CN108901091A - 一种不锈钢基底厚膜发热元件制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种不锈钢基底厚膜发热元件制备方法，包括以下步骤：在预设尺寸的平板状基片上采用丝网印刷工艺印刷绝缘介质料浆，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述绝缘介质料浆形成绝缘层；在所述绝缘层上采用丝网印刷工艺印刷发热电阻料浆，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述发热电阻料浆形成电阻层；在所述绝缘层上采用丝网印刷工艺印刷导体料浆，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述导体料浆形成导体层；在所述绝缘层、电阻层及导体层上采用丝网印刷工艺印刷覆盖浆料，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述覆盖料浆形成覆盖层。该方案很好地解决了生产效率低、能源高的问题，生产效率大幅提高并节约了电能。
Description
技术领域
本发明涉及厚膜发热技术领域，尤其是一种不锈钢基底厚膜发热元件制备方法。
背景技术
现有的厚膜发热主体，印刷在导热管表面的各工作层均通过高温烧结工艺固结，每层的烧结时间大约在60～80分钟，其中在150℃加热约20～30分钟，在850℃加热约30～40分钟。传统的烧结工艺对厚膜发热元件的不锈钢基底原材料的质量要求较高(例如碳、锰等元素含量的标准)，同时对烧结时间和温度控制的要求也比较高。如果原材料、烧结时间和烧结温度的任一环节不符合标准或控制不好，则厚膜中的界面结合强度就会大大降低，直接导致工作层开裂，甚至会从不锈钢基底上脱落，而不同批次的不锈钢原材料很难做到完全一致，这样就会造成大量的原材料及工作层浆料的浪费。烧结时间长，则生产效率较低、能耗大。
发明内容
本发明提供一种不锈钢厚膜发热元件制备方法，用于克服现有技术存在的对原材料要求高、生产效率低、能耗高等缺点，可以降低产品对原材料的要求，缩短烧制时间，提高生产效率并大大降低能耗。
为实现上述目的，本发明提出一种不锈钢基底厚膜发热元件制备方法，包括以下步骤：
步骤1，采用丝网印刷工艺在预设尺寸的平板状基片上印刷绝缘介质料浆，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述绝缘介质料浆形成绝缘层；
步骤2，采用丝网印刷工艺在所述绝缘层上印刷发热电阻料浆，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述发热电阻料浆形成电阻层；
步骤3，采用丝网印刷工艺在所述绝缘层上印刷导体料浆，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述导体料浆形成导体层；
步骤4，采用丝网印刷工艺在所述绝缘层、电阻层及导体层上印刷覆盖浆料，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，所述覆盖料浆形成覆盖层。
本发明提供的不锈钢基底厚膜发热元件制备方法，将烘干、烧结的时间从原来的60～80分钟缩短到20～30分钟时，不锈钢基体与绝缘层的界面结合强度、各工作层的界面结合强度以及绝缘层的绝缘强度都得到显著提高，并且不锈钢基体与绝缘层的界面结合强度不依赖于不锈钢材质本身的各种微量元素含量。相对于现有的技术，本方法中每一层的烧结周期缩短了2/3，生产效率提高了10倍以上，并且大大降低了能耗，消除了产品对原材料的高质量要求，提高了产品的合格率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其它的附图。
图1为发明实施例一提供的不锈钢基底厚膜发热元件制备方法的流程。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出了一种不锈钢基底厚膜发热元件制备方法。
实施例一
请参照图1，本发明提供一种不锈钢基底厚膜发热元件制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，采用丝网印刷工艺在预设尺寸的平板状基片上印刷绝缘介质料浆，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述绝缘介质料浆形成绝缘层；
步骤S2，采用丝网印刷工艺在所述绝缘层上印刷发热电阻料浆，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述发热电阻料浆形成电阻层；
步骤S3，采用丝网印刷工艺在所述绝缘层上印刷导体料浆，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述导体料浆形成导体层；
步骤S4，采用丝网印刷工艺在所述绝缘层、电阻层及导体层上印刷覆盖浆料，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述覆盖料浆形成覆盖层。
本发明提供的不锈钢厚膜发热元件制备方法，将烘干、烧结的时间从原来的60～80分钟缩短到20～30分钟时，不锈钢基体与绝缘层的界面结合强度、以及各工作层的界面结合强度以及绝缘层的绝缘强度都得到显著提高，并且不锈钢基体与绝缘层间的界面结合强度不依赖于不锈钢材质本身的各种微量元素的含量。相对于现有技术，每一层的烧结周期缩短了2/3，生产效率提高了10倍以上，并且大大降低了能耗，消除了产品对原材料的高质量要求，提高了产品的合格率。
实施例二
所述步骤1包括：
步骤11，采用丝网印刷工艺在预设尺寸的平板状基片上印刷绝缘介质料浆，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述绝缘介质料浆形成第一层绝缘层；
步骤12，采用丝网印刷工艺在所述第一层绝缘层上印刷绝缘介质料浆，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述绝缘介质料浆形成第二层绝缘层；
步骤13，采用丝网印刷工艺在所述第二层绝缘层上印刷绝缘介质料浆，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，所使述绝缘介质料浆形成第三层绝缘层；
步骤14，在所述第三层绝缘层上采用丝网印刷工艺印刷绝缘介质料浆，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述绝缘介质料浆形成第四层绝缘层；
所述第一层绝缘层、第二层绝缘层、第三层绝缘层及第四层绝缘层共同形成所述绝缘层。
为增加绝缘性能，绝缘层通过四次印刷烧制而成。
优选地，在上述实施例的基础上，制备方法还包括：
步骤5，所述导体层中的其中一根导体线的两端均预留有裸露于所述封装层外的连接端，其中一个连接端用于连接所述导电线，在另外一个连接端上印刷热敏电阻浆料，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述热敏电阻浆料形成NTC层；
步骤6，采用丝网印刷工艺在所述NTC层及覆盖层上印刷包封浆料，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述包封浆料形成包封层。
NTC层用于在厚膜发热元件上形成温度传感器，测量不锈钢基底内部介质温度，便于实施高精度的温度控制。
优选地，所述步骤1～步骤6中的所述温度曲线包括：
在220℃恒温烧结3～5分钟；
停止加热，自然冷却至室温并保持2～3分钟；
在850℃恒温烧结3～5分钟。
每个烧制周期都按照上述温度曲线进行，通过实验结果表明，不锈钢基底与绝缘层界面之间的结合强度以及绝缘强度均显著增加，从而克服了传统技术认为的“烧制时间越长，界面间结合强度及绝缘层的绝缘强度越高”的技术偏见，具体参考以下实验数据：
不同烧制时间段下界面间结合强度及绝缘层的绝缘强度检测
实施例三
所述电阻层包括多个呈条形的电阻带，所述电阻带彼此平行排列；
所述导体层由银制成，呈线状并间隔分布于所述绝缘层上，每条所述导体线的一端与所述电阻带连接，另一端裸露于所述包装层外，用于与一根导电线焊接；所述导电线由银或铜制成；
还包括：
步骤7，将所述导电线的连接端置于所述导体线的连接端上；
步骤8，将纳米银焊膏涂覆在所述导电线连接端及所述导体线连接端上；
步骤9，通过速热设备加热所述纳米银焊膏，完成所述导电线与导体线的焊接。所述速热设备包括激光加热设备、微波加热设备、光波加热设备、等离子激活加热设备、活化区加热设备中的一种。
采用纳米银膏焊接，并且在焊接过程中不会导致导体层的破坏，在确保厚膜发热元件使用寿命不受影响的情况下，将厚膜发热元件的工作温度由原来的260℃提高到450℃～950℃，显著提高了发热效率，大大缩短了加热时间，能够满足介质工作温度更高的领域的需求。
所述步骤7具体包括：
步骤71，将所述半成品固定在工作台上；
步骤72，通过工装固定所述导电线远离连接端的一端；
步骤73，调整工装使所述导电线的连接端落在所述半成品上所述导体线的连接端，使所述导电线连接端覆盖一部分所述导体线连接端。
所述步骤9包括：
步骤91，所述速热设备选用激光加热设备，调整激光加热设备参数，使得激光束的光斑聚焦于所述导电线连接端及所述导体线连接端上的纳米银焊膏；
步骤92，加热温度为260℃～320℃；
步骤93，加热时间为3～10秒。
利用激光设备加热纳米银膏时温升快、烧结速度高，显著缩短了由低温区到高温区所需的时间，使纳米颗粒没有足够时间发生表面扩散，从而也就大大降低了纳米银膏的非致密化扩散行为；当进入高温区时，致密化扩散(例如晶界/晶格扩散)就会占据主导地位，使得纳米颗粒发生致密化扩散，从而获得很高的烧结密度，且焊点的体积很小。
所述步骤9中的纳米银焊膏中包含有固体状纳米银颗粒和胶体状有机物质；其中：
所述纳米银颗粒的含量在70wt％～90wt％之间；
所述纳米银颗粒的粒度在30nm～60nm之间；
所述有机物质包括脂肪酸分散剂、带有长链的聚合物粘结剂和包含短的碳氢链的聚合物稀释剂。采用激光加热设备将上述组份的纳米银膏与铜导线或与银导线快速焊接，可得到高质量的银焊点，其工作温度能够达到银的熔点(约950℃)，大幅提高了厚膜发热元件的工作温度。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其它相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种不锈钢基底厚膜发热元件制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在预设尺寸的平板状基片上采用丝网印刷工艺印刷绝缘介质料浆，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述绝缘介质料浆形成绝缘层；
步骤2，在所述绝缘层上丝网印刷工艺印刷发热电阻料浆，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述发热电阻料浆形成电阻层；
步骤3，在所述绝缘层上丝网印刷工艺印刷导体料浆，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述导体料浆形成导体层；
步骤4，在所述绝缘层、电阻层及导体层上丝网印刷工艺印刷覆盖浆料，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述覆盖料浆形成覆盖层。
2.根据权利要求1所述的不锈钢基底厚膜元件制备方法，其特征在于，所述步骤1包括：
步骤11，在预设尺寸的平板状基片上采用丝网印刷工艺印刷绝缘介质料浆，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述绝缘介质料浆形成第一层绝缘层；
步骤12，在所述第一层绝缘层上采用丝网印刷工艺印刷绝缘介质料浆，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述绝缘介质料浆形成第二层绝缘层；
步骤13，在所述第二层绝缘层上采用丝网印刷工艺印刷绝缘介质料浆，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述绝缘介质料浆形成第三层绝缘层；
步骤14，在所述第三层绝缘层上采用丝网印刷工艺印刷绝缘介质料浆，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述绝缘介质料浆形成第四层绝缘层；
所述第一层绝缘层、第二层绝缘层、第三层绝缘层及第四层绝缘层共同形成所述绝缘层。
3.根据权利要求2所述的不锈钢基底厚膜元件制备工艺，其特征在于，还包括：
步骤5，所述导体层中的其中一根导体线的两端均预留有裸露于所述封装层外的连接端，其中一个连接端用于连接所述导电线，在另外一个连接端上印刷热敏电阻浆料，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述热敏电阻浆料形成NTC层；
步骤6，在所述NTC层及覆盖层上采用丝网印刷工艺印刷包封浆料，按照预设的温度曲线烘干、烧结20～25分钟，使所述包封浆料形成包封层。
4.根据权利要求1～3任一项所述的不锈钢基底厚膜元件制备工艺，其特征在于，所述步骤1～步骤6中的所述温度曲线包括：
在220℃恒温烧结3～5分钟；
停止加热，自然冷却至室温并保持2～3分钟；
在850℃恒温烧结，3～5分钟。
5.根据权利要求4所述的不锈钢基底厚膜元件制备方法，其特征在于：
所述电阻层包括多个呈条形的电阻带，所述电阻带彼此平行排列；
所述导体层由银制成，呈线状并间隔分布于所述绝缘层上，每条所述导体线的一端与所述电阻带连接，另一端裸露所述包装层外用于与一根导电线焊接；所述导电线由银或铜制成；
还包括：
步骤7，将所述导电线的连接端置于所述导体线的连接端上；
步骤8，将纳米银焊膏涂覆在所述导电线连接端及所述导体线连接端上；
步骤9，采用速热设备加热所述纳米银焊膏，完成所述导电线与导体线间的焊接。所述速热设备包括激光加热设备、微波加热设备、光波加热设备、等离子激活加热设备、活化区加热设备中的一种。
6.根据权利要求5所述的不锈钢基底厚膜元件制备方法，其特征在于，所述步骤7包括：
步骤71，将所述半成品固定在工作台太上；
步骤72，通过工装固定所述导电线远离连接端的一端；
步骤73，调整工装，使所述导电线的连接端落在所述半成品上所述导体线的连接端，所述导电线连接端覆盖一部分所述导体线连接端。
7.根据权利要求5所述的不锈钢基底厚膜元件制备方法，其特征在于，所述步骤9包括：
步骤91，所述速热设备选用激光加热设备，调整激光加热设备参数，使得激光束的光斑聚焦于所述导电线连接端及所述导体线连接端上的纳米银焊膏；
步骤92，加热温度为260℃～320℃；
步骤93，加热时间为3～10秒。
8.根据权利要求5～7任一项所述的不锈钢基底厚膜元件制备方法，其特征在于，所述步骤9中的纳米银焊膏中包含固体状纳米银颗粒和胶体状有机物质；其中：
所述纳米银颗粒的含量在70wt％～90wt％之间；
所述纳米银颗粒的粒度在30nm～60nm之间；
所述有机物质包括脂肪酸分散剂、带有长链的聚合物粘结剂和包含短的碳氢链的聚合物稀释剂。
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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