CN112611473B

CN112611473B - 一种带ntc热敏芯片的温度传感器及其制备工艺

Info

Publication number: CN112611473B
Application number: CN202011386374.3A
Authority: CN
Inventors: 王梅凤
Original assignee: Jurong Shuangcheng Electronics Co ltd
Current assignee: Jurong Shuangcheng Electronics Co ltd
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2023-04-07
Anticipated expiration: 2040-12-02
Also published as: CN112611473A

Abstract

本发明提出了一种带NTC热敏芯片的温度传感器及其制备工艺，该温度传感器包括导热基片、NTC热敏芯片、引线、玻璃绝缘封装层，还包括过渡金属基台、封装引渡机构，过渡金属基台与导热基片均含铜、铝、锡、锰元素，且（铜+铝+锡）元素质量百分含量占比重合率大于50%，锰元素质量百分含量占比大于5%，NTC热敏芯片通过过渡金属基台、玻璃绝缘浆料与导热基片相连；封装引渡机构采用复合金属材料、呈波纹管状，并通过玻璃绝缘浆料烧渗连接于导热基片上，本申请合理设计传感器结构并优化原料选用，制得的温度传感器灵敏度高且稳定性强，有效使用寿命延长了一倍以上。

Description

一种带NTC热敏芯片的温度传感器及其制备工艺

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体的为一种带NTC热敏芯片的温度传感器及其制备工艺。

背景技术

由NTC热敏芯片作为核心部件，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探测、温度补偿、温度控制电路，其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。

随着电子技术的发展，各种电子进一步多功能化和智能化，NTC热敏芯片在各种需要对温度进行探测、控制、补偿等场合的应用日益增加。

由于探测温度的灵敏性要求，对NTC温度传感器的反应速度提出了越来越快的要求，这便要求NTC温度传感器的热时间常数尽量小，响应速度要快。

目前NTC温度传感器一般采取由NTC热敏芯片、引线和外层绝缘包封层3’组成，其制作方法是：

(1)制备NTC热敏芯片；

(2)在NTC热敏芯片上引线；

(3)将NTC热敏芯片由外层绝缘层包封形成NTC热敏电阻；

(4)对NTC热敏电阻进行电气性能测试。

制成后的NTC温度传感器的内部NTC热敏芯片为圆片型和方片型。现有技术制造的NTC温度传感器由于芯片厚度较厚(0.3-3mm)，且外层绝缘包封物质(一般为环氧树脂、酚醛树脂、硅树脂)厚度也较厚且导热性差。即该NTC温度传感器在感温过程中热量要经过几层传递，在感温过程中热量首先传递到绝缘包封层，再逐步传递到NTC热敏芯片，到NTC热敏芯片的核心也完全达到外界温度时需要较长的时间，热时间常数一般为5-15-秒。这种反应速度不能满足对温度探测的高灵敏度的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种带NTC热敏芯片的温度传感器及其制备工艺，合理设计传感器结构并优化原料选用，制得的温度传感器灵敏度高且稳定性强，有效使用寿命延长了一倍以上。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种带NTC热敏芯片的温度传感器，包括导热基片、NTC热敏芯片、引线、玻璃绝缘封装层，还包括过渡金属基台、封装引渡机构，过渡金属基台与导热基片均含铜、铝、锡、锰元素，且（铜+铝+锡）元素质量百分含量占比重合率大于50%，锰元素质量百分含量占比大于5%，NTC热敏芯片通过过渡金属基台、玻璃绝缘浆料与导热基片相连；封装引渡机构采用复合金属材料、呈波纹管状，并通过玻璃绝缘浆料烧渗连接于导热基片上。

作为本发明进一步优选，导热基片成型原料选用质量比1:0.1-0.3的铝锡铜合金锭和铝锰合金锭，铝锡铜合金锭化学成分符合GB/T 20975标准，铝锰合金锭化学成分符合GB/T 3190-2008标准。

作为本发明进一步优选，过渡金属基台采用黄铜、青铜、钛铝合金和锌锰合金熔融铸造而成，其中（铜+铝+锡）元素质量百分含量占比大于70%。

作为本发明进一步优选，封装引渡机构包括以下质量百分含量元素组分，Mg 4.5-6.3%、Si 2.6-3.8%、Cu 1.2-3.3%、Mn 0.8-1.2%、Ni 0.3-0.45%、RE 0.2-0.4%、Fe≤0.06%、余量为Al和不可避免的杂质。

作为本发明进一步优选，RE选用La、Ce、Y组合物，且La与（Ce+Y）的质量百分含量占比为60-75%、25-40%。

作为本发明进一步优选，封装引渡机构内、外壁喷镀有导电浆料层，镀层厚度为0.1-0.5mm。

作为本发明进一步优选，导电浆料采用银电子浆料、铜电子浆料的任意一种或组合物，选用组合物，两者按体积比1:1混合施用。

作为本发明进一步优选，带NTC热敏芯片的温度传感器，制备工艺如下：

1）取料熔炼铝锡铜合金锭和铝锰合金锭，制备导热基片坯料,切片加工后得导热基片；

2）将导热基片、过渡金属基台、NTC热敏芯片依次叠放，并利用玻璃绝缘浆料实现层间印刷烧结；

3）在NTC热敏芯片电极上引线，于引线外侧套接封装引渡机构，引线、封装引渡机构也由玻璃绝缘浆料上刷烧结；

4）采用点胶机将玻璃绝缘浆料点在NTC热敏芯片上，完全覆盖热敏电阻芯片，和引线、封装引渡机构的根部，并烧结处理，形成玻璃绝缘封装层。

作为本发明进一步优选，过渡金属基台为金属网结构，金属网丝外径为0.02±0.002mm，导热基片、过渡金属基台、NTC热敏芯片厚度比为0.5:0.5:5。

作为本发明进一步优选，引线、封装引渡机构根部覆盖厚度大于0.05mm。

本发明的有益效果在于：本发明合理设计传感器结构并优化原料选用，制得的温度传感器灵敏度高且稳定性强，有效使用寿命延长了一倍以上。

本发明设置过渡金属基台和封装引渡机构，于传感器内部形成柔性导热骨架，不仅提高了力学稳定性，同时具有优异的传热导热效果，且波纹管状的封装引渡机构套接于引线外侧具有良好的防护效果，不仅为热传导提供辅助加强，聚热传递效果好，而且整体支撑固性好，对玻璃绝缘封装层也有优异的辅助强化性，在使用过程中，减轻柔化震感的性能好，且具有优异的防水防腐性，综合灵敏度和使用寿命显著提高。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种带NTC热敏芯片的温度传感器，包括导热基片、NTC热敏芯片、引线、玻璃绝缘封装层，上述结构为现有传感器常规结构，在此不作限定，根据现有技术需求设计即可，进一步的，还包括过渡金属基台、封装引渡机构，过渡金属基台采用金属网结构，设于导热基片和NTC热敏芯片之间，呈过渡层，且金属网状的过渡金属基台上印刷涂覆玻璃绝缘浆料，烧结后，金属网位于玻璃绝缘浆料的包裹内，既作连接强化骨架，又作导热骨架，实用高效。金属网丝外径为0.02±0.002mm，导热基片、过渡金属基台、NTC热敏芯片厚度比为0.5:0.5:5。

封装引渡机构采用复合金属材料、呈波纹管状，并通过玻璃绝缘浆料烧渗连接于导热基片上。使用时，封装引渡机构套接于引线外壁，其管状内径较引线外径大1.5-2倍，管身长为NTC热敏芯片厚度的1-3倍，与引线同样由玻璃绝缘胶料烧结固定于NTC热敏芯片上。

实施例2：

基于实施例1的温度传感器结构，进一步优选的，封装引渡机构内、外壁喷镀有导电浆料层，镀层厚度为0.1-0.5mm。导电浆料采用银电子浆料、铜电子浆料的任意一种或组合物，选用组合物，两者按体积比1:1混合施用。

实施例3：

基于实施例1或实施例2的温度传感器结构，过渡金属基台与导热基片均含铜、铝、锡、锰元素，且（铜+铝+锡）元素质量百分含量占比重合率大于50%，锰元素质量百分含量占比大于5%，NTC热敏芯片通过过渡金属基台、玻璃绝缘浆料与导热基片相连；

具体的，导热基片成型原料选用质量比1:0.1-0.3的铝锡铜合金锭和铝锰合金锭，铝锡铜合金锭化学成分符合GB/T 20975标准，铝锰合金锭化学成分符合GB/T 3190-2008标准。

过渡金属基台采用黄铜、青铜、钛铝合金和锌锰合金熔融铸造而成，其中（铜+铝+锡）元素质量百分含量占比大于70%。

同时，封装引渡机构包括以下质量百分含量元素组分，Mg 4.5-6.3%、Si 2.6-3.8%、Cu 1.2-3.3%、Mn 0.8-1.2%、Ni 0.3-0.45%、RE 0.2-0.4%、Fe≤0.06%、余量为Al和不可避免的杂质。其中，，RE选用La、Ce、Y组合物，且La与（Ce+Y）的质量百分含量占比为60-75%、25-40%。

实施例4：

基于实施例1-3所述的带NTC热敏芯片的温度传感器，其制备工艺如下：

4）采用点胶机将玻璃绝缘浆料点在NTC热敏芯片上，完全覆盖热敏电阻芯片，和引线、封装引渡机构的根部，引线、封装引渡机构根部覆盖厚度大于0.05mm，并烧结处理，形成玻璃绝缘封装层。

实施例5：

基于实施例1-4给出的带NTC热敏芯片的温度传感器及其制备工艺，在此给出一个具体的实例制备。

一种带NTC热敏芯片的温度传感器，包括导热基片、NTC热敏芯片、引线、玻璃绝缘封装层，还包括过渡金属基台、封装引渡机构，过渡金属基台与导热基片均含铜、铝、锡、锰元素，且（铜+铝+锡）元素质量百分含量占比重合率大于50%（本实施例为57.4%），锰元素质量百分含量占比大于5%（本实施例为6.16%），NTC热敏芯片通过过渡金属基台、玻璃绝缘浆料与导热基片相连；封装引渡机构采用复合金属材料、呈波纹管状，并通过玻璃绝缘浆料烧渗连接于导热基片上。

该带NTC热敏芯片的温度传感器制备工艺同实施例4。过渡金属基台为金属网结构，金属网丝外径为0.02±0.002mm，导热基片、过渡金属基台、NTC热敏芯片厚度比为0.5:0.5:5；封装引渡机构内、外壁喷镀有导电浆料层，镀层厚度为0.22mm，导电浆料采用银电子浆料、铜电子浆料组合物，两者按体积比1:1混合施用。

具体的，导热基片成型原料选用质量比1:0.22的铝锡铜合金锭和铝锰合金锭，铝锡铜合金锭化学成分符合GB/T 20975标准，铝锰合金锭化学成分符合GB/T 3190-2008标准。过渡金属基台采用黄铜、青铜、钛铝合金和锌锰合金熔融铸造而成，其中（铜+铝+锡）元素质量百分含量占比大于70%。

封装引渡机构包括以下质量百分含量元素组分，Mg 4.75%、Si 3.2%、Cu 1.7%、Mn0.9%、Ni 0.33%、RE 0.3%、Fe≤0.06%、余量为Al和不可避免的杂质。其中，RE选用La、Ce、Y组合物，且La与（Ce+Y）的质量百分含量占比为70%、30%。

将实施例5制备的成品进行性能测试，数据如下：

	适用温度，℃	耐压性，KV	感温灵敏度，s
				实施例5	-200—500	3.10	0.25±0.03
对比组1	-200—500	2.65	0.58±0.05
				对比组2	-200—500	2.80	0.84±0.07
对比组3	-150—400	2.55	1.46±0.10
				空白组	-100—400	2.60	1.12±0.10

其中，对比组1为以实施例5为基础，不含过渡金属基台；

对比组2为以实施例5为基础，不含封装引渡机构；

对比组3为以实施例5为基础，不含过渡金属基台、封装引渡机构；

空白组为单纯NTC热敏芯片。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种带NTC热敏芯片的温度传感器，包括导热基片、NTC热敏芯片、引线、玻璃绝缘封装层，其特征在于：还包括过渡金属基台、封装引渡机构，所述过渡金属基台与导热基片均含铜、铝、锡、锰元素，且铜+铝+锡元素质量百分含量占比重合率大于50%，锰元素质量百分含量占比大于5%，NTC热敏芯片通过过渡金属基台、玻璃绝缘浆料与导热基片相连；封装引渡机构采用复合金属材料、呈波纹管状，并通过玻璃绝缘浆料烧渗连接于导热基片上。

2.根据权利要求1所述的一种带NTC热敏芯片的温度传感器，其特征在于：所述导热基片成型原料选用质量比1:0.1-0.3的铝锡铜合金锭和铝锰合金锭，铝锡铜合金锭化学成分符合GB/T 20975标准，铝锰合金锭化学成分符合GB/T 3190-2008标准。

3.根据权利要求1所述的一种带NTC热敏芯片的温度传感器，其特征在于：所述过渡金属基台采用黄铜、青铜、钛铝合金和锌锰合金熔融铸造而成，其中铜+铝+锡元素质量百分含量占比大于70%。

4.根据权利要求1所述的一种带NTC热敏芯片的温度传感器，其特征在于：所述封装引渡机构包括以下质量百分含量元素组分，Mg 4.5-6.3%、Si 2.6-3.8%、Cu 1.2-3.3%、Mn0.8-1.2%、Ni 0.3-0.45%、RE 0.2-0.4%、Fe≤0.06%、余量为Al和不可避免的杂质。

5.根据权利要求4所述的一种带NTC热敏芯片的温度传感器，其特征在于：所述RE选用La、Ce、Y组合物，且La与Ce+Y的质量百分含量占比为60-75%、25-40%。

6.根据权利要求1所述的一种带NTC热敏芯片的温度传感器，其特征在于：所述封装引渡机构内、外壁喷镀有导电浆料层，镀层厚度为0.1-0.5mm。

7.根据权利要求6所述的一种带NTC热敏芯片的温度传感器，其特征在于：所述导电浆料采用银电子浆料、铜电子浆料的任意一种或组合物，选用组合物，两者按体积比1:1混合施用。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种带NTC热敏芯片的温度传感器，其特征在于，制备工艺如下：

取料熔炼铝锡铜合金锭和铝锰合金锭，制备导热基片坯料,切片加工后得导热基片；

将导热基片、过渡金属基台、NTC热敏芯片依次叠放，并利用玻璃绝缘浆料实现层间印刷烧结；

在NTC热敏芯片电极上引线，于引线外侧套接封装引渡机构，引线、封装引渡机构也由玻璃绝缘浆料上刷烧结；

采用点胶机将玻璃绝缘浆料点在NTC热敏芯片上，完全覆盖热敏电阻芯片，和引线、封装引渡机构的根部，并烧结处理，形成玻璃绝缘封装层。

9.根据权利要求8所述的一种带NTC热敏芯片的温度传感器，其特征在于：所述过渡金属基台为金属网结构，金属网丝外径为0.02±0.002mm，导热基片、过渡金属基台、NTC热敏芯片厚度比为0.5:0.5:5。

10.根据权利要求8所述的一种带NTC热敏芯片的温度传感器，其特征在于：所述引线、封装引渡机构根部覆盖厚度大于0.05mm。