CN109561525A - 一种电热水杯平板厚膜加热器及其制备方法 - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
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Abstract
本发明公开了一种电热水杯平板厚膜加热器及其制备方法，属于加热器领域，所述加热器包括基板层和介质层，所述介质层设置在基板层上，还包括电阻层、导体层、玻璃层和NTC层，所述电阻层和导体层均设置在介质层上，且电阻层和导体层在同一层面上，所述导体层连通电阻层，所述玻璃层设置在电阻层和导体层上，所述NTC层设置在玻璃层上并与导体层连接。通过设置了NTC层，从而使得更好的检测加热器的厚度，使得温度的监测控制精度更高，同时印刷多层介质层，使得绝缘的效果更好，并且设置了中心圆孔和弧形孔，更好的适应相应的加热水杯的使用，同时使用的NTC层，使得加热器的厚度更薄，更适合小物品的使用。
Description
技术领域
本发明涉及加热器领域，尤其涉及一种电热水杯平板厚膜加热器及其制备方法。
背景技术
目前厚膜热能印刷技术已逐渐成熟，具有导热性能佳、散热面积大和安全性能高的特点，但是对于流体加热的效率和性能还没有达到完全有效利用的设计要求。如现有技术中用来制作即热式热水器的厚膜加热器，它一般采单块加热板固定在即热式热水器的背板上，以避免加热板上厚膜电路与待加热流体之间的接触，同时保证厚膜加热器的供电需求以及避免漏电。又如现有技术中的电热水壶一般采用底盘加热方式，如发热管式的底盘加热和厚膜加热式的底盘加热，发热管式的底盘加热即在金属底盘上设置加热管，加热管的热量通过盘片传递给待加热液体
由于厚膜加热器使用的空间较小，传统的厚膜加热器使用的是传统的感应电路或者传感器，会使得在高温情况出现感应偏差大，不准确的情况。因此，需要设计出一种精度更高的厚膜加热器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电热水杯平板厚膜加热器及其制备方法，解决现有厚膜加热器精度不高的技术问题。该加热器的结构和形状均是根据用户的具体需求进行设计，根据相应的安装孔和结构更好的符合进行组装。
一种电热水杯平板厚膜加热器，包括基板层和介质层，所述介质层设置在基板层上，还包括电阻层、导体层、玻璃层和NTC层，所述电阻层和导体层均设置在介质层上，且电阻层和导体层在同一层面上，所述导体层连通电阻层，所述玻璃层设置在电阻层和导体层上，所述NTC层设置在玻璃层上并与导体层连接，所述NTC层为热敏传感器，用于检测厚膜加热器的温度，所述基板层、介质层、电阻层和玻璃层均是设置为圆形结构。
进一步地，所述介质层上设置有介质中心圆孔和边缘弧形孔，所述介质中心圆孔设置在介质层的中心位置，所述边缘弧形孔的个数为三个，等弧度的设置在介质层的边缘。
进一步地，所述电阻层由多根弧形的电阻线组成，电阻线与电阻线之间串联连接。
进一步地，所述导体层包括NTC电极、连接导线和电阻接口焊点，所述连接导线把弧形的电阻线间断处相互连接，所述电阻接口焊点设置在电阻层的中间位置。所述NTC电极一端与电阻接口焊点连接，另一端与NTC层连接。
进一步地，所述电阻接口焊点的个数为4个，其中两个的电阻接口焊点设置为电阻层的电流输入输出点，另外两个分别与NTC电极连接。
进一步地，所述玻璃层上设有玻璃中心圆孔、玻璃边缘弧形孔和导电孔，所述玻璃中心圆孔设置在介质中心圆孔的上端，并与介质中心圆孔连通，所述玻璃边缘弧形孔设置在边缘弧形孔的上端，并与边缘弧形孔连通，所述导电孔设置在电阻接口焊点的上方。
进一步地，所述NTC层的厚度为0.1-0.2mm，长度为1.8-2.5mm，宽度为1.8-2.2mm，所述NTC电极的厚度比电阻接口焊点厚度厚，并露出玻璃层上，所述NTC层与NTC电极连接。
一种电热水杯平板厚膜加热器的制备方法，所述制备方法包括如下步骤，
步骤1：根据相应产品的要求对基板层进行定模；
步骤2：使用印刷机通过丝网印刷在基板层上印刷第一介质层，放入850摄氏度的烧结炉内进行烧结，然后印刷第二介质层烧结后再印刷第三介质层，介质层的总厚度不小于80微米；
步骤3：使用网印刷在介质层上印刷电阻层，电阻层中的电阻线与电阻线之间的间隔为12微米-18微米；
步骤4：在介质层上印刷导体层，冷却后在电阻层和导体层上印刷玻璃层；
步骤5：待玻璃层硬结后，在玻璃层使用丝网印刷NTC层。
进一步地，所述步骤5中的具体过程为：
步骤5.1：获取所需的热敏电阻的电阻值，根据电阻材料的方阻和所需要的电阻值设计出热敏电阻体积大小；
设计热敏电阻体积大小的过程为：
所需的热敏电阻的电阻值为R，电阻材料的方阻为R1，则得到下式：
R＝R1*L/D
其中，L为热敏电阻的长度，D为热敏电阻的厚度，
得到热敏电阻的长度和宽度的关系式：
L/D＝R/R1
其中，R1＝ρ*L/(W*D)＝(ρ/D)*(L/W)；
W为热敏电阻的宽度，知道L为热敏电阻的长度和D为热敏电阻的厚度的关系后，根据设计需要确定其中一个值，另一个值也可以确定；
电阻材料使用的是型号为ESL NTC-2115的电阻浆料；
印刷电阻材料时，实际的印刷的长度比预先设计的热敏电阻的长度，预先设计的热敏电阻的长度为两个电极之间的距离；
步骤5.2：在导热绝缘层上需要印刷热敏电阻的区域进行除尘处理，使用丝网印刷技术把电阻材料印刷在导热绝缘层上；
步骤5.3：印刷好后，放入烧结炉进行烧结；
步骤5.4：烧结成型后，对成型的热敏电阻进行测量，当阻值与所需的热敏电阻的电阻值不同时，对烧结成型的热敏电阻进行修正；
测量成型的热敏电阻的阻值与预先所需的热敏电阻的电阻值进行比较，当比所需的热敏电阻的电阻值小时，根据公式：
L/D＝R2/R1
热敏电阻的长度L为已知固定值，电阻材料的方阻R1已知固定值，则把测量成型的热敏电阻的阻值R2改为预先所需的热敏电阻的电阻R时，则得到
L/D2＝R/R1
其中，D2为修正后热敏电阻的宽度，
根据需要修正的宽度大小采用激光雕刻，把热敏电阻两边的宽度进行激光高温雕刻挥发，得到需要的宽度D2；
当所需的热敏电阻的电阻值大时，放回烧结炉进行烧结，烧结完成后再测量成型的热敏电阻的阻值，如果还是大于预先所需的热敏电阻的电阻值时，循环上述烧结步骤，直到成型的热敏电阻的阻值大于预先所需的热敏电阻的电阻值，如果测量成型的热敏电阻的阻值与预先所需的热敏电阻的电阻值相同时，制备完成，如果成型的热敏电阻的阻值小于预先所需的热敏电阻的电阻值时，执行上述小于修正的步骤。
进一步地，所述步骤3中印刷电阻层中控制电阻层的厚度是通过前后重量对比，比预期的轻后，在原先的电阻层上再印刷一层薄的电阻层。
本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：
本发明通过设置了NTC层，从而使得更好的检测加热器的温度，使得温度的监测控制精度更高，同时印刷多层介质层，使得绝缘的效果更好，并且设置了中心圆孔和弧形孔，更好的适应相应的加热水杯的使用，同时使用的NTC层，使得加热器的厚度更薄，更适合小物品的使用；根据需要的阻值进行设计相应的印刷热敏电阻的长度和宽度，从而可以设计一个根据不同还用户的需求来设计的印刷制备方法，使得精度更高，效果更好，同时印刷的热敏电阻的厚度只有0.1-0.2mm，而传统的贴片电阻的厚度大于1mm，因此在厚度取得创新性的进步，更好的符合现代微电子的需求。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中编号：1-基板层、2-介质层、2.1-介质中心圆孔、2.2-边缘弧形孔、3-电阻层、3.1-电阻线、4-导体层、4.1-NTC电极、4.2-连接导线、4.3-电阻接口焊点、5-玻璃层、5.1-玻璃中心圆孔、5.2-玻璃边缘弧形孔、5.3-导电孔、6-NTC层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
如图1所示，根据本发明的一种电热水杯平板厚膜加热器结构示意图，包括基板层1和介质层2，所述介质层2设置在基板层1上，其特征在于：还包括电阻层3、导体层4、玻璃层5和NTC层6，所述电阻层3和导体层4均设置在介质层2上，且电阻层3和导体层4在同一层面上，所述导体层4连通电阻层3，所述玻璃层5设置在电阻层3和导体层4上，所述NTC层6设置在玻璃层5上并与导体层4连接。
基板层1作为支撑的作用，为金属材料制成。介质层2作为导热绝缘的作用。导体层4作为电流的输入和输出，并把电阻层3不连接的部位进行连接处理，同时作为温度的检测后输出点。
本发明实施例中，所述介质层2上设置有介质中心圆孔2.2和边缘弧形孔2.1，所述介质中心圆孔2.2设置在介质层2的中心位置，所述边缘弧形孔2.1的个数为三个，等弧度的设置在介质层2的边缘。
本发明实施例中，所述电阻层3由多根弧形的电阻线3.1组成，电阻线3.1与电阻线3.1之间串联连接。电阻层3中的电阻线3.1之间的间隔为十几微米，从而更好的防止电阻线3.1之间产生电弧等，形成更好的保护。
本发明实施例中，所述导体层4包括NTC电极4.1、连接导线4.2和电阻接口焊点4.3，所述连接导线4.2把弧形的电阻线3.1间断处相互连接，所述电阻接口焊点4.3设置在电阻层3的中间位置。所述NTC电极4.1一端与电阻接口焊点4.3连接，另一端与NTC层6连接。所述电阻接口焊点4.3的个数为4个，其中两个的电阻接口焊点4.3设置为电阻层3的电流输入输出点，另外两个分别与NTC电极4.1连接。
本发明实施例中，所述玻璃层上设有玻璃中心圆孔5.1、玻璃边缘弧形孔5.2和导电孔5.3，所述玻璃中心圆孔5.1设置在介质中心圆孔2.1的上端，并与介质中心圆孔2.1连通，所述玻璃边缘弧形孔5.2设置在边缘弧形孔2.2的上端，并与边缘弧形孔2.2连通，所述导电孔5.3设置在电阻接口焊点4.3的上方。
本发明实施例中，所述NTC层6的厚度为0.1-0.2mm，长度为1.8-2.5mm，宽度为1.8-2.2mm，所述NTC电极4.1的厚度比电阻接口焊点4.3厚度厚，并露出玻璃层5上，所述NTC层6与NTC电极4.1连接。
通过设置了NTC层，从而使得更好的检测加热器的厚度，使得温度的监测控制精度更高，同时印刷多层介质层，使得绝缘的效果更好，并且设置了中心圆孔和弧形孔，更好的适应相应的加热水杯的使用，同时使用的NTC层，使得加热器的厚度更薄，更适合小物品的使用；根据需要的阻值进行设计相应的印刷热敏电阻的长度和宽度，从而可以设计一个根据不同还用户的需求来设计的印刷制备方法，使得精度更高，效果更好，同时印刷的热敏电阻的厚度只有0.1-0.2mm，而传统的贴片电阻的厚度大于1mm，因此在厚度取得创新性的进步，更好的符合现代微电子的需求。
一种电热水杯平板厚膜加热器的制备方法，所述制备方法包括如下步骤，
步骤1：根据相应产品的要求对基板层1进行定模；
步骤2：使用印刷机通过丝网印刷在基板层1上印刷第一介质层2，放入850摄氏度的烧结炉内进行烧结，然后印刷第二介质层2烧结后再印刷第三介质层2，介质层2的总厚度不小于80微米；
步骤3：使用网印刷在介质层2上印刷电阻层3，电阻层3中的电阻线(3.1)与电阻线3.1之间的间隔为12微米-18微米；
步骤4：在介质层2上印刷导体层4，冷却后在电阻层3和导体层4上印刷玻璃层5；
步骤5：待玻璃层5硬结后，在玻璃层5使用丝网印刷NTC层6。
本发明实施例中，所述步骤5中的具体过程为：
步骤5.1：获取所需的热敏电阻的电阻值，根据电阻材料的方阻和所需要的电阻值设计出热敏电阻体积大小；
设计热敏电阻体积大小的过程为：
所需的热敏电阻的电阻值为R，电阻材料的方阻为R1，则得到下式：
R＝R1*L/D
其中，L为热敏电阻的长度，D为热敏电阻的厚度，
得到热敏电阻的长度和宽度的关系式：
L/D＝R/R1
其中，R1＝ρ*L/(W*D)＝(ρ/D)*(L/W)；
W为热敏电阻的宽度，知道L为热敏电阻的长度和D为热敏电阻的厚度的关系后，根据设计需要确定其中一个值，另一个值也可以确定；
电阻材料使用的是型号为ESL NTC-2115的电阻浆料；
印刷电阻材料时，实际的印刷的长度比预先设计的热敏电阻的长度，预先设计的热敏电阻的长度为两个电极之间的距离；
步骤5.2：在导热绝缘层上需要印刷热敏电阻的区域进行除尘处理，使用丝网印刷技术把电阻材料印刷在导热绝缘层上；
步骤5.3：印刷好后，放入烧结炉进行烧结；
步骤5.4：烧结成型后，对成型的热敏电阻进行测量，当阻值与所需的热敏电阻的电阻值不同时，对烧结成型的热敏电阻进行修正；
测量成型的热敏电阻的阻值与预先所需的热敏电阻的电阻值进行比较，当比所需的热敏电阻的电阻值小时，根据公式：
L/D＝R2/R1
热敏电阻的长度L为已知固定值，电阻材料的方阻R1已知固定值，则把测量成型的热敏电阻的阻值R2改为预先所需的热敏电阻的电阻R时，则得到
L/D2＝R/R1
其中，D2为修正后热敏电阻的宽度，
根据需要修正的宽度大小采用激光雕刻，把热敏电阻两边的宽度进行激光高温雕刻挥发，得到需要的宽度D2；
当所需的热敏电阻的电阻值大时，放回烧结炉进行烧结，烧结完成后再测量成型的热敏电阻的阻值，如果还是大于预先所需的热敏电阻的电阻值时，循环上述烧结步骤，直到成型的热敏电阻的阻值大于预先所需的热敏电阻的电阻值，如果测量成型的热敏电阻的阻值与预先所需的热敏电阻的电阻值相同时，制备完成，如果成型的热敏电阻的阻值小于预先所需的热敏电阻的电阻值时，执行上述小于修正的步骤。
本发明实施例中，所述步骤3中印刷电阻层3中控制电阻层3的厚度是通过前后重量对比，比预期的轻后，在原先的电阻层3上再印刷一层薄的电阻层3。
成型的热敏电阻的阻值，如果还是大于预先所需的热敏电阻的电阻值时，循环上述烧结步骤，直到成型的热敏电阻的阻值大于预先所需的热敏电阻的电阻值，如果测量成型的热敏电阻的阻值与预先所需的热敏电阻的电阻值相同时，制备完成，如果成型的热敏电阻的阻值小于预先所需的热敏电阻的电阻值时，执行上述小于修正的步骤。通过根据大小进行选择不同的修正步骤，直到达到需要的阻值。使得废品率非常低，也是解决了本领域的一个废品率高的重大技术问题。
激光雕刻的激光束的光斑的直径大小为0.1mm-0.2mm。激光雕刻时，电阻材料因为激光高温而挥发，使得雕刻的干净度非常长，因此电阻的精度更好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电热水杯平板厚膜加热器，包括基板层(1)和介质层(2)，所述介质层(2)设置在基板层(1)上，其特征在于：还包括电阻层(3)、导体层(4)、玻璃层(5)和NTC层(6)，所述电阻层(3)和导体层(4)均设置在介质层(2)上，且电阻层(3)和导体层(4)在同一层面上，所述导体层(4)连通电阻层(3)，所述玻璃层(5)设置在电阻层(3)和导体层(4)上，所述NTC层(6)设置在玻璃层(5)上并与导体层(4)连接，所述NTC层(6)为热敏传感器，用于检测厚膜加热器的温度，所述基板层(1)、介质层(2)、电阻层(3)和玻璃层(5)均是设置为圆形结构。
2.根据权利要求1所述的一种电热水杯平板厚膜加热器，其特征在于：所述介质层(2)上设置有介质中心圆孔(2.2)和边缘弧形孔(2.1)，所述介质中心圆孔(2.2)设置在介质层(2)的中心位置，所述边缘弧形孔(2.1)的个数为三个，等弧度的设置在介质层(2)的边缘。
3.根据权利要求2所述的一种电热水杯平板厚膜加热器，其特征在于：所述电阻层(3)由多根弧形的电阻线(3.1)组成，电阻线(3.1)与电阻线(3.1)之间串联连接。
4.根据权利要求3所述的一种电热水杯平板厚膜加热器，其特征在于：所述导体层(4)包括NTC电极(4.1)、连接导线(4.2)和电阻接口焊点(4.3)，所述连接导线(4.2)把弧形的电阻线(3.1)间断处相互连接，所述电阻接口焊点(4.3)设置在电阻层(3)的中间位置，所述NTC电极(4.1)一端与电阻接口焊点(4.3)连接，另一端与NTC层(6)连接。
5.根据权利要求4所述的一种电热水杯平板厚膜加热器，其特征在于：所述电阻接口焊点(4.3)的个数为4个，其中两个的电阻接口焊点(4.3)设置为电阻层(3)的电流输入输出点，另外两个分别与NTC电极(4.1)连接。
6.根据权利要求4所述的一种电热水杯平板厚膜加热器，其特征在于：所述玻璃层上设有玻璃中心圆孔(5.1)、玻璃边缘弧形孔(5.2)和导电孔(5.3)，所述玻璃中心圆孔(5.1)设置在介质中心圆孔(2.1)的上端，并与介质中心圆孔(2.1)连通，所述玻璃边缘弧形孔(5.2)设置在边缘弧形孔(2.2)的上端，并与边缘弧形孔(2.2)连通，所述导电孔(5.3)设置在电阻接口焊点(4.3)的上方。
7.根据权利要求6所述的一种电热水杯平板厚膜加热器，其特征在于：所述NTC层(6)的厚度为0.1-0.2mm，长度为1.8-2.5mm，宽度为1.8-2.2mm，所述NTC电极(4.1)的厚度比电阻接口焊点(4.3)厚度厚，并露出玻璃层(5)上，所述NTC层(6)与NTC电极(4.1)连接。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种电热水杯平板厚膜加热器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤，
步骤1：根据相应产品的要求对基板层(1)进行定模；
步骤2：使用印刷机通过丝网印刷在基板层(1)上印刷第一介质层(2)，放入850摄氏度的烧结炉内进行烧结，然后印刷第二介质层(2)烧结后再印刷第三介质层(2)，介质层(2)的总厚度不小于80微米；
步骤3：使用网印刷在介质层(2)上印刷电阻层(3)，电阻层(3)中的电阻线(3.1)与电阻线(3.1)之间的间隔为12微米-18微米；
步骤4：在介质层(2)上印刷导体层(4)，冷却后在电阻层(3)和导体层(4)上印刷玻璃层(5)；
步骤5：待玻璃层(5)硬结后，在玻璃层(5)使用丝网印刷NTC层(6)。
9.根据权利要求8所述的一种电热水杯平板厚膜加热器的制备方法，其特征在于，所述步骤5中的具体过程为：
步骤5.1：获取所需的热敏电阻的电阻值，根据电阻材料的方阻和所需要的电阻值设计出热敏电阻体积大小；
设计热敏电阻体积大小的过程为：
所需的热敏电阻的电阻值为R，电阻材料的方阻为R1，则得到下式：
R＝R1*L/D
其中，L为热敏电阻的长度，D为热敏电阻的厚度，
得到热敏电阻的长度和宽度的关系式：
L/D＝R/R1
其中，R1＝ρ*L/(W*D)＝(ρ/D)*(L/W)；
W为热敏电阻的宽度，知道L为热敏电阻的长度和D为热敏电阻的厚度的关系后，根据设计需要确定其中一个值，另一个值也可以确定；
电阻材料使用的是型号为ESL NTC-2115的电阻浆料；
印刷电阻材料时，实际的印刷的长度比预先设计的热敏电阻的长度，预先设计的热敏电阻的长度为两个电极之间的距离；
步骤5.2：在导热绝缘层上需要印刷热敏电阻的区域进行除尘处理，使用丝网印刷技术把电阻材料印刷在导热绝缘层上；
步骤5.3：印刷好后，放入烧结炉进行烧结；
步骤5.4：烧结成型后，对成型的热敏电阻进行测量，当阻值与所需的热敏电阻的电阻值不同时，对烧结成型的热敏电阻进行修正；
测量成型的热敏电阻的阻值与预先所需的热敏电阻的电阻值进行比较，当比所需的热敏电阻的电阻值小时，根据公式：
L/D＝R2/R1
热敏电阻的长度L为已知固定值，电阻材料的方阻R1已知固定值，则把测量成型的热敏电阻的阻值R2改为预先所需的热敏电阻的电阻R时，则得到L/D2＝R/R1
其中，D2为修正后热敏电阻的宽度，
根据需要修正的宽度大小采用激光雕刻，把热敏电阻两边的宽度进行激光高温雕刻挥发，得到需要的宽度D2；
当所需的热敏电阻的电阻值大时，放回烧结炉进行烧结，烧结完成后再测量成型的热敏电阻的阻值，如果还是大于预先所需的热敏电阻的电阻值时，循环上述烧结步骤，直到成型的热敏电阻的阻值大于预先所需的热敏电阻的电阻值，如果测量成型的热敏电阻的阻值与预先所需的热敏电阻的电阻值相同时，制备完成，如果成型的热敏电阻的阻值小于预先所需的热敏电阻的电阻值时，执行上述小于修正的步骤。
10.根据权利要求8所述的一种电热水杯平板厚膜加热器的制备方法，其特征在于，所述步骤3中印刷电阻层(3)中控制电阻层(3)的厚度是通过前后重量对比，比预期的轻后，在原先的电阻层(3)上再印刷一层薄的电阻层(3)。
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