CN106298120B - 一种高精度高可靠钛钨金电极芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度高可靠钛钨金电极芯片及其制备方法，所述高精度高可靠钛钨金电极芯片，包括热敏基片、钛钨合金层、金电极；所述钛钨合金层、金电极均从内至外依次层叠的设置于热敏基片的两表面上。所述钛钨合金层的厚度为0.05‑0.1μm。所述金电极的厚度为1‑2μm。相对于现有技术，本发明的高精度高可靠钛钨金电极芯片的热时间常数具有明显的减少，具有高可靠、高精度，良好的耐热循环能力。
Description
技术领域
本发明涉及电子元器件技术领域，尤其涉及一种高精度高可靠钛钨金电极芯片及其制备方法。
背景技术
NTC热敏芯片具有冷态电阻大且随着温度的上升电阻逐步减小的特性。医疗温度传感器的体温测量原理就是根据热敏电阻芯片的特性阻值随其温度变化而变化来获得温度检测，采用电桥作为检测电路。医疗用温度传感器主要通过检测人体体温了解生命状态的重要指标，因此医疗温度传感器要求热敏电阻芯片具有高可靠，高精度，体积小，良好的耐热循环能力，测量范围宽和测量精度高，低温治疗中长时间趋势的温度监测等特性。
然而，现有技术中，NTC热敏芯片的制作方法是：热敏材料制备-压锭成型-烧结-切片-清洗烘干-印刷烧渗电极-划切芯片-测试。通过现有的方法制作得到的NTC热敏芯片存在以下不足：(1)现有银电极NTC热敏芯片的稳定性没有金电极的好，在高温、潮湿、电场的三个条件下容易发生银迁移，且银层表面在空气中容易硫化，此外，印刷后在烧结时浆料中的有机物挥发使得电极层产生气孔，随着长期使用，环氧料中的有害物质逐步的随气孔入侵热敏材料从而破坏电气性能；(2)现有金电极NTC热敏芯片成本高，其工艺是通过丝网印刷获得两面电极，这样很难做到薄膜印刷，因此对金的损耗多；(3)精度低，现有工艺印刷的膜厚均匀性差，且表面不致密，银层烧结时受炉体温度波动浆料中的玻璃体对NTC陶瓷基片渗透不一致，导致电气性能分散，对偏薄的NTC陶瓷基片高温烧结也容易导致电气性能分散，以及开裂、形变。因而，现有技术中的NTC热敏芯片无法满足医疗温度传感器等对芯片的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点和不足，提供一种高精度高可靠钛钨金电极芯片及其制备方法，所述钛钨金电极芯片体积小，具有高可靠、高精度，良好的耐热循环能力。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种高精度高可靠钛钨金电极芯片，包括热敏基片、钛钨合金层、金电极；所述钛钨合金层、金电极均从内至外依次层叠的设置于热敏基片的两表面上。
相对于现有技术，本发明的高精度高可靠钛钨金电极芯片的热时间常数具有明显的减少，具有高可靠、高精度，良好的耐热循环能力。
进一步，所述钛钨合金层的厚度为0.05-0.1μm。
进一步，所述钛钨合金中钛与钨的质量比为8:2-7:3。
进一步，所述金电极的厚度为1-2μm。
进一步，所述钛钨合金层与金电极之间设置有镍层；所述镍层的厚度为0.2-0.5μm。所述镍层能够增强金电极与钛钨合金层的结合力。
进一步，所述钛钨合金层通过真空镀膜设置于热敏基片的两表面上，所述金电极是通过真空镀膜设置于钛钨合金层的表面上。
进一步，所述热敏基片为陶瓷基片。
本发明还提供了一种高精度高可靠钛钨金电极芯片的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备热敏基片；
S2：通过真空镀膜方式将钛钨合金溅射到热敏基片两表面上，形成钛钨合金层；
S3：通过真空镀膜方式将金溅射到钛钨合金层表面，形成金电极；
S4：对覆有钛钨合金和金电极的热敏基片进行划片，得到所述高精度高可靠钛钨金电极芯片。
相对于现有技术，通过本发明的高精度高可靠钛钨金电极芯片的制备方法，制备得到的钛钨金电极芯片的热时间常数具有明显的减少，并且具有高可靠、高精度，良好的耐热循环能力。
进一步，所述步骤S2还包括通过真空镀膜方式将镍溅射到钛钨合金层表面，形成镍层，步骤S3通过真空镀膜方式将金溅射到镍层表面，形成金电极；所述钛钨合金层的厚度为0.05-0.1μm；所述金电极的厚度为1-2μm；所述镍层的厚度为0.2-0.5μm。
进一步，所述钛钨合金中钛与钨的质量比为8:2-7:3。
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是本发明实施例1中的高精度高可靠钛钨金电极芯片的结构示意图。
图2是本发明实施例1中的芯片的制备方法工艺流程图。
图3是本发明实施例2中的高精度高可靠钛钨金电机芯片的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
请参阅图1，其是本实施例中的高精度高可靠钛钨金电极芯片的结构示意图。所述高精度高可靠钛钨金电极芯片包括热敏基片10、钛钨合金层20、金电极30。所述钛钨合金层20和金电极30从内至外依次层叠的设置于热敏基片10的两表面上。
在本实施例中，所述热敏基片10为陶瓷基片。
所述钛钨合金层20的厚度为0.05-0.1μm。所述钛钨合金层20中钛与钨的质量比为8:2-7:3，使得所述电极芯片性能最佳。由于钛与钨均为过渡金属，其重量轻，强度高，均具有金属光泽及良好的抗腐蚀性能，在高、低温度下能够保持良好的机械性能，膨胀系数小，且与半导体陶瓷材料的膨胀系数十分接近。因而，在热敏基片10表面设置的钛钨合金层20附着力强。
所述金电极30的厚度为1-2μm。所述金电极的稳定性好，适合焊接和绑定。
相对于现有技术，本发明的高精度高可靠钛钨金电极芯片的热时间常数比现有芯片减少了一倍；其高温老化性能更稳定，长期使用变化率≤0.1％。
请参阅图2，其是本实施例中的芯片的制备方法工艺流程图。本实施例中所述的高精度高可靠钛钨金电极芯片的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备热敏基片。
具体的，通过配料-球磨-超压成型-烧结-切片清洗得到热敏基片。在本实施例中，根据材料配方将各种金属氧化物(锰、钴、铁、镍、铜、锌等)按照相应比例配制得混合物料；然后用球磨机将混合物料混合均匀，然后对混合物料进行预烧，然后打粉成100-300目；将预烧后的物料加水球磨，将物料球磨细化均匀，使得物料颗粒为约2μm；然后将球磨好的物料倒入模具中，初步手压成型后，在超高压下继续成型，得到锭子；将锭子加入预先铺好氧化铝砂的氧化铝钵内，然后用氧化铝砂填埋锭子后进行烧结，烧结过程中的温度为：20小时从室温升到1150℃，然后在1150℃下烧结40小时后，自然降温，得到烧结好的锭子；将锭子固定于内圆切割机专用夹具上，调整参数进行切割，然后用纯水超声清洗干净后烘干，得到热敏基片。
S2：通过真空镀膜方式将钛钨合金溅射到热敏基片两表面上，形成钛钨合金层。
具体的，在真空镀钛钨合金层前，将热敏基片清洗干净，以确保镀膜后，钛钨合金层与热敏基片的结合力。设定镀膜温度为300℃，调整电流，通过真空溅射将钛钨合金溅射到热敏基片上，形成一层致密的钛钨合金层，所述钛钨合金层的厚度为0.05-0.1μm。
S3：通过真空镀膜方式将金溅射到钛钨合金层表面，形成金电极。在热敏基片的两侧溅射钛钨合金形成钛钨合金层后，在钛钨合金层的表面溅射金电极层，所述金电极的厚度为1-2μm。金电极的厚度越厚，其可靠性越好。
S4：对覆有钛钨合金和金电极的热敏基片进行划片，得到所述高精度高可靠钛钨金电极芯片。根据实际需求，设定工艺参数，使用划片机进行划切，得到所述高精度高可靠钛钨金电极芯片。
在本实施例中，对切割好的所述芯片采用分选机进行电阻值测试分选，可设置±1％。±2％。±3％等多个分选档位。
请参阅表1，其为本发明的高精度高可靠钛钨金电极芯片与现有技术中的NTC热敏芯片的阻值精度和高温长时间老化变化率对比(以10KΩ为例)。本发明制备得到的高精度高可靠钛钨金电极芯片，与现有技术中的NTC热敏芯片进行对比分析，通过测试阻值精度和高温长时间老化变化率，可知本发明的芯片的阻值精度高，可靠性更好。
表1本发明芯片与现有芯片的阻值精度和高温长时间老化变化率对比(以10KΩ为例)
相对于现有技术，本发明的高精度高可靠钛钨金电极芯片的热时间常数具有明显的减少，具有高可靠、高精度，良好的耐热循环能力，适合用于医疗温度传感器等对芯片精度要求高的领域。
实施例2
请参阅图3，其是本实施例中的高精度高可靠钛钨金电极芯片的结构示意图。所述高精度高可靠钛钨金电极芯片包括热敏基片10、钛钨合金层20、金电极30和镍层40。所述钛钨合金层20、镍层40和金电极30从内至外依次层叠的设置于热敏基片10的两表面上。
在本实施例中，所述热敏基片10为陶瓷基片。
所述钛钨合金层的厚度为0.05-0.1μm。所述钛钨合金层20中钛与钨的质量比为8:2-7:3，使得所述电极芯片性能最佳。由于钛与钨均为过渡金属，其重量轻，强度高，均具有金属光泽及良好的抗腐蚀性能，在高、低温度下能够保持良好的机械性能，膨胀系数小，且与半导体陶瓷材料的膨胀系数十分接近。因而，在热敏基片10表面设置的钛钨合金层20附着力强。
所述金电极的厚度为1-2μm。所述金电极的稳定性好，适合焊接和绑定。
所述镍层40的厚度为0.2-0.5μm。所述镍层40能够增强金电极30与钛钨合金层20之间的结合力。
相对于现有技术，本发明的高精度高可靠钛钨金电极芯片的热时间常数比现有芯片减少了一倍；其高温老化性能更稳定，长期使用变化率≤0.1％。
本实施例中所述的高精度高可靠钛钨金电极芯片的制备方法与实施例1类似，主要区别在于在钛钨合金层上先镀镍层然后再镀金电极层，具体的，包括以下步骤：
S1：制备热敏基片。
具体的，通过配料-球磨-超压成型-烧结-切片清洗得到热敏基片。在本实施例中，根据材料配方将各种金属氧化物(锰、钴、铁、镍、铜、锌等)按照相应比例配制得混合物料；然后用球磨机将混合物料混合均匀，然后对混合物料进行预烧，然后打粉成100-300目；将预烧后的物料加水球磨，将物料球磨细化均匀，使得物料颗粒为约2μm；然后将球磨好的物料倒入模具中，初步手压成型后，在超高压下继续成型，得到锭子；将锭子加入预先铺好氧化铝砂的氧化铝钵内，然后用氧化铝砂填埋锭子后进行烧结，烧结过程中的温度为：20小时从室温升到1150℃，然后在1150℃下烧结40小时后，自然降温，得到烧结好的锭子；将锭子固定于内圆切割机专用夹具上，调整参数进行切割，然后用纯水超声清洗干净后烘干，得到热敏基片。
S2：通过真空镀膜方式将钛钨合金溅射到热敏基片两表面上，形成钛钨合金层。
具体的，在真空镀钛钨合金层前，将热敏基片清洗干净，以确保镀膜后，钛钨合金层与热敏基片的结合力。设定镀膜温度为300℃，调整电流，通过真空溅射将钛钨合金溅射到热敏基片上，形成一层致密的钛钨合金层，所述钛钨合金层的厚度为0.05-0.1μm。然后在钛钨合金层表面在镀上镍层，所述镍层的厚度为0.2-0.5μm。
S3：通过真空镀膜方式将金溅射到钛钨合金层表面，形成金电极。在热敏基片的两侧溅射镍层后，在镍层的表面溅射金电极层，所述金电极的厚度为1-2μm。金电极的厚度越厚，其可靠性越好。
S4：对覆有钛钨合金、镍层和金电极的热敏基片进行划片，得到所述高精度高可靠钛钨金电极芯片。根据实际需求，设定工艺参数，使用划片机进行划切，得到所述高精度高可靠钛钨金电极芯片。
在本实施例中，对切割好的所述芯片采用分选机进行电阻值测试分选，可设置±1％。±2％。±3％等多个分选档位。
相对于现有技术，本发明的高精度高可靠钛钨金电极芯片的热时间常数具有明显的减少，具有高可靠、高精度，良好的耐热循环能力，适合用于医疗温度传感器等对芯片精度要求高的领域。
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 (7)
1.一种高精度高可靠钛钨金电极芯片，其特征在于：包括热敏基片、钛钨合金层、金电极；所述钛钨合金层、金电极均从内至外依次层叠的设置于热敏基片的两表面上；所述钛钨合金层的厚度为0.05-0.1μm，所述金电极的厚度为1-2μm；所述钛钨合金层通过真空镀膜设置于热敏基片的两表面上，所述金电极是通过真空镀膜设置于钛钨合金层的表面上。
2.根据权利要求1所述的高精度高可靠钛钨金电极芯片，其特征在于：所述钛钨合金中钛与钨的质量比为8:2-7:3。
3.根据权利要求1所述的高精度高可靠钛钨金电极芯片，其特征在于：所述钛钨合金层与金电极之间设置有镍层；所述镍层的厚度为0.2-0.5μm。
4.根据权利要求1所述的高精度高可靠钛钨金电极芯片，其特征在于：所述热敏基片为陶瓷基片。
5.一种高精度高可靠钛钨金电极芯片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：制备热敏基片；
S2：通过真空镀膜方式将钛钨合金溅射到热敏基片两表面上，形成厚度为0.05-0.1μm的钛钨合金层；
S3：通过真空镀膜方式将金溅射到钛钨合金层表面，形成厚度为1-2μm的金电极；
S4：对覆有钛钨合金和金电极的热敏基片进行划片，得到所述高精度高可靠钛钨金电极芯片。
6.根据权利要求5所述的高精度高可靠钛钨金电极芯片的制备方法，其特征在于：所述步骤S2还包括通过真空镀膜方式将镍溅射到钛钨合金层表面，形成镍层，步骤S3通过真空镀膜方式将金溅射到镍层表面，形成金电极；所述镍层的厚度为0.2-0.5μm。
7.根据权利要求6所述的高精度高可靠钛钨金电极芯片的制备方法，其特征在于：所述钛钨合金中钛与钨的质量比为8:2-7:3。
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