CN108039256A - 一种新型热敏电阻排芯片及其制备方法 - Google Patents

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叶建开
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Abstract

本发明涉及一种新型热敏电阻排芯片，所述热敏电阻排芯片包括热敏瓷片和设置在热敏瓷片表面的金属电极，其特征在于：所述金属电极包括至少两个顶电极和一个底电极，所述顶电极并排且间隔设置在所述热敏瓷片的上表面上，所述底电极完全覆盖于所述热敏瓷片的下表面。本发明还涉及所述新型热敏电阻排芯片的制备方法，该方法为：将NTC热敏陶瓷粉料压制成型后高温烧结成陶瓷锭，再将陶瓷锭切割为陶瓷热敏基片，然后在陶瓷热敏基片上印刷金属电极层，再将陶瓷热敏基片烧结，烧结后对其进行划切，得到单个的新型热敏电阻排芯片。本发明所述的电阻排芯片具有提高安装效率和安装密度、安装方式灵活、结构简单、有利于节省电路空间和提高集成度的优点。

Description

一种新型热敏电阻排芯片及其制备方法
技术领域
本发明属于电子元器件技术领域，特别是涉及一种新型热敏电阻排芯片及其制备方法。
背景技术
NTC热敏电阻是一个重要的感温元件，广泛应用于家用电器温度检测、新能源汽车电池控制和温度检测，办公室自动化设备的温度检测和温度补偿，工业、医疗、环保、气象、食品加工设备的温度控制和检测，以及仪表线圈、热电偶的温度补偿等。
COB(Chip on Board)，也称为芯片直接贴装技术，是指通过粘胶剂或焊料将裸芯片直接粘贴在PCB板上，然后进行引线键合实现芯片与PCB板间电互连，再用有机胶封装芯片的技术。与常规工艺相比，COB技术的集成度更高，减少了应用模块的体积，并且能保证产品性能可靠和稳定。COB技术中的邦定(Bonding)工艺是在封装前将芯片内部电路与PCB板实现连接。
随着电子消费类产品的快速发展，邦定工艺应用的普及以及人员对设备小型化的追求，NTC热敏电阻芯片在电路板上的邦定应用越来越多。然而，如图1所示，现有的NTC热敏电阻芯片一般为单电阻结构，其热敏瓷片1’的两面仅分别设置一个电极层2’，当组装复杂的电路模块，需要贴装多个NTC热敏电阻芯片时，必须重复多次地将单个的NTC热敏电阻芯片逐一贴装到PCB板上进行邦定，这种贴装方式耗费大量时间，同时如图2所示，多个芯片邦定打线后占据的空间大、安装密度低，难以缩小应用模块的体积，不利于集成度的提高。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种新型热敏电阻排芯片，其具有提高安装效率和安装密度、安装方式灵活、结构简单、有利于节省电路空间和提高集成度的优点。
本发明采取的技术方案如下：
一种新型热敏电阻排芯片，包括热敏瓷片和设置在热敏瓷片表面的金属电极，其特征在于：所述金属电极包括至少两个顶电极和一个底电极，所述顶电极并排且间隔设置在所述热敏瓷片的上表面上，所述底电极完全覆盖于所述热敏瓷片的下表面。
相比于现有的单电阻型NTC热敏电阻芯片，本发明通过设置至少两个顶电极和一个底电极，使所述新型热敏电阻排芯片具备集多个单电阻为一体的电阻排结构，采用该新型热敏电阻排芯片可大大节省贴装的时间，提高安装效率和安装密度，并提高了线路的可靠性和一致性，且所述新型热敏电阻排芯片的安装位置不受限制，安装方式灵活，其电性能也与单电阻型NTC热敏电阻芯片基本一致。
进一步地，所述热敏瓷片为长方形。
进一步地，所述金属电极共包括四个矩形的顶电极，每个顶电极分别与所述底电极作为一对单电阻的两个引脚，则一个新型热敏电阻排芯片等效于四个单电阻型NTC热敏电阻芯片，大大提高了邦定的安装效率和安装密度，有利于缩小电路模块的体积，提高集成度。
进一步地，所述热敏瓷片的材料为NTC热敏陶瓷材料。
进一步地，所述金属电极的材料为贵金属。
本发明的另一目的在于，提供上述新型热敏电阻排芯片的制备方法，该制备方法包括以下步骤：将NTC热敏陶瓷粉料压制成型后高温烧结成陶瓷锭，再将陶瓷锭切割为陶瓷热敏基片，然后在陶瓷热敏基片上印刷金属电极层，再将陶瓷热敏基片烧结，烧结后对其进行划切，得到单个的新型热敏电阻排芯片。
本发明所述的制备方法步骤简单、易于实现，在现有的单电阻型NTC热敏电阻芯片的制备步骤的基础上，通过改变金属电极层的印刷样式，使制成的芯片具备集多个单电阻为一体的电阻排结构，不需要对原有生产设备进行更换或改造，且减少了划切的次数，因此该制备方法的生产成本和工艺改造成本低。
进一步地，所述制备方法具体包括以下步骤：
(1)按常规NTC热敏陶瓷材料配方混合原料后，依次进行球磨、烘干、过筛、预烧、研磨、烘干、过筛，制成NTC热敏陶瓷粉料备用；
(2)将制好的NTC热敏陶瓷粉料装入模具中，再将模具置于等静压机中压制，释压后从模具中取出成型的陶瓷锭，然后将陶瓷锭高温烧结，再对其进行切片，得到陶瓷热敏基片；
(3)将金属浆料印刷在陶瓷热敏基片的上、下表面，干燥后进行烧结，得到印刷在陶瓷热敏基片表面的金属电极层；
(4)按照所需新型热敏电阻排芯片的阻值，对陶瓷热敏基片进行划切，得到单个的新型热敏电阻排芯片。
进一步地，步骤(2)中，等静压机压制的压强为300-400MPa，压制的时间为20-60分钟。
进一步地，步骤(2)中，所述高温烧结为：先以10小时将陶瓷锭加热至1200℃，然后保温3-18小时，待陶瓷锭自然冷却后，完成烧结。
进一步地，步骤(3)中，采用丝网印刷工艺将金属浆料印刷在陶瓷热敏基片的上、下表面。丝网印刷工艺可通过设计丝网图案得到所需的金属电极层样式，其工艺简单、易于实现。
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为现有的单电阻NTC热敏电阻芯片的结构图；
图2为四个单电阻NTC热敏电阻芯片邦定打线后的示意图；
图3为本发明的新型热敏电阻排芯片的结构图；
图4为一个新型热敏电阻排芯片邦定打线后的示意图；
图5为本发明的新型热敏电阻排芯片的制备流程示意图；
图6为丝网印刷金属电极的示意图；
图7为第一丝网印刷板的示意图；
图8为第二丝网印刷板的示意图；
图9为划切的示意图。
具体实施方式
请参阅图3，其为本发明的新型热敏电阻排芯片的结构图。所述新型热敏电阻排芯片包括热敏瓷片1和设置在热敏瓷片1表面的金属电极2。
具体地，所述热敏瓷片1为长方形，厚度为200-2000μm，其材料为NTC热敏陶瓷材料。
所述金属电极2包括至少两个顶电极21，优选地，共包括四个顶电极21，以及一个底电极22。
所述四个顶电极21并排且间隔设置在所述热敏瓷片1的上表面上，每个顶电极21为矩形层状结构，其一对边分别与所述热敏瓷片1的两条长边齐平。
所述底电极22为层状结构，其完全覆盖于所述热敏瓷片1的下表面。
所述金属电极2的材料为贵金属，优选为银。
所述金属电极2具有多种变形，除设置四个顶电极21以外，还可设置两个、三个、五个或以上数量的顶电极21，满足不同电路和使用环境的要求。所述顶电极21的具体结构不受限制，除为矩形外，还可为圆形、椭圆形、三角形、五边形或其他不规则形状。
比较图2和图4可知，一个新型热敏电阻排芯片可作为四个单电阻型NTC热敏电阻芯片使用，安装方式灵活，且邦定打线后的整体安装结构更加紧凑，提高了安装密度，有利于缩小电路模块的体积，提高电路集成度。
请参阅图5，其为本发明的新型热敏电阻排芯片的制备流程示意图。
所述新型热敏电阻排芯片的制备方法包括以下步骤：将NTC热敏陶瓷粉料压制成型后高温烧结成陶瓷锭3，再将陶瓷锭3切割为陶瓷热敏基片4，然后在陶瓷热敏基片4上印刷金属电极层5，再将陶瓷热敏基片4烧结，烧结后对其进行划切，得到单个的新型热敏电阻排芯片。
具体地，制备阻值为30KΩ的新型热敏电阻排芯片的步骤如下：
(1)按常规NTC热敏陶瓷材料配方混合原料后，依次进行球磨、烘干、过筛、预烧、研磨、烘干、过筛，制成电阻率为100Ω·cm的NTC热敏陶瓷粉料备用。
(2)将制备好的NTC热敏陶瓷粉料装入橡胶模具中，再将橡胶模具置于等静压机中以300-400MPa的压强压制30分钟，释压后从橡胶模具中取出成型的陶瓷锭3，然后将陶瓷锭3高温烧结，烧结过程为：先以10小时将陶瓷锭3加热至1200℃，然后保温3-18小时，待陶瓷锭3自然冷却后，完成烧结。再采用内圆切割机对烧结后的陶瓷锭3进行切片，得到长30mm、宽30mm、厚600μm的陶瓷热敏基片4。
(3)采用丝网印刷工艺将银浆料分别印刷在陶瓷热敏基片4的上、下表面，待银浆料干燥后将其送入高温隧道炉中进行烧结，烧结温度约为650℃，烧结时间为2小时，得到印刷在陶瓷热敏基片4表面的金属电极层5。
结合图6所示，具体的丝网印刷步骤为：
①将陶瓷热敏基片4放置在印刷平台a上，使其上表面朝上、下表面朝下，再把第一丝网印刷板b1放置在陶瓷热敏基片4的上方，如图7所示，该第一丝网印刷板b1中央设有四条平行的带状的丝网图案c1，然后用刮刀d挤压银浆料e通过丝网图案c1印刷在陶瓷热敏基片4的上表面上，使银浆料e平整一致地覆盖于陶瓷热敏基片4的上表面，待银浆料e干燥后，得到印刷在陶瓷热敏基片4的上表面的四条平行的带状的顶电极层51。
②将陶瓷热敏基片4放置在印刷平台a上，使其上表面朝下、下表面朝上，再把第二丝网印刷板b2放置在陶瓷热敏基片4的上方，如图8所示，该第二丝网印刷板b2中央设有方形的丝网图案c2，然后用刮刀d挤压银浆料e通过丝网图案c2印刷在陶瓷热敏基片4的下表面上，使银浆料e平整一致地、完全覆盖于陶瓷热敏基片4的下表面，待银浆料e干燥后，得到印刷在陶瓷热敏基片4的下表面的底电极层52。
步骤①和步骤②的先后顺序不限。
(4)将印刷好金属电极的陶瓷热敏基片4放入高精度恒温油槽中进行选片，然后按照所需新型热敏电阻排芯片的阻值为30KΩ，计算出单个的新型热敏电阻排芯片的尺寸大小，再用自动划片机对陶瓷热敏基片4进行划切，得到单个的新型热敏电阻排芯片。
请参阅图9，其为划切的示意图，图中的虚线表示切割线，具体的划切方式为：沿垂直于顶电极层51的方向进行划切，则顶电极层51被划切成顶电极21，底电极层52被划切成底电极22，陶瓷热敏基片4被划切成热敏瓷片1，得到的新型热敏电阻排芯片具有四个顶电极21和一个底电极22。
分别测试3个本发明制得的新型热敏电阻排芯片(每个热敏电阻排芯片具有四个顶电极和一个底电极，每个顶电极分别与底电极作为一对单电阻的两个引脚，则相当于具有4个单电阻)以及12个现有的单电阻NTC热敏电阻芯片在25℃下的阻值R25、在50℃下的阻值R50、热敏指数B25/50。上述每个芯片的设计阻值相同，采用的NTC热敏陶瓷粉料也相同。测试结果如下表所示：
由上表可知，每个新型热敏电阻排芯片所具有的每个单电阻与每个现有的单电阻NTC热敏电阻芯片在25℃下的阻值R25、在50℃下的阻值R50、热敏指数B25/50基本一致，说明其电性能基本一致。本发明的一个新型热敏电阻排芯片可以代替四个单电阻NTC热敏电阻芯片来使用。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种新型热敏电阻排芯片，包括热敏瓷片和设置在热敏瓷片表面的金属电极，其特征在于：所述金属电极包括至少两个顶电极和一个底电极，所述顶电极并排且间隔设置在所述热敏瓷片的上表面上，所述底电极完全覆盖于所述热敏瓷片的下表面。
2.根据权利要求1所述的新型热敏电阻排芯片，其特征在于：所述热敏瓷片为长方形。
3.根据权利要求2所述的新型热敏电阻排芯片，其特征在于：所述金属电极共包括四个矩形的顶电极。
4.根据权利要求1-3任一项所述的新型热敏电阻排芯片，其特征在于：所述热敏瓷片的材料为NTC热敏陶瓷材料。
5.根据权利要求1-3任一项所述的新型热敏电阻排芯片，其特征在于：所述金属电极的材料为贵金属。
6.权利要求1-5任一项所述的新型热敏电阻排芯片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将NTC热敏陶瓷粉料压制成型后高温烧结成陶瓷锭，再将陶瓷锭切割为陶瓷热敏基片，然后在陶瓷热敏基片上印刷金属电极层，再将陶瓷热敏基片烧结，烧结后对其进行划切，得到单个的新型热敏电阻排芯片。
7.根据权利要求6所述的新型热敏电阻排芯片的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)按常规NTC热敏陶瓷材料配方混合原料后，依次进行球磨、烘干、过筛、预烧、研磨、烘干、过筛，制成NTC热敏陶瓷粉料备用；
(2)将制好的NTC热敏陶瓷粉料装入模具中，再将模具置于等静压机中压制，释压后从模具中取出成型的陶瓷锭，然后将陶瓷锭高温烧结，再对其进行切片，得到陶瓷热敏基片；
(3)将金属浆料印刷在陶瓷热敏基片的上、下表面，干燥后进行烧结，得到印刷在陶瓷热敏基片表面的金属电极层；
(4)按照所需新型热敏电阻排芯片的阻值，对陶瓷热敏基片进行划切，得到单个的新型热敏电阻排芯片。
8.根据权利要求7所述的新型热敏电阻排芯片的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，等静压机压制的压强为300-400MPa，压制的时间为20-60分钟。
9.根据权利要求7所述的新型热敏电阻排芯片的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述高温烧结为：先以10小时将陶瓷锭加热至1200℃，然后保温3-18小时，待陶瓷锭自然冷却后，完成烧结。
10.根据权利要求7所述的新型热敏电阻排芯片的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，采用丝网印刷工艺将金属浆料印刷在陶瓷热敏基片的上、下表面。
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