CN105606246A - 一种耐高温快速响应的热敏电阻及其制成的温度传感器 - Google Patents

Abstract

一种耐高温快速响应的热敏电阻，包括基片、芯片、两根引线和芯片保护层；所述两根引线与所述芯片两面的芯片电极固接；所述基片为薄膜陶瓷基片，所述芯片设于所述基片的外表面上并与其直接接触，所述芯片保护层为玻璃保护层，其半包围包裹于所述芯片外部。相比于现有技术，本发明所述的耐高温快速响应的热敏电阻在感测温度时，只需要经过一层薄薄的薄膜陶瓷基片，其响应速度得到大幅提升，热反应时间为0.5s～2s，远远超过一般的热敏电阻，且其同时还具备了耐高温的特性。本发明还提供一种包括所述热敏电阻的温度传感器。

Description

一种耐高温快速响应的热敏电阻及其制成的温度传感器

技术领域

本发明属于电子元器件领域，尤其涉及一种耐高温快速响应的热敏电阻及其制作方法。

背景技术

由热敏芯片作为核心部件，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。

随着技术的提升和市场的需求，现在对于流体温度传感器的灵敏度要求越来越高，同时温度传感器要具备较高的防渗漏性能和耐热性能。

现有的流体温度传感器一般是先制备电阻，再加工成传感器。

现市面上的快速响应热敏电阻，主要为径向玻璃封装热敏电阻，请参阅图1，其为现有的快速响应热敏电阻的结构示意图。该热敏电阻包括芯片1、与芯片1两面电极相连接的引线3和包裹于芯片1外部的玻璃保护层2。温度要完全传递给芯片1需要先经过玻璃保护层2，所以玻璃保护层2的厚度会极大的影响了电阻的反应速度，一般的玻璃封装产品玻璃保护层2厚度大概在0.3-1.07mm，热时间常数一般为1-5s。但随着产品的升级，热敏电阻传感器要在保留了耐高温的特性的情况下再追求更快的反应时间，常规的玻封产品的反应速度已经渐渐不能满足高端市场对流体温度传感器温度探测的高灵敏的要求。假如之后还用进行一定的包裹封装，那热时间将会再次加长，所以无论为了之后加工成传感器还是直接使用，热敏电阻都需要追求更快的反应速度。

请参阅图2，其为现有的流体温度传感器的使用状态示意图。现有的流体温度传感器多采用调充密封材料和金属外壳包裹热敏电阻进行防渗封装，虽然有较好的防渗漏性能，但温度要经过一层较厚的防渗漏材料7然后才能传到探头。在这过程中，防渗漏材料7有一定的热容会吸收掉一部分温度，防渗漏层的厚度也增加了反应的时间。

现有的防渗漏型流体温度传感器的芯片完全感知温度的过程为：金属外壳6→防渗漏材料7→玻璃保护层2→芯片，芯片要感知到正确温度需要经过多层材料，大大影响了传感器的响应速度，而且防渗漏材料7因为热容的关系，还会吸收(放出)一定的热量，导致响应时间更长。为了满足市场高灵敏防渗漏型温度传感器的需求，所以要制造出反应时间更短、响应速度越快的防渗漏型流体温度传感器。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于陶瓷基片的耐高温快速响应的热敏电阻。

本发明所采用的技术方案是：一种耐高温快速响应的热敏电阻，包括基片、芯片、两根引线和芯片保护层；所述两根引线与所述芯片两面的芯片电极固接；所述基片为薄膜陶瓷基片，所述芯片设于所述基片的外表面上并与其直接接触，所述芯片保护层为玻璃保护层，其半包围包裹于所述芯片外部。

上述热敏电阻按照以下工艺步骤制得：

1)制备径向玻璃封装热敏电阻；

2)将步骤1)制得的热敏电阻平放在薄膜陶瓷基片上，高温烧结，使径向玻璃封装热敏电阻上的玻璃保护层融化，从而使芯片与基片接触，而融化的玻璃冷却后形成半包围包裹于所述芯片外部的玻璃保护层。

相比于现有技术，本发明所述的耐高温快速响应的热敏电阻在感测温度时，只需要经过一层薄薄的薄膜陶瓷基片，其响应速度得到大幅提升，热反应时间为0.5s～2s，远远超过一般的热敏电阻，且其在具备如此高的反应速度的同时还具备了耐高温的特性。

进一步地，所述基片一侧的两端分别设有基片电极，所述基片电极由金属电子浆料通过丝网印刷工艺印刷于基片上；所述两根引线的另一端分别与两基片电极焊接。

上述热敏电阻按照以下工艺步骤制得：

1)对薄膜陶瓷基片进行丝网印刷；

2)切割陶瓷基片；

3)制备径向玻璃封装热敏电阻；

4)将步骤3)制得的热敏电阻的两根引线分别与基片两端的基片电极通过电子浆料进行焊接；

5)高温烧结使径向玻璃封装热敏电阻上的玻璃保护层融化，使芯片与陶瓷基片直接接触，而融化的玻璃冷却后形成半包围包裹于所述芯片外部的玻璃保护层。

进一步地，所述玻璃保护层半包围包裹于所述芯片和引线外部。该设置使两根引线也受到玻璃保护层的保护。

上述热敏电阻按照以下工艺步骤制得：

1)对薄膜陶瓷基片进行丝网印刷；

2)切割陶瓷基片；

3)制备径向玻璃封装热敏电阻；

4)在步骤3)制得的径向玻璃封装热敏电阻的引线外部套上玻璃套管；

5)将套有玻璃套管的热敏电阻的两根引线分别与基片两端的基片电极通过电子浆料进行焊接；

6)高温烧结使径向玻璃封装热敏电阻的玻璃保护层融化，使芯片与陶瓷基片直接接触，而融化的玻璃冷却后形成半包围包裹于所述芯片及引线外部的玻璃保护层。

进一步地，所述引线为杜镁丝线。

本发明还提供一种高灵敏性流体温度传感器，其包括所述的热敏电阻。

相比于现有技术，本发明所述的高灵敏性流体温度传感器的响应速度得到大幅提升，热反应时间为0.5s～2s，远远超过一般的热敏电阻，且其在具备如此高的反应速度的同时还具备了耐高温的特性。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1是现有的快速响应热敏电阻的结构示意图

图2是现有的流体温度传感器的使用状态示意图

图3是实施例1的耐高温快速响应的热敏电阻的侧视图

图4是实施例1的耐高温快速响应的热敏电阻的结构示意图

图5是实施例1中的步骤1)的示意图

图6是实施例1中的步骤2)的示意图

图7是实施例2的耐高温快速响应的热敏电阻的侧视图

图8是实施例2的耐高温快速响应的热敏电阻的俯视图

图9是实施例2中的步骤1)的示意图

图10是实施例2中的步骤2)的示意图

图11是实施例2中的步骤4)的示意图

图12是实施例3的耐高温快速响应的热敏电阻的侧视图

图13是实施例3的耐高温快速响应的热敏电阻的俯视图

图14是实施例3中的步骤4)的示意图

图15是实施例3中的步骤5)的示意图

具体实施方式

实施例1

请同时参阅图3和图4，其中，图3为本实施例所述的热敏电阻的侧视图，图4为本实施例所述的热敏电阻的结构示意图。本实施例所述的热敏电阻是由现有的径向玻璃封装热敏电阻与薄膜陶瓷基片直接烧结制成的，其包括基片40、设于所述基片40的外表面上并与其直接接触的芯片10、与芯片10两面电极通过电子浆料50连接的引线30，以及半包围包裹于所述芯片外部的玻璃保护层20。

请同时参阅图5和图6，本实施例所述的热敏电阻具体按照以下工艺步骤制得：

1)制备常规的径向玻璃封装热敏电阻；在两根引线30同一端粘上电子浆料50，再将芯片10插入两根引线30之间，然后烘干电子浆料，使引线30与芯片10两面的电极通过电子浆料50连接；之后再在芯片10外部套上玻璃壳并高温烧结形成包裹于芯片10外部的玻璃保护层201，即可制得径向玻璃封装热敏电阻；

2)将步骤1)制得的热敏电阻平放在薄膜陶瓷基片40上，高温烧结，使玻璃保护层201融化，在重力的作用下，芯片10会随着玻璃保护层201的融化而与基片40接触，而融化的玻璃冷却后形成半包围包裹于所述芯片外部的玻璃保护层20，从而得到如图3所示的热敏电阻产品。

本实施例中，所述引线30优选采用杜镁丝线，所述金属浆料50优选采用银胶，所述基片40为薄膜陶瓷基片，优选采用氧化铝基片。由于芯片10与基片40直接接触，因此该热敏电阻在感温时，只需通过薄薄的基片40即可到达芯片10，大大提高了响应速度。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：本实施例中的基片上印刷有基片电极。请同时参阅图7和图8，其中，图7是本实施例所述的热敏电阻的侧视图，图8是本实施例所述的热敏电阻的俯视图。本实施例的热敏电阻包括基片40、设于所述基片40的外表面上并与其直接接触的芯片10、一端与芯片10两面电极通过电子浆料50连接的引线30，以及半包围包裹于所述芯片外部的玻璃保护层20。所述基片40远离芯片10一端上表面印有基片电极41，所述引线30的另一端通过电子浆料50与所述基片电极41焊接。

请同时参阅图9～11，本实施例所述的热敏电阻具体按照以下工艺步骤制得：

1)对薄膜陶瓷基片40进行丝网印刷：将贵金属电子浆料印刷在基片上面形成基片电极41；印刷的图案直接决定了切割出来的基片的大小，根据不同长宽的基片设计电极印刷位置；

2)切割陶瓷基片，切割后的基片40如图10所示；

3)制备常规的径向玻璃封装热敏电阻；该步骤与实施例1的步骤1)相同；

4)将步骤3)制得的热敏电阻的两根引线30分别与基片两端的基片电极41通过电子浆料50进行焊接；

5)高温烧结使玻璃保护层201融化，使芯片10与陶瓷基片40直接接触，而融化的玻璃冷却后形成半包围包裹于所述芯片外部的玻璃保护层20，得到如图7和11所示的热敏电阻。

实施例3

本实施例与实施例2的区别在于：本实施例中的引线也被玻璃保护层包裹。请同时参阅图12和图13，其中，图12是本实施例所述的热敏电阻的侧视图，图13是本实施例所述的热敏电阻的俯视图。本实施例的热敏电阻，包括基片40、设于所述基片40的外表面上并与其直接接触的芯片10、一端与芯片10两面电极通过电子浆料50连接的引线30，以及半包围包裹于所述芯片10及引线30外部的玻璃保护层20。所述基片40远离芯片10一端上表面印有基片电极41，所述引线30的另一端通过电子浆料50与所述基片电极41焊接。

请同时参阅图9～11和图14～15，本实施例所述的热敏电阻具体按照以下工艺步骤制得：

1)对薄膜陶瓷基片40进行丝网印刷：将贵金属电子浆料印刷在基片上面形成基片电极41；印刷的图案直接决定了切割出来的基片的大小，根据不同长宽的基片设计电极印刷位置；如图9所示；

2)切割陶瓷基片，切割后的基片40如图10所示；

3)制备常规的径向玻璃封装热敏电阻；该步骤与实施例1的步骤1)相同；

4)在步骤3)制得的径向玻璃封装热敏电阻的引线30外部套上玻璃套管202，如图14所示；

5)将套有玻璃套管202的热敏电阻的两根引线30分别与基片两端的基片电极41通过电子浆料50进行焊接，如图15所示；

6)高温烧结使玻璃保护层201融化，使芯片10与陶瓷基片40直接接触，而融化的玻璃冷却后形成半包围包裹于所述芯片10及引线30外部的玻璃保护层20，得到如图12和13所示的热敏电阻。本实施例中，仅有基片电极41上表面未被所述玻璃保护层20覆盖。

相比与现有技术，本实施例中的芯片10与基片40直接接触，因此该热敏电阻在感温时，只需通过薄薄的基片40即可到达芯片10，大大提高了响应速度。同时，由于引线30也被玻璃保护层20所包裹，因此该热敏电阻的防渗透性能得到大幅提升。

实施例4

本发明还提供一种包括上述任一种耐高温快速响应的热敏电阻的高灵敏性流体温度传感器。

本发明所述的高灵敏性流体温度传感器的热时间常数远远小于市面上的传感器，其响应速度得到大幅的提升。

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形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (8)

1.一种耐高温快速响应的热敏电阻，包括基片、芯片、两根引线和芯片保护层；所述两根引线与所述芯片两面的芯片电极固接；其特征在于：所述基片为薄膜陶瓷基片，所述芯片设于所述基片的外表面上并与其直接接触，所述芯片保护层为玻璃保护层，其半包围包裹于所述芯片外部。

2.根据权利要求1所述的耐高温快速响应的热敏电阻，其特征在于：所述基片一侧的两端分别设有基片电极，所述基片电极由金属电子浆料通过丝网印刷工艺印刷于基片上；所述两根引线的另一端分别与两基片电极焊接。

3.根据权利要求2所述的耐高温快速响应的热敏电阻，其特征在于：所述玻璃保护层半包围包裹于所述芯片和引线外部。

4.根据权利要求1～3任一项所述的耐高温快速响应的热敏电阻，其特征在于：所述引线为杜镁丝线。

5.一种如权利要求1所述的热敏电阻的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)制备径向玻璃封装热敏电阻；

2)将步骤1)制得的热敏电阻平放在薄膜陶瓷基片上，高温烧结，使径向玻璃封装热敏电阻上的玻璃保护层融化，从而使芯片与基片接触，而融化的玻璃冷却后形成半包围包裹于所述芯片外部的玻璃保护层。

6.一种如权利要求2所述的热敏电阻的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)对薄膜陶瓷基片进行丝网印刷；

2)切割陶瓷基片；

3)制备径向玻璃封装热敏电阻；

4)将步骤3)制得的热敏电阻的两根引线分别与基片两端的基片电极通过电子浆料进行焊接；

5)高温烧结使径向玻璃封装热敏电阻上的玻璃保护层融化，使芯片与陶瓷基片直接接触，而融化的玻璃冷却后形成半包围包裹于所述芯片外部的玻璃保护层。

7.一种如权利要求3所述的热敏电阻的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)对薄膜陶瓷基片进行丝网印刷；

2)切割陶瓷基片；

3)制备径向玻璃封装热敏电阻；

4)在步骤3)制得的径向玻璃封装热敏电阻的引线外部套上玻璃套管；

5)将套有玻璃套管的热敏电阻的两根引线分别与基片两端的基片电极通过电子浆料进行焊接；

6)高温烧结使径向玻璃封装热敏电阻的玻璃保护层融化，使芯片与陶瓷基片直接接触，而融化的玻璃冷却后形成半包围包裹于所述芯片及引线外部的玻璃保护层。

8.一种高灵敏性流体温度传感器，其特征在于：包括权利要求1～4任一项所述的热敏电阻。