CN108117378B - 体温测量用宽温域高精度ntc热敏芯片及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片，所述体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片包括热敏瓷片和设置在热敏瓷片两表面的金属电极，所述热敏瓷片是由按质量百分比计的30‑60％粉体A和40‑70％粉体B混合后烧结而成的；其中，所述粉体A是由按质量百分比计的30％二氧化锰、56％四氧化三钴和14％三氧化二镧组成；所述粉体B是由按质量百分比计的50％二氧化锰、40％二氧化镍和10％二氧化铈组成。本发明还涉及所述体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片的制作方法。本发明所述的体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片具有测温范围宽、测温精度高的优点，能够满足医用体温测量传感器的±0.1℃测温精度要求。

Description

体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片及其制作方法
技术领域
本发明属于电子元器件技术领域，特别是涉及一种体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片及其制作方法。
背景技术
NTC是Negative Temperature Coefficient的缩写，意思是负的温度系数，NTC热敏材料是利用锰、钴、铁、镍、铜等两种或两种以上的金属氧化物采用陶瓷工艺制造而成的。因阻值与温度的相关性，NTC热敏芯片被广泛用于测温、控温、温度补偿等方面，其阻值精度代表某温度点的测温精度、B值精度代表某温度范围的测温精度。
NTC热敏芯片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，由NTC热敏芯片作为核心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测量、温度补偿、温度控制电路中。随着科学技术的发展，传统体温测量用的水银温度计也将由以NTC热敏芯片作为核心元件制作的各种体温计、体温探头所替代。
然而，目前NTC热敏芯片存在以下不足：
一是测温精度低：现有NTC陶瓷粉料配方体系和工艺技术制成的产品的阻值精度在±1％，无法批量满足医用体温测量传感器的±0.1℃(即阻值及B值的精度需控制在±0.3％内)的精度要求；
二是测温范围窄：现有NTC陶瓷粉料配方体系和工艺技术制成的产品的B值精度在±1％，只能保证相隔10度(如31-42℃)内的测温精度达到±0.1℃的精度要求，而对于更宽的温度范围(如0-70℃)内的测温精度无法达到±0.1℃的精度要求。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片，其具有测温范围宽、测温精度高的优点，能够满足医用体温测量传感器的±0.1℃测温精度要求。
本发明采取的技术方案如下：
一种体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片，包括热敏瓷片和设置在热敏瓷片两表面的金属电极，所述热敏瓷片是由按质量百分比计的30-60％粉体A和40-70％粉体B混合后烧结而成的；其中，所述粉体A是由按质量百分比计的30％二氧化锰(MnO2)、56％四氧化三钴(Co3O4)和14％三氧化二镧(La2O3)组成；所述粉体B是由按质量百分比计的50％二氧化锰(MnO2)、40％二氧化镍(NiO2)和10％二氧化铈(CeO2)组成。
本发明所述的体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片中，热敏瓷片采用的材料在常规NTC热敏陶瓷材料配方基础上，增加了稀土元素镧(La)、铈(Ce)，并通过合理设计各组分的配比，使材料在烧结成型时能达到更加致密的微观结构，从而提高产品的阻值精度和B值精度。
经测试发现，所述体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片的阻值精度和B值精度均在±0.3％范围内，可满足0-70℃的温度范围内测温精度达到±0.1℃的要求。
本发明所述的体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片不仅适用于制作医用体温测量传感器，还适用于其他对宽温域内测温精度要求高的各种测温、控温、温度补偿场合中，应用范围广泛。
进一步地，所述热敏瓷片是由所述粉体A和粉体B依序经过分别球磨、混合后球磨、预烧、再次球磨、烧结而制成的。
通过先将不超过3种的金属氧化物分开球磨，再将所有金属氧化物混合球磨，并在预烧后再次球磨，能够增加球磨次数，并且使最终制得的粉体更加均匀、细致，有利于使热敏瓷片的晶粒致密、均匀、细小，从而提高热敏芯片产品的阻值精度和B值精度。
进一步地，所述金属电极的材料为贵金属。
进一步地，所述粉体A中的二氧化锰、四氧化三钴和三氧化二镧的纯度均达到分析纯级别，所述粉体B中的二氧化锰、二氧化镍和二氧化铈的纯度均达到分析纯级别。
本发明的另一目的在于，提供上述任一项所述的体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片的制作方法，该制作方法包括以下步骤：
(1)按配比称取二氧化锰、四氧化三钴和三氧化二镧混合，然后进行球磨、干燥、过筛，得到粉体A备用；
(2)按配比称取二氧化锰、二氧化镍和二氧化铈混合，然后进行球磨、干燥、过筛，得到粉体B备用；
(3)按配比将制备好的粉体A与粉体B混合，然后进行球磨、干燥、过筛、预烧，再采用行星球磨法进行球磨，接着进行干燥、过筛，得到NTC热敏陶瓷粉体备用；
(4)将制备好的NTC热敏陶瓷粉体压制成陶瓷锭，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；
(5)在陶瓷热敏基片的两表面印刷电极浆料，然后将陶瓷热敏基片与电极浆料紧密烧渗，得到表面设有金属电极层的陶瓷热敏基片；
(6)对表面设有金属电极层的陶瓷热敏基片进行划切，得到单个的所述体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片。
所述的制作方法步骤简单、易于实现，先将不超过3种的金属氧化物分开球磨，再将所有金属氧化物混合球磨，并在预烧后采用行星球磨法进行球磨，能够使制得的NTC热敏陶瓷粉体更加均匀、细致，有利于使热敏瓷片的晶粒致密、均匀、细小，从而提高热敏芯片产品的阻值精度和B值精度。
进一步地，步骤(3)中，采用行星球磨法进行球磨的时间为8-10小时。
进一步地，步骤(3)中，所述预烧的温度为900-1100℃，时间为3-5小时。
进一步地，步骤(4)中，所述压制为：将制备好的NTC热敏陶瓷粉体置于模具中，经5Mpa的压强压制成型后，再置于等静压机中，采用300-400Mpa的压强压制5-10分钟，释压后得到陶瓷锭。
进一步地，步骤(4)中，所述高温烧结为：先以1℃/min的速率升温至1200-1300℃，然后保温10-15小时，再以1℃/min的速率降至室温。
进一步地，步骤(6)具体为：测试表面设有金属电极层的陶瓷热敏基片的电阻率，按照测试结果和所需体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片的阻值计算出单个体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片的尺寸大小，然后对表面设有金属电极层的陶瓷热敏基片进行划切，得到单个的所述体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片。
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为本发明的体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1，其为本发明的体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片的结构示意图。
所述体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片包括热敏瓷片1、以及均匀覆盖在热敏瓷片1两表面的金属电极2。
所述热敏瓷片1是由按质量百分比计的30-60％粉体A和40-70％粉体B混合后烧结而成的，具体是由所述粉体A和粉体B依序经过分别球磨、混合后球磨、预烧、再次球磨、烧结而制成的。其中，所述粉体A是由按质量百分比计的30％二氧化锰、56％四氧化三钴和14％三氧化二镧组成；所述粉体B是由按质量百分比计的50％二氧化锰、40％二氧化镍和10％二氧化铈组成。
所述金属电极2的材料为贵金属，优选为银。
实施例一
本实施例制作体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片的步骤具体如下：
(1)制备粉体A：
按配比称取分析纯级别的二氧化锰、四氧化三钴和三氧化二镧混合，然后进行球磨、干燥、过筛，得到粉体A备用。
(2)制备粉体B：
按配比称取分析纯级别的二氧化锰、二氧化镍和二氧化铈混合，然后进行球磨、干燥、过筛，得到粉体B备用。
(3)制备NTC热敏陶瓷粉体：
按质量百分比将制备好的30％粉体A与70％粉体B混合，然后进行球磨、干燥、过筛，再以900-1100℃预烧3-5小时，然后将预烧后的粉料装入行星球磨机中球磨8-10小时，接着进行干燥、过筛，得到NTC热敏陶瓷粉体备用。
(4)成型烧结：
将制备好的NTC热敏陶瓷粉体置于模具中，经5Mpa的压强压制成型后，再置于等静压机中，采用300-400Mpa的压强压制5-10分钟，释压后得到陶瓷锭，然后将陶瓷锭高温烧结，烧结温度曲线为：先以1℃/min的速率升温至1200-1300℃，然后保温10-15小时，再以1℃/min的速率降至室温，再用内圆切割机对其进行切片，得到陶瓷热敏基片。
(5)设置电极：
在陶瓷热敏基片的两表面均匀印刷电极浆料(例如银浆)，然后将陶瓷热敏基片与电极浆料紧密烧渗，得到表面设有金属电极层的陶瓷热敏基片。
(6)测试电阻率、划切：
用高精度电阻测试仪测试整片表面设有金属电极层的陶瓷热敏基片的电阻率，按照测试结果、陶瓷热敏基片的厚度、及所需体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片的阻值，以电阻率计算公式算出单个体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片的尺寸大小，然后对表面设有金属电极层的陶瓷热敏基片进行划切，则陶瓷热敏基片被划切成热敏瓷片1，金属电极层被划切成金属电极2，得到单个的所述体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片。
本实施例制得的NTC热敏芯片的阻值精度和B值精度均在±0.3％范围内，可满足0-70℃的温度范围内测温精度达到±0.1℃的要求。
实施例二
本实施例制作体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片的步骤具体如下：
(1)制备粉体A：
按配比称取分析纯级别的二氧化锰、四氧化三钴和三氧化二镧混合，然后进行球磨、干燥、过筛，得到粉体A备用。
(2)制备粉体B：
按配比称取分析纯级别的二氧化锰、二氧化镍和二氧化铈混合，然后进行球磨、干燥、过筛，得到粉体B备用。
(3)制备NTC热敏陶瓷粉体：
按质量百分比将制备好的30％粉体A与70％粉体B混合，然后进行球磨、干燥、过筛，再以900-1100℃预烧3-5小时，然后将预烧后的粉料装入行星球磨机中球磨8-10小时，接着进行干燥、过筛，得到NTC热敏陶瓷粉体备用。
(4)成型烧结：
将制备好的NTC热敏陶瓷粉体置于模具中，经5Mpa的压强压制成型后，再置于等静压机中，采用300-400Mpa的压强压制5-10分钟，释压后得到陶瓷锭，然后将陶瓷锭高温烧结，烧结温度曲线为：先以1℃/min的速率升温至1200-1300℃，然后保温10-15小时，再以1℃/min的速率降至室温，再用内圆切割机对其进行切片，得到陶瓷热敏基片。
(5)设置电极：
在陶瓷热敏基片的两表面均匀印刷电极浆料(例如银浆)，然后将陶瓷热敏基片与电极浆料紧密烧渗，得到表面设有金属电极层的陶瓷热敏基片。
(6)测试电阻率、划切：
用高精度电阻测试仪测试整片表面设有金属电极层的陶瓷热敏基片的电阻率，按照测试结果、陶瓷热敏基片的厚度、及所需体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片的阻值，以电阻率计算公式算出单个体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片的尺寸大小，然后对表面设有金属电极层的陶瓷热敏基片进行划切，则陶瓷热敏基片被划切成热敏瓷片1，金属电极层被划切成金属电极2，得到单个的所述体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片。
本实施例制得的NTC热敏芯片的阻值精度和B值精度均在±0.3％范围内，可满足0-70℃的温度范围内测温精度达到±0.1℃的要求。
实施例三
本实施例制作体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片的步骤具体如下：
(1)制备粉体A：
按配比称取分析纯级别的二氧化锰、四氧化三钴和三氧化二镧混合，然后进行球磨、干燥、过筛，得到粉体A备用。
(2)制备粉体B：
按配比称取分析纯级别的二氧化锰、二氧化镍和二氧化铈混合，然后进行球磨、干燥、过筛，得到粉体B备用。
(3)制备NTC热敏陶瓷粉体：
按质量百分比将制备好的30％粉体A与70％粉体B混合，然后进行球磨、干燥、过筛，再以900-1100℃预烧3-5小时，然后将预烧后的粉料装入行星球磨机中球磨8-10小时，接着进行干燥、过筛，得到NTC热敏陶瓷粉体备用。
(4)成型烧结：
将制备好的NTC热敏陶瓷粉体置于模具中，经5Mpa的压强压制成型后，再置于等静压机中，采用300-400Mpa的压强压制5-10分钟，释压后得到陶瓷锭，然后将陶瓷锭高温烧结，烧结温度曲线为：先以1℃/min的速率升温至1200-1300℃，然后保温10-15小时，再以1℃/min的速率降至室温，再用内圆切割机对其进行切片，得到陶瓷热敏基片。
(5)设置电极：
在陶瓷热敏基片的两表面均匀印刷电极浆料(例如银浆)，然后将陶瓷热敏基片与电极浆料紧密烧渗，得到表面设有金属电极层的陶瓷热敏基片。
(6)测试电阻率、划切：
用高精度电阻测试仪测试整片表面设有金属电极层的陶瓷热敏基片的电阻率，按照测试结果、陶瓷热敏基片的厚度、及所需体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片的阻值，以电阻率计算公式算出单个体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片的尺寸大小，然后对表面设有金属电极层的陶瓷热敏基片进行划切，则陶瓷热敏基片被划切成热敏瓷片1，金属电极层被划切成金属电极2，得到单个的所述体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片。
本实施例制得的NTC热敏芯片的阻值精度和B值精度均在±0.3％范围内，可满足0-70℃的温度范围内测温精度达到±0.1℃的要求。
分别对本发明所述的体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片和现有的NTC热敏芯片进行性能测试，测得的阻值精度、B值精度、测温范围的结果对比如下表所示：
Figure BDA0001525798260000071
由上表可知，本发明所述的体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片的测温精度明显高于现有的NTC热敏芯片，且测温精度达到±0.1℃要求的测温范围也明显宽于现有的NTC热敏芯片。
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 (5)

1.一种体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片，包括热敏瓷片和设置在热敏瓷片两表面的金属电极，其特征在于：所述热敏瓷片是由按质量百分比计的30%粉体A和70%粉体B混合后烧结而成的；其中，所述粉体A是由按质量百分比计的30%二氧化锰、56%四氧化三钴和14%三氧化二镧组成；所述粉体B是由按质量百分比计的50%二氧化锰、40%二氧化镍和10%二氧化铈组成；
所述粉体A的制备步骤为：按配比称取二氧化锰、四氧化三钴和三氧化二镧混合，然后进行球磨、干燥、过筛，得到粉体A；
所述粉体B的制备步骤为：按配比称取分析二氧化锰、二氧化镍和二氧化铈混合，然后进行球磨、干燥、过筛，得到粉体B；
所述热敏瓷片的制备步骤为：按质量百分比将粉体A与粉体B混合，然后进行球磨、干燥、过筛，再以900-1100℃预烧3-5小时，然后将预烧后的粉料装入行星球磨机中球磨8-10小时，接着进行干燥、过筛，得到NTC热敏陶瓷粉体备用；将制备好的NTC热敏陶瓷粉体置于模具中，经5 MPa的压强压制成型后，再置于等静压机中，采用300-400 MPa的压强压制5-10分钟，释压后得到陶瓷锭，然后将陶瓷锭高温烧结，烧结温度曲线为：先以1℃/min的速率升温至1200-1300℃，然后保温10-15小时，再以1℃/min的速率降至室温，再用内圆切割机对其进行切片，得到所述热敏瓷片。
2.根据权利要求1所述的体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片，其特征在于：所述金属电极的材料为贵金属。
3.根据权利要求1所述的体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片，其特征在于：所述粉体A中的二氧化锰、四氧化三钴和三氧化二镧的纯度均达到分析纯级别，所述粉体B中的二氧化锰、二氧化镍和二氧化铈的纯度均达到分析纯级别。
4.权利要求1-3任一项所述的体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）按配比称取二氧化锰、四氧化三钴和三氧化二镧混合，然后进行球磨、干燥、过筛，得到粉体A备用；
（2）按配比称取二氧化锰、二氧化镍和二氧化铈混合，然后进行球磨、干燥、过筛，得到粉体B备用；
（3）按配比将制备好的粉体A与粉体B混合，然后进行球磨、干燥、过筛，再以900-1100℃预烧3-5小时，然后将预烧后的粉料装入行星球磨机中球磨8-10小时，接着进行干燥、过筛，得到NTC热敏陶瓷粉体备用；
（4）将制备好的NTC热敏陶瓷粉体压制成陶瓷锭，经5 MPa的压强压制成型后，再置于等静压机中，采用300-400 MPa的压强压制5-10分钟，释压后得到陶瓷锭，然后将陶瓷锭高温烧结，烧结温度曲线为：先以1℃/min的速率升温至1200-1300℃，然后保温10-15小时，再以1℃/min的速率降至室温，再用内圆切割机对其进行切片，得到陶瓷热敏基片；
（5）在陶瓷热敏基片的两表面印刷电极浆料，然后将陶瓷热敏基片与电极浆料紧密烧渗，得到表面设有金属电极层的陶瓷热敏基片；
（6）对表面设有金属电极层的陶瓷热敏基片进行划切，得到单个的所述体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片。
5.根据权利要求4所述的体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片的制作方法，其特征在于：步骤（6）具体为：测试表面设有金属电极层的陶瓷热敏基片的电阻率，按照测试结果和所需体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片的阻值计算出单个体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片的尺寸大小，然后对表面设有金属电极层的陶瓷热敏基片进行划切，得到单个的所述体温测量用宽温域高精度NTC热敏芯片。
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