CN110401989A - 提高微晶玻璃基底上薄膜电极引出线工作稳定性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于玻璃基底发热涂层材料技术领域，具体涉及一种提高微晶玻璃基底上薄膜电极引出线工作稳定性的方法。其不但保证了微晶电极与引出线接触良好，还使得抗拉强度增强。本发明采用的步骤为：首先是基底处理，使用绿光或紫外激光装置，在微晶玻璃基底需要设置引出线位置进行强激光辐照和刻蚀，形成类灌胶孔形状的特定刻蚀孔；然后进行真空薄膜电极沉积，或者印刷涂敷金属电极，使得金属电极延伸到刻蚀孔内；接着将金属接线置于刻蚀孔，采用金属焊接的方法进行熔接；最后采用相近膨胀系数的玻璃粉进行表面涂敷，在含氮气氛围内低温烘烤半小时进行烧结固化，形成一个接触稳定、抗拉强度大的引出线。
Description
技术领域
本发明属于玻璃基底发热涂层材料技术领域，具体涉及一种提高微晶玻璃基底上薄膜电极引出线工作稳定性的方法。
背景技术
微晶玻璃(CRYSTOE and NEOPARIES)又称微晶玉石或陶瓷玻璃，是无机非金属材料。其制作工艺是通过添加有晶核剂(或不加晶核剂)的特定组成的基础玻璃，在一定温度制度下进行晶化热处理，在玻璃内均匀地析出大量的微小晶体，形成致密的微晶相和玻璃相的多相复合体。通过控制微晶的种类数量、尺寸大小等，可以获得透明微晶玻璃、膨胀系数为零的微晶玻璃、表面强化微晶玻璃、不同色彩或可切削微晶玻璃。
微晶玻璃具有玻璃和陶瓷的双重特性，普通玻璃内部的原子排列是没有规则的，这也是玻璃易碎的原因之一。而微晶玻璃像陶瓷一样，由晶体组成，也就是说，它的原子排列是有规律的。所以，微晶玻璃比陶瓷的亮度高，比玻璃韧性强。由于微晶玻璃具有强度高、韧性好，而且膨胀系数低、不易裂的特点；因此，非常适用于高温基底，其可以广泛应用于耐高温、耐腐蚀的化学仪器、化工、电子、冶金、工业加热组件以及国防等领域。
微晶玻璃被用作发热体的基底材料，是将加热涂层材料以直接涂敷、印刷等形式附着在微晶玻璃表面，其电极则是将金属靶材通过真空镀膜技术沉积到发热涂层表面上；或者是采用将金属浆料印刷或直接涂敷的方法，在发热涂层表面形成电极。形成电极后，电极引出线一般是采用焊接法进行焊接，因焊接材料的热膨胀系数不同，长时间工作后，容易导致焊盘脱落，引发电路的断路问题。
为了解决上述问题，现有方法采用弹性组件夹持的方法，即设计电极夹，或者采用工装，使微晶玻璃上的电极压接引出线端子，以弹性形变的方法实现紧密接触，达到引出电极线的目的。这种方法，由于界面结合力弱，在使用一段时间后，容易出现触电氧化或者疲劳接触，导致触电打火，从而引发接触不良，甚至安全事故；另外，引出线因为接触力弱，稍有外力牵引，就会造成引出线脱离电极。因此，急需一种能够使微晶玻璃基底上电极引出线长期稳定工作的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明为防止微晶玻璃基底上电极引出线处的触点接触不良、触电打火或者引出线脱离电极等引起的安全事故及断路问题，提供一种提高微晶玻璃基底上薄膜电极引出线工作稳定性的方法，其不但保证了微晶电极与引出线接触良好，还使得抗拉强度增强。
为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：提高微晶玻璃基底上薄膜电极引出线工作稳定性的方法步骤为：
首先是基底处理，使用绿光或紫外激光装置，在微晶玻璃基底需要设置引出线位置进行强激光辐照和刻蚀，形成类灌胶孔形状的特定刻蚀孔；
然后进行真空薄膜电极沉积，或者印刷涂敷金属电极，使得金属电极延伸到刻蚀孔内；接着将金属接线置于刻蚀孔，采用金属焊接的方法进行熔接；
最后采用相近膨胀系数的玻璃粉进行表面涂敷，在含氮气氛围内低温烘烤半小时进行烧结固化，形成一个接触稳定、抗拉强度大的引出线。
具体包括以下步骤：
1)准备材料：
首先将微晶玻璃板浸泡在去离子水中，超声波清洗5min，然后采用丙酮和无水乙醇的混合溶液，再次进行超声波清洗10min，清洗结束后，用氮气吹干备用；
2)刻蚀孔处理：
使用532nm或355nm强激光，在微晶玻璃板需要设置引出线位置辐照，进行逐层刻蚀，形成直径0.5-5mm不等的盲孔；孔深度0.2-1.0mm；使用旋转电机，带动微晶玻璃板，倾斜15-30°，然后调整激光作用方法，再次在盲孔底部边缘进行辐照，对盲孔底部进行刻蚀；最终形成类灌胶孔状的特定刻蚀孔；对刻蚀完成的刻蚀孔进行超声波清洗10min，清洗结束后，用氮气吹干备用；
3)涂覆发热涂层：
将涂层发热材料，均匀涂敷在微晶玻璃基底的发热区域，经过自然晾晒、风干及低温烘烤烧结后，自然冷却；
4)电极制作：
将涂敷完发热涂层的微晶玻璃板，采用真空镀膜技术进行薄膜电极制作，或采用金属浆料直接印刷涂敷的方法，形成薄膜电极；
5)引出线导线处理：
将导线一端先浸锡处理，然后放入刻蚀孔；采用锡焊金属焊接方法，将导线与刻蚀孔内的薄膜电极焊接在一起；然后，将低温玻璃粉经稀释搅拌后形成的膏状涂敷在刻蚀孔上，涂敷厚度100-300um；然后在130℃-350℃左右的温度下进行烘烤，使低温玻璃粉重新凝固在微晶玻璃表面形成一体，从而实现固化的作用。
所述的步骤2)中激光功率5-10W以上，激光能量密度10J/cm2以上。
所述的步骤3)中涂层厚度50-200um；烘烤温度为350℃-550℃。
所述的步骤4)中金属电极延伸到刻蚀孔内，薄膜电极的厚度50-200um。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1、本发明方法首先使用激光微加工，先激光刻蚀直径为0.5-5mm，深度为0.2-1.0m不等的深盲孔，然后倾斜夹具一定角度，并采用旋转激光刻蚀，形成类似灌胶孔状的特定刻蚀孔；
2、本发明方法金属电极与导线焊接时的熔融金属浆料会渗入底部，使得金属熔融浆料在底部的体积大于顶部的体积，在刻蚀孔内形成“垂滴”焊盘结构，焊盘与微晶玻璃基底相互嵌入，从而保证引出线牢靠度变大，抗拉强度增大；
3、本发明方法处理后的刻蚀孔，经涂覆低温玻璃粉浆料后，形成厚度300um左右的涂覆层，再经过低温烧结后，低温玻璃粉浆料与微晶玻璃基底、刻蚀孔内的引出线等形成一体化，既能进一步防止焊接部位的氧化，还能对刻蚀孔及引出线形成保护，提升引出线在长期高温环境下的稳定性；
4、本发明方法操作简单、可靠、易于工业化大规模实现。
附图说明
图1是本发明激光深盲孔刻蚀的装置示意图；
图2是本发明激光灌胶孔刻蚀的示意图；
图3是本发明薄膜电极制作示意图；
图4是本发明导线放置示意图；
图5是本发明导线与电极焊接示意图；
图6是本发明低温玻璃粉封接示意图。
图中：1-工装夹具底板，2-定位销，3-微晶玻璃板，4-激光刻蚀深盲孔，5-激光头，6-刻蚀激光，7-旋转电机，8-激光刻蚀灌胶孔，9-薄膜电极，10-引出导线，11-导线与电极焊接块，12-低温玻璃封接层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种提高微晶玻璃基底上薄膜电极引出线工作稳定性的方法，首先是基底处理，使用绿光或紫外激光装置，在微晶玻璃基底需要设置引出线位置进行强激光辐照和刻蚀，形成类灌胶孔形状的特定刻蚀孔；然后进行真空薄膜电极沉积，或者印刷涂敷金属电极，使得金属电极延伸到刻蚀孔内；接着将金属接线置于刻蚀孔，采用金属焊接的方法进行熔接；最后采用相近膨胀系数的玻璃粉进行表面涂敷，在含氮气氛围内低温烘烤半小时进行烧结固化，形成一个接触稳定、抗拉强度大的引出线。
实施例一：
一种提高微晶玻璃基底上薄膜电极引出线工作稳定性的方法的具体步骤为：
步骤一：准备材料：
首先将3mm厚的微晶玻璃板浸泡在去离子水中，超声波清洗5min，然后采用丙酮和无水乙醇的混合溶液，再次进行超声波清洗10min，清洗结束后，用氮气吹干备用；
步骤二：刻蚀孔处理(参见图1)：
将微晶玻璃基底3通过定位销2紧固在工装夹具底板1上，使用532nm强激光的激光头5，在微晶玻璃板需要设置引出线位置，使用刻蚀激光6进行激光辐照，进行逐层刻蚀，形成直径3mm不等的盲孔4；盲孔4的深度1.0mm；调整工装夹具底板1，使其与刻蚀激光6呈15°夹角(参见图2)，然后使用旋转电机7，带动微晶玻璃基座3旋转，然后调整激光能量，利用激光头5出射刻蚀激光6，再次对深盲孔4底部边缘进行辐照，对深盲孔4底部进行刻蚀；最终形成激光刻蚀灌胶孔；对刻蚀完成的刻蚀孔进行超声波清洗10min，清洗结束后，用氮气吹干备用；
上述激光功率10W以上，激光能量密度10J/cm2以上；
步骤三：涂覆发热涂层：
将厚度为100μm涂层发热材料，均匀涂敷在微晶玻璃基底的发热区域，经过自然晾晒、风干及烘烤(烘烤温度为250℃)1.5小时后，自然冷却；
步骤四：电极制作：
将涂敷完发热涂层的微晶玻璃基底3，采用真空镀膜技术进行薄膜电极制作，或采用金属浆料直接印刷涂敷的方法，形成薄膜电极9(参见图3)；金属电极延伸到刻蚀孔内，薄膜电极的厚度100μm；
步骤五：引出线导线处理：
将引出导线10一端先浸锡处理，然后放入刻蚀孔8内(参见图4)；采用锡焊等金属焊接方法，将导线与刻蚀孔内的薄膜电极焊接在一起(参见图5)，形成导线与电极焊接块11；然后，将低温玻璃粉经稀释搅拌后形成的膏状涂敷在刻蚀孔上，涂敷厚度100μm；然后在130℃左右的低温下进行烘烤，使低温玻璃粉重新凝固在微晶玻璃表面形成一体，形成低温玻璃封接层12(参见图6)，从而实现固化的作用。
实施例二：
步骤一、准备材料：
首先将5mm厚的微晶玻璃板浸泡在去离子水中，超声波清洗5min，然后使用丙酮和无水乙醇的混合溶液，再次进行超声波清洗10min，清洗结束后，用氮气吹干备用；
步骤二、刻蚀孔处理(参见图1)：
将微晶玻璃基底3通过定位销2紧固在工装夹具底板1上，在使用355nm强激光的激光头5，在微晶玻璃板需要设置引出线位置，使用刻蚀激光6进行激光辐照，进行逐层刻蚀，形成直径2mm的盲孔4，盲孔4的深度0.8mm；调整工装夹具底板1，使其与刻蚀激光6呈30°夹角(参见图2)，然后使用旋转电机7，带动微晶玻璃基底3旋转，然后调整激光能量，利用激光头5出射刻蚀激光6，再次在深盲孔4底部边缘进行辐照，对深盲孔4底部进行刻蚀；最终形成了激光刻蚀灌胶孔8；对刻蚀完成的刻蚀孔进行超声波清洗10min，清洗结束后，用氮气吹干备用；
上述激光功率8W以上，激光能量密度10J/cm2以上；
步骤三、涂覆发热涂层：
将涂层发热材料，均匀涂敷在微晶玻璃基底的发热区域，涂层厚度200um；经过自然晾晒、风干及烘烤(温度350℃)后，自然冷却；
步骤四、电极制作：
将涂敷完发热涂层的微晶玻璃基底3，采用真空镀膜技术进行薄膜电极制作，也可以采用金属浆料直接印刷涂敷的方法，形成薄膜电极9(参见图3)，要求金属电极要延伸到刻蚀孔内。薄膜电极的厚度150um；
步骤五、引出线导线处理：
将引出导线10一端先浸锡处理，然后放入刻蚀孔8内(参见图4)；采用锡焊等金属焊接方法，将导线与刻蚀孔内的薄膜电极焊接在一起(参见图5)，形成导线与电极焊接块11；然后，将低温玻璃粉经稀释搅拌后，形成膏状，涂敷在刻蚀孔上，涂敷厚度200um；采用130℃左右的低温进行烘烤，使低温玻璃粉重新凝固，在微晶玻璃表面形成一体，形成低温玻璃封接层12(参见图6)，从而实现固化的作用。
实施例三：
一种提高微晶玻璃基底上薄膜电极引出线工作稳定性的方法的具体步骤为：
步骤一：准备材料：
首先将3mm厚的微晶玻璃板浸泡在去离子水中，超声波清洗5min，然后采用丙酮和无水乙醇的混合溶液，再次进行超声波清洗10min，清洗结束后，用氮气吹干备用；
步骤二：刻蚀孔处理(参见图1)：
将微晶玻璃基底3通过定位销2紧固在工装夹具底板1上，使用355nm强激光的激光头5，在微晶玻璃板需要设置引出线位置，使用刻蚀激光6进行激光辐照，进行逐层刻蚀，形成直径5mm不等的盲孔4；盲孔4的深度0.6mm；调整工装夹具底板1，使其与刻蚀激光6呈20°夹角(参见图2)，然后使用旋转电机7，带动微晶玻璃基座3旋转，然后调整激光能量，利用激光头5出射刻蚀激光6，再次对深盲孔4底部边缘进行辐照，对深盲孔4底部进行刻蚀；最终形成激光刻蚀灌胶孔；对刻蚀完成的刻蚀孔进行超声波清洗10min，清洗结束后，用氮气吹干备用；
上述激光功率5W以上，激光能量密度10J/cm2以上；
步骤三：涂覆发热涂层：
将厚度为150um涂层发热材料，均匀涂敷在微晶玻璃基底的发热区域，经过自然晾晒、风干及烘烤(烘烤温度为300℃)后，自然冷却；
步骤四：电极制作：
将涂敷完发热涂层的微晶玻璃基底3，采用真空镀膜技术进行薄膜电极制作，或采用金属浆料直接印刷涂敷的方法，形成薄膜电极9；金属电极延伸到刻蚀孔内，薄膜电极的厚度200um；
步骤五：引出线导线处理：
将引出导线10一端先浸锡处理，然后放入刻蚀孔8内(参见图4)；采用锡焊等金属焊接方法，将导线与刻蚀孔内的薄膜电极焊接在一起(参见图5)，形成导线与电极焊接块11；然后，将低温玻璃粉经稀释搅拌后形成的膏状涂敷在刻蚀孔上，涂敷厚度300um；然后在130℃左右的低温下进行烘烤，使低温玻璃粉重新凝固在微晶玻璃表面形成一体，形成低温玻璃封接层12(参见图6)，从而实现固化的作用。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (5)
1.提高微晶玻璃基底上薄膜电极引出线工作稳定性的方法，其特征在于：步骤为：
首先是基底处理，使用绿光或紫外激光装置，在微晶玻璃基底需要设置引出线位置进行强激光辐照和刻蚀，形成类灌胶孔形状的特定刻蚀孔；
然后进行真空薄膜电极沉积，或者印刷涂敷金属电极，使得金属电极延伸到刻蚀孔内；接着将金属接线置于刻蚀孔，采用金属焊接的方法进行熔接；
最后采用相近膨胀系数的玻璃粉进行表面涂敷，在含氮气氛围内低温烘烤半小时进行烧结固化，形成一个接触稳定、抗拉强度大的引出线。
2.根据权利要求1所述的提高微晶玻璃基底上薄膜电极引出线工作稳定性的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
1)准备材料：
首先将微晶玻璃板浸泡在去离子水中，超声波清洗5min，然后采用丙酮和无水乙醇的混合溶液，再次进行超声波清洗10min，清洗结束后，用氮气吹干备用；
2)刻蚀孔处理：
使用532nm或355nm强激光，在微晶玻璃板需要设置引出线位置辐照，进行逐层刻蚀，形成直径0.5-5mm不等的盲孔；孔深度0.2-1.0mm；使用旋转电机，带动微晶玻璃板，倾斜15-30°，然后调整激光作用方法，再次在盲孔底部边缘进行辐照，对盲孔底部进行刻蚀；最终形成类灌胶孔状的特定刻蚀孔；对刻蚀完成的刻蚀孔进行超声波清洗10min，清洗结束后，用氮气吹干备用；
3)涂覆发热涂层：
将涂层发热材料，均匀涂敷在微晶玻璃基底的发热区域，经过自然晾晒、风干及低温烘烤烧结后，自然冷却；
4)电极制作：
将涂敷完发热涂层的微晶玻璃板，采用真空镀膜技术进行薄膜电极制作，或采用金属浆料直接印刷涂敷的方法，形成薄膜电极；
5)引出线导线处理：
将导线一端先浸锡处理，然后放入刻蚀孔；采用锡焊金属焊接方法，将导线与刻蚀孔内的薄膜电极焊接在一起；然后，将低温玻璃粉经稀释搅拌后形成的膏状涂敷在刻蚀孔上，涂敷厚度100-300um；然后在130℃-350℃左右的温度下进行烘烤，使低温玻璃粉重新凝固在微晶玻璃表面形成一体，从而实现固化的作用。
3.根据权利要求2所述的提高微晶玻璃基底上薄膜电极引出线工作稳定性的方法，其特征在于：所述的步骤2)中激光功率5-10W以上，激光能量密度10J/cm2以上。
4.根据权利要求2或3所述的提高微晶玻璃基底上薄膜电极引出线工作稳定性的方法，其特征在于：所述的步骤3)中涂层厚度50-200um；烘烤温度为350℃-550℃。
5.根据权利要求4所述的提高微晶玻璃基底上薄膜电极引出线工作稳定性的方法，其特征在于：所述的步骤4)中金属电极延伸到刻蚀孔内，薄膜电极的厚度50-200um。
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