CN105472787A - 一种微型薄膜电阻加热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微型薄膜电阻加热器。在基片1中间设置禁布区域4，所述禁布区域4是受热元件，或者光学通道，或者结构件，所述基片1为方块形或圆形，在禁布区域4外围镀制电阻片2，所述电阻片2按区域单元布置，单元之间通过布局分配使受热元件受热均匀；所述电阻片2的区域单元数量大于等于2，每个电阻片2区域单元通过串联或并联的方式通过导线连接。本发明微小型尺寸，低功耗及高的热效率，易于与微器件进行贴装，突破传统薄膜电阻的工艺限制，满足对紧凑结构下禁布区的需求，适用于光电子器件、微电子器件、无源光器件等产品中。

Description

一种微型薄膜电阻加热器

技术领域

本发明涉及一种微小型电阻加热器，特别涉及一种微型薄膜电阻加热器。

背景技术

当前微小型电阻加热器，常见的有电阻丝型、厚膜电阻片式、TEC半导体式、以及薄膜电阻型。

电阻丝型加热器的优点是可以做到发热面积较大，传热效率（热对流速度）较高，可以做成大面积加热器如电热水壶、热风机等；其缺点是难以到很小且不适合小器件中的块式封装，操作上的控制也不容易。

传统厚膜式电阻加热器如标准的SMD型厚膜电阻，其优点是尺寸小，适合块式贴装；其缺点是发热表面为三维，即不是单面发热，对于二维表面型受热元件的加热来讲势必是会造成传热效率及功率的降低；同时由于其两端焊接端（金属）的存在限制了受热元件的材料选择，即不太适合与非金属受热材料的良好接触和接合。

温电控制器（TEC）的优点是尺寸相对较小，结构也相对灵活一些，但是成本较高。

传统的薄膜电阻加热器，其优点是尺寸可以做到很小，但是由于其方块电阻目前多数处于某一区间如10~1000Ω/□，导致其在微小型加热器的应用受到一定的局限。

当薄膜电阻加热器用于微器件时，有时会在加热电阻基片中间设有禁布区域，加热器一般的受热元件都有受热均匀的要求，一般采用环形加热布局结构，如图1所示，圆环形即为电阻区域，两个引申区域为金层焊区，这种结构的主要缺陷是难以在尺寸有限的情况下将电阻阻值做到200Ω以下，最宽做到0.15mm，则10Ω/□*3/0.15=200Ω，所以电阻阻值最大做到200Ω。

发明内容

本发明的目的是针对现有微小型电阻加热器存在的不足，提供一种应用于微器件的微型薄膜电阻加热器。

本发明的技术解决方案是：一种微型薄膜电阻加热器，在基片中间设置禁布区域，所述禁布区域是受热元件，或者光学通道，或者结构件，所述基片为方块形或者圆形，在禁布区域外围镀制电阻片，所述电阻片按区域单元布置，每个单元的阻值可根据长宽比进行较大范围的调整，单元之间通过布局分配使受热元件受热均匀。

所述电阻片的区域单元数量大于等于2，每个电阻片区域单元通过串联或并联的方式通过导线与焊盘连接。

进一步地，所述基片为方块形时，电阻片和焊盘布置在方块形的角上，或者边的中间，沿禁布区域均匀分布。

进一步地，所述基片为圆形时，电阻片和焊盘沿圆周均匀布置。

进一步地，加热电阻片上可以有热反馈元件，所述热反馈元件可以采用传统SMD热敏电阻。

进一步优选地，所述电阻片的区域单元数量是2，2个电阻片布置在基片任意一边的对角，对称布置，热敏电阻布置在与电阻片对应的基片另一边上，焊盘分别设置在基片的另外两边上，2个电阻片通过导线串联或并联与焊盘连接。

进一步优选地，所述电阻片的区域单元数量是2，布置在基片对应两边的中间，热敏电阻和焊盘布置在基片另外的对应两边的中间，所述焊盘为4个，2个电阻片通过导线串联或并联与两边的焊盘连接，热敏电阻通过导线与中间的焊盘连接。

进一步优选地，所述电阻片的区域单元数量是2，布置在基片对应的两个角上，热敏电阻和焊盘布置在基片另外对应的两个角上，2个电阻片通过导线串联或并联与焊盘连接。

本发明的有益效果是：①微小型尺寸，根据受热微小型器件的结构及应用场景可设计出针对性的毫米级的尺寸；②低功耗及高的热效率，根据所采用的低压下的控温及加热目的，通过合适的薄膜电阻布局设计出合适的电阻值来达到与当前低功耗电压一致的要求，同时当前微小型元器件多为贴片式或块式结构，薄膜电阻基片能够很好的与之贴合，从而可以提高加热效率及降低热时间常数，提高热可控性；③易于与微器件进行贴装，当前微小型元器件多为贴片式或块式结构，薄膜电阻基片能够很好的与之贴合；④突破传统薄膜电阻的工艺限制，传统薄膜电阻由于其材料及工艺的限制导致其方块电阻难以做到很小或很大，同时根据电阻丝的发展经验可见环状或蛇状布局会有大的加热功率及均匀的热分布，导致不能将薄膜电阻镀成环状或蛇状布局；本发明提供一种分区连接的技术方案可以避免上述工艺限制同时达到上述目的；⑤满足对紧凑结构下禁布区的需求，满足中间禁布区要求下的加热电阻结构设计，适用于光电子器件、微电子器件、无源光器件等产品中。

附图说明

图1是环形电阻加热器示意图。

图2是2个电阻片串联的布置方式图。

图3是3个电阻片串联的布置方式图。

图4是4个电阻片串联的布置方式图。

图5是2个电阻片并联的布置方式图。

图6是3个电阻片并联的布置方式图。

图7、图8、图9是2个电阻片集成热敏电阻布置的三种布置方式图。

图10是3个电阻片并联集成集成热敏电阻布置方式图。

图11是在小型密闭型器件中的加热功率与器件温度的大致关系图。

图中：1.基片；2.电阻片；3.焊盘；4.禁布区域；5.导线；6.热敏电阻。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种微型薄膜电阻加热器，在基片1中间设置禁布区域4，所述禁布区域4是受热元件，或者光学通道，或者结构件，所述基片1为方块形，在禁布区域4外围镀制电阻片2，所述电阻片2按区域单元布置，单元之间通过布局分配使受热元件受热均匀；所述电阻片2的区域单元数量大于等于2，每个电阻片2区域单元通过串联或并联的方式通过导线连接。

一种微型薄膜电阻加热器，利用薄膜电阻工艺和技术，在基片1上镀制合适的电阻区域并连线制成电阻片2用以加热控制；根据通用低驱动电压采用3.3v来计算，阻值过大则会导致有效热功率太小，阻值过小则会导致温度控制难度增加，因此，所述电阻片2电阻值范围是10~100Ω，在小型密闭型器件中的加热功率与器件温度的大致关系见图11；对于部分需要加热控制温度在高温下工作，同时元件工作的电压不能超过3.3v，则其电路设置为10~20Ω，目的是有一定的电压余量以可能的工作环境温度在-5℃或者更低。

导线采用薄膜镀金，考虑到薄膜导线层较薄，因而其宽度是需要根据最大通过电流来设计，电阻越小需要镀金宽度越宽；其厚度范围位＜1um，其宽度范围最好在50um及以上。

所述加热电阻基板1尺寸为毫米级别，其适用范围在3.0*3.0mm以下。

下面参考图2－图8描述本发明的实施例。

图2、图3、图4是电阻片2串联的技术方案。

实施例1：如图2所示，电阻片2的区域单元数量是2，2个电阻片2布置在基片1的一侧，沿禁布区对称，基片1的另一侧布置焊盘3，2个电阻片2通过导线串联与焊盘3连接。

实施例2：如图3所示，电阻片2的区域单元数量是3，每个电阻片2布置在基片1三个边的中间，在基片1第四个边的中间布置焊盘3，3个电阻片2通过导线串联与焊盘3连接。

实施例3：如图4所示，电阻片2的区域单元数量是4，每个电阻片2布置在基片1的四个角，每个电阻片2相对称，在基片1任意一边的中间布置焊盘3，4个电阻片2通过导线串联与焊盘3连接。

图5、图6是电阻片2并联的技术方案。

实施例4：如图5所示，电阻片2的区域单元数量是2，电阻片2布置在基片1的两对应边的中间，焊盘3布置在其中1个电阻片的两边，2个电阻片2通过导线5并联与焊盘3连接。

实施例5：如图6所示，电阻片2的区域单元数量是3，每个电阻片2沿禁布区域4等距离布置，在基片1任意一边的两端布置焊盘3，3个电阻片2通过导线5并联与焊盘3连接。

图7、图8、图9是集成热敏电阻6的技术方案。

实施例6：如图7所示，电阻片2的区域单元数量是2，2个电阻片2布置在基片1任意一边的对角，对称布置，热敏电阻6布置在与电阻片2对应的基片1另一边上，焊盘3分别设置在基片1的另外两边上，2个电阻片2通过导线串联与焊盘3连接。

实施例7：如图8所示，电阻片2的区域单元数量是2，布置在基片1对应两边的中间，热敏电阻6和焊盘3布置在基片1另外的对应两边的中间，所述焊盘3为4个，2个电阻片2通过导线串联与两边的焊盘3连接，热敏电阻5通过导线与中间的焊盘3连接。

实施例8：如图9所示，所述电阻片2的区域单元数量是2，布置在基片1对应的两个角上，热敏电阻6和焊盘3布置在基片1另外对应的两个角上，2个电阻片2通过导线串联与焊盘3连接。

实施例9：如图10所示，所述电阻片2的区域单元数量是3，每个电阻片2沿禁布区域4等距离布置，在基片1任意一边的两端布置焊盘3，在焊盘的中间布置热敏电阻6，3个电阻片2通过导线5并联与焊盘3连接。

以上实施例1-9中的方块形基片1可由圆形基片1替代。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种微型薄膜电阻加热器，在基片（1）中间设置禁布区域（4），所述禁布区域（4）是受热元件，或者光学通道，或者结构件，所述基片（1）为方块形或圆形，其特征是在禁布区域（4）外围镀制电阻片（2），所述电阻片（2）按区域单元布置，单元之间通过布局分配使受热元件受热均匀。

2.根据权利要求1所述的一种微型薄膜电阻加热器，其特征是所述电阻片（2）的区域单元数量大于等于2，每个电阻片（2）区域单元通过串联或并联的方式通过导线与焊盘（3）连接。

3.根据权利要2所述的一种微型薄膜电阻加热器，其特征是所述基片（1）为方块形时，电阻片（2）和焊盘（3）布置在方块形的角上，或者边的中间，沿禁布区域（4）均匀分布。

4.根据权利要2所述的一种微型薄膜电阻加热器，其特征是所述基片（1）为圆形时，电阻片（2）和焊盘（3）沿圆周均匀布置。

5.根据权利要1或2所述的一种微型薄膜电阻加热器，其特征是在基片（1）上还设有热反馈元件，所述热反馈元件采用热敏电阻（5）。

6.根据权利要求5所述的一种微型薄膜电阻加热器，其特征是所述电阻片的区域单元数量是2，2个电阻片（2）布置在方块形基片（1）任意一边的对角，对称布置，热敏电阻（5）布置在与电阻片（2）对应的基片（1）另一边上，焊盘（3）分别设置在基片（1）的另外两边上，2个电阻片（2）通过导线串联或并联与焊盘（3）连接。

7.根据权利要求5所述的一种微型薄膜电阻加热器，其特征是所述电阻片（2）的区域单元数量是2，布置在基片（1）对应两边的中间，热敏电阻（5）和焊盘（3）布置在基片（1）另外的对应两边的中间，所述焊盘（3）为4个，2个电阻片（2）通过导线串联或并联与两边的焊盘（3）连接，热敏电阻（5）通过导线与中间的焊盘（3）连接。

8.根据权利要求5所述的一种微型薄膜电阻加热器，其特征是所述电阻片（2）的区域单元数量是2，布置在基片（1）对应的两个角上，热敏电阻（5）和焊盘（3）布置在基片（1）另外对应的两个角上，2个电阻片（2）通过导线串联或并联与焊盘（3）连接。