串联电阻条7.3的尺寸可以存在差异，可以按照需求设定，其中，低电阻导电条的方阻为3-5毫欧。

本发明的另一种技术方案是：

一种如上所述加热板的并联丝网印刷方法，所述并联丝网印刷方法包括如下步骤：

A1：根据厚膜电阻电路所需的功率P，由功率公式P＝U²/R计算出厚膜电阻电路的总电阻R；

A2：根据功率P及加热板单位面积功率需在15-60w/cm²范围的要求，设计出厚膜电阻电路中阻值相同的支路电阻条的数量n，并预设支路电阻条的长度L和宽度W；上述支路电阻条的数量n及支路电阻条的长度L和宽度W均根据需要设定，可以采用本领域常规的电路设计要求进行设计；

A3：设每个支路电阻条的阻值为R_i(i＝1、2…n)，则支路电阻条的阻值R_i＝n×R，根据方阻计算式，得到支路电阻条的方阻将R_i＝n×R带入得到支路电阻条的方阻

A4：根据步骤A3的方阻R_a配置相应数值的电阻浆料；

A5：将步骤A4配置好的电阻浆料通过丝网印刷方式印刷在加热板上，形成厚膜电阻电路，所述厚膜电阻电路包括正极电阻条、负极电阻条和n个阻值相同的支路电阻条，n个支路电阻条分别并联在正极电阻条与负极电阻条之间。

若一块长为20cm，宽为5cm的长方形基板，支路电阻条不存在拐点，总功率要求为2300W的加热板，在采用并联方式设计时，具体为：

A1：根据厚膜电阻电路所需的功率P＝2300w，由功率公式P＝U²/R＝220v×220v/R＝2300w计算出厚膜电阻电路的总电阻R₀＝21欧姆；考虑电阻温度系数的影响，根据电阻温度系数公式其中TCR为电阻温度系数，一般取值为1500ppm，T₀为加热板的工作温度，本发明的加热板工作时的温度为180-210度，计算时，取值为206度，T为常温的温度值，这里取25度，计算得到R为16.5欧姆。

A2：根据功率P及加热板单位面积功率需在23w/cm²范围的要求，设计出厚膜电阻电路中阻值相同的支路电阻条的数量n＝25，并预设支路电阻条的长度L和宽度W；上述支路电阻条的数量n及支路电阻条的长度L和宽度W均根据需要设定，可以采用本领域常规的电路设计要求进行设计；

A3：设每个支路电阻条的阻值为R_i(i＝1、2…n)，则支路电阻条的阻值R_i＝n×R＝25×16.5＝412.5欧姆，根据方阻计算式，得到支路电阻条的方阻将R_i＝n×R带入得到支路电阻条的方阻 $R_a=\frac{n\×R\×W}{L}=\frac{25\×16.5\×W}{L}=412.5\frac{W}{L};$ 若设支路电阻条的长度L＝180mm和宽度W＝1mm，则 $R_a=412.5\frac{W}{L}=412.5\×\frac{1}{180}=2.29$ 欧姆。

A4：根据步骤A3的方阻R_a＝2.29欧姆配置相应数值的电阻浆料；

A5：将步骤A4配置好的电阻浆料通过丝网印刷方式印刷在加热板上，形成厚膜电阻电路，所述厚膜电阻电路包括正极电阻条、负极电阻条和25个阻值相同的支路电阻条，25个支路电阻条分别并联在正极电阻条与负极电阻条之间。

本发明利用并联电路支路断路不影响总回路的设计理念，避免了厚膜电阻电路在印制过程因不可避免的工艺难度而造成厚膜电阻电路某些部位的击穿而需返修的问题，本发明在正常工作范围内能承受厚膜电阻电路在合理范围内的击穿数量，具有使用寿命长和返修率低的优点，也降低了厚膜电阻电路在制作时的工艺难度。另一方面，也提高了厚膜加热器的单位面积功率，真正实现大功率的厚膜加热器，采用并联方式印刷可以更加密集、均匀的分布厚膜电阻电路，使加热时受热更均匀。

上述说明中，凡未加特别说明的，均采用现有技术中的技术手段。

Claims (8)

1.一种基于大功率厚膜电阻电路的加热板，包括基板、印制在基板上的厚膜电阻电路及涂覆在厚膜电阻电路上的绝缘层，其特征在于，所述厚膜电阻电路包括正极电阻条、负极电阻条和若干阻值相同的支路电阻条，若干支路电阻条分别并联在正极电阻条与负极电阻条之间，两相邻的支路电阻条之间设有间距。

2.根据权利要求1所述的基于大功率厚膜电阻电路的加热板，其特征在于，所述加热板的单位面积功率为15-60w/cm²。

3.根据权利要求2所述的基于大功率厚膜电阻电路的加热板，其特征在于，所述加热板的单位面积功率为20-35w/cm²。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于大功率厚膜电阻电路的加热板，其特征在于，所述每个支路电阻条均呈尺寸相同的长方体状。

5.根据权利要求1或2或3所述的基于大功率厚膜电阻电路的加热板，其特征在于，所述支路电阻条为设有拐点的支路电阻条，拐点的两边分别为左侧支路电阻条和右侧支路电阻条，左侧支路电阻条与右侧支路电阻条形成一角度，所述拐点为低电阻导通点，左侧支路电阻条通过低电阻导通点与右侧支路电阻条相连，低电阻导通点的方阻为3-5毫欧。

6.根据权利要求1或2或3所述的基于大功率厚膜电阻电路的加热板，其特征在于，所述每个支路电阻条由多个串联电阻条串联而成，多个串联电阻条之间等间距平行排列，两相连的串联电阻条通过低电阻导电条连接，低电阻导电条的方阻为3-5毫欧。

7.根据权利要求6所述的基于大功率厚膜电阻电路的加热板，其特征在于，所述串联电阻条为3个，分别为第一串联电阻条、第二串联电阻条和第三串联电阻条，第一串联电阻条、第二串联电阻条和第三串联电阻条平行等距排列，第一串联电阻条的一端与正极电阻条相连，第一串联电阻条的另一端通过低电阻导电条与第二串联电阻条相连，第二串联电阻条的另一端通过低电阻导电条与第三串联电阻条相连，第三串联电阻条的另一端与负极电阻条相连。

8.一种如权利要求1所述加热板的并联丝网印刷方法，其特征在于，所述并联丝网印刷方法包括如下步骤：

A1：根据厚膜电阻电路所需的功率P，由P＝U²/R计算出厚膜电阻电路的总电阻R；

A2：根据功率P及加热板单位面积功率需在15-60w/cm²范围的要求，设计出厚膜电阻电路中阻值相同的支路电阻条的数量n，并预设支路电阻条的长度L和宽度W；

A3：设每个支路电阻条的阻值为R_i(i＝1、2…n)，则支路电阻条的阻值R_i＝n×R，根据方阻计算式，得到支路电阻条的方阻将R_i＝n×R带入得到支路电阻条的方阻

A4：根据步骤A3的方阻R_a配置相应数值的电阻浆料；

A5：将步骤A4配置好的电阻浆料通过丝网印刷方式印刷在加热板上，形成厚膜电阻电路，所述厚膜电阻电路包括正极电阻条、负极电阻条和n个阻值相同的支路电阻条，n个支路电阻条分别并联在正极电阻条与负极电阻条之间。