CN115472361A - 一种高温片式厚膜电阻器及其生产工艺 - Google Patents

一种高温片式厚膜电阻器及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高温片式厚膜电阻器及其生产工艺，包括陶瓷基片，所述陶瓷基片的一侧两端均印刷有第一电极层，且两个第一电极层之间印刷有电阻层，所述陶瓷基片的另一侧两端均印刷有第二电极层，所述陶瓷基片两个端部均印刷有端电极层，且每一端的端电极层将同一端的第一电极层和第二电极层包覆连通，其中端电极层由高温银铂浆料印刷形成；同时该高温片式厚膜电阻器的生产工艺中将电阻层与端电极层是同温共同烧结；该发明的端电极层由高温银铂浆料印刷形成，搭配与电阻层进行共烧的方式，规避了传统片式电阻侧面镀锡的情况，从而达到耐高温的特点。

Description

一种高温片式厚膜电阻器及其生产工艺
技术领域
本发明涉及电子元件技术领域，具体涉及一种高温片式厚膜电阻器及其生产工艺。
背景技术
贴片电阻(SMD Resistor)学名叫片式固定电阻器，是从Chip Fixed Resistor直接翻译而来的，特点是耐潮湿、耐高温、可靠度高、外观尺寸均匀，精度且温度系数与阻值公差小。按生产工艺分为厚膜片式电阻(Thick Film Chip Resistor)和薄膜片式电阻(ThinFilm Chip Resistor)两种。厚膜贴片电阻是采用丝网印刷将电阻性材料沉积在绝缘基体(例如氧化铝陶瓷)上，然后烧结形成的。薄膜片式电阻，通常为金属膜电阻，是在真空中采用蒸发和溅射等工艺将电阻性材料溅射(真空镀膜技术)在绝缘基体上制成。
目前片式厚膜电阻器的生产，许多厂家都是采用丝网印刷银或银钯合金的材料来制作电极底层，再在电极底层上电镀镍层和锡层，由于使用银或银钯合金的材料来做电极，导致产品精度等级不高和稳定性一般，同时长期在含硫的环境下使用，电极与膜层接缝处，会出现硫化反应，最终导致电极与膜层之间开路，电阻阻值变为无穷大，且由于电极外镀层，由锡作为最外层的焊接层，锡的熔点决定了产品使用温度范围最高为150℃。因此急需一种高温片式厚膜电阻器。
发明内容
为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种高温片式厚膜电阻器及其生产工艺，采用独特的片式厚膜电阻技术，端电极层采用可粘接高温银铂浆料，与电阻层进行共烧的方式，规避了传统片式电阻侧面镀锡的情况，从而达到耐高温的特点。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高温片式厚膜电阻器，包括陶瓷基片，所述陶瓷基片的一侧两端均印刷有第一电极层，且两个第一电极层之间印刷有电阻层，所述陶瓷基片的另一侧两端均印刷有第二电极层，所述陶瓷基片两个端部均印刷有端电极层，且每一端的端电极层将同一端的第一电极层和第二电极层包覆连通，其中端电极层由高温银铂浆料印刷形成。
作为本发明进一步的方案：所述陶瓷基片含有96％氧化铝。
作为本发明进一步的方案：所述第二电极层在陶瓷基片上的印刷长度小于第一电极层。
作为本发明进一步的方案：一种高温片式厚膜电阻器的生产工艺，包括以下步骤：
步骤一、第一电极层和第二电极层印刷烧结：
在陶瓷基片两侧的两端对应印刷电极浆料，经过干燥和烧结形成第一电极层和第二电极层；
步骤二、电阻层印刷干燥：
在印刷烧结有第一电极层和第二电极层的陶瓷基片上印刷电阻浆料，并干燥，干燥温度为150℃±5℃，干燥时间为5～10分钟；
步骤三、列条：
将步骤二中得到的陶瓷基片按照同一方向列成条状放置在裂条工装的条状凹槽中；
步骤四：端电极层印刷烧结：
将列条后的陶瓷基片两端印刷端电极浆料，进行干燥，干燥后进行烧结，烧结温度为850℃～875℃，烧结时间为5～10分钟，形成端电极层和电阻层，其中电阻层与端电极层是同温共同烧结；
步骤五、碎粒：
利用折粒机将列条片裂片成单只电阻；
步骤六、激光调阻：
利用激光束打在电阻层上，调整电阻阻值，激光功率在1W～3W,速度为10～100mm/s；
步骤七、热处理：
调阻后的电阻进行150℃～300℃下热处理4～8小时，得到高温片式厚膜电阻器；
步骤八、筛选并进行成品检测：
将热处理后得到的高温片式厚膜电阻器通过温冲试验进行筛选，把电阻特性不合格品挑选出来；之后对筛选后的电阻器进行最终阻值测试和外观检查，得到合格的高温片式厚膜电阻器。
本发明的有益效果：
采用独特的片式厚膜电阻技术，端电极层采用高温银铂浆料，且电阻层与端电极层同时850度烧结，由于电阻每次850度烧结阻值都会有漂移，所以共烧工艺避免了多次烧结对电阻阻值的影响，裂条、碎粒后，电阻进行激光调阻，精度最高可以做到0.5％，与传统的片式厚膜电阻器相比，电阻器可以长期在300度的温度下工作，且能保持良好的电阻特性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明侧视结构示意图；
图3是本发明侧视剖面结构示意图；
图4是本发明中生产工艺的流程示意图；
图5是现有技术中列条工装结构示意图。
图中：1、陶瓷基片；2、第一电极层；3、第二电极层；4、电阻层；5、端电极层。
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
如图1-图3所示，一种高温片式厚膜电阻器，该电阻器包括陶瓷基片1，且该陶瓷基片1含有96％氧化铝，陶瓷基片1的一侧两端均印刷有第一电极层2，且两个第一电极层2关于该陶瓷基片1的横向中心线对称分布，其中两个第一电极层2之间印刷有电阻层4，且电阻层4位于陶瓷基片1上，并且陶瓷基片1的另一侧两端均印刷有第二电极层3，两个第二电极层3也关于该陶瓷基片1的横向中心线对称分布，并且第二电极层3在陶瓷基片1上的印刷长度小于第一电极层2，其中陶瓷基片1两个端部均印刷有端电极层5，每一端的端电极层5将同一端的第一电极层2和第二电极层3包覆连通，起到第一电极层2和第二电极层3导通作用，并用于产品粘接。
进一步第一电极层2和第二电极层3由电极浆料印刷形成，电极浆料为钯银合金浆料；
进一步电阻层4由电阻浆料印刷形成，电阻浆料为氧化钌浆料；
进一步的端电极层5由端电极浆料印刷形成，端电极浆料为高温银铂浆料。
进一步的如图4所示，一种高温片式厚膜电阻器的生产工艺，包括以下步骤：
步骤一、第一电极层2和第二电极层3印刷烧结：
利用丝网印刷工艺(其中丝网印刷工艺为现有工艺，在此不进行赘述)，在含有96％氧化铝的陶瓷基片1一侧两端印刷电极浆料，其中电极浆料为钯银合金浆料，经过干燥，干燥温度为150℃±5℃，干燥时间为5～10分钟，其中印刷厚度干燥后为8～31μm，再通过高温850℃±5℃烧结工艺沉积在表面形成第一电极层2，同理采用同样工序在含有96％氧化铝的陶瓷基片1另一侧两端印刷形成第二电极层3，第一电极层2和第二电极层3在厚膜电阻器中形成电阻引出端。
步骤二、电阻层4印刷干燥：
与步骤一一样利用丝网印刷工艺，在印刷烧结有第一电极层2和第二电极层3的陶瓷基片1上印刷电阻浆料，其中电阻浆料为氧化钌浆料，印刷后进行干燥，干燥温度为150℃±5℃，干燥时间为5～10分钟，印刷厚度干燥后为8～31μm，待与后续与端电极层5共同烧结。在厚膜电阻器中，电阻浆料形成电阻特性。因此，印刷电阻工序为厚膜产品关键工序。
步骤三、列条：
将经过步骤一和步骤二的半成品陶瓷基片1，按照同一方向列成条状放置在列条工装的条状凹槽中，等待进行端电极层5的印刷，其中列条工装为现有技术中的电阻行业的列条工装(如图5所示)。
步骤四、端电极层5印刷烧结：
对含有列条片(即列成条状放置的若干陶瓷基片1)进行端电极层印刷，将列片工装放置在侧银机(型号为SRT WA03)上，涂刷端电极浆料，其中端电极浆料为高温银铂浆料，控制机器调整涂刷厚度，将整个列条片侧面印刷上端电极浆料，印刷完后进行干燥，干燥温度为150℃±5℃，干燥时间为5～10分钟，干燥后将空的列条工装的条状凹槽面对齐干燥后的列条工装的工装凹槽，面对面压紧并进行翻转，将干燥后列条片翻转侧面并放置在新的列条工装凹槽内，再次进行印刷，印刷后干燥，干燥温度为150℃±5℃，干燥时间为5～10分钟，将两端都印刷好的列条片进行高温烧结，烧结温度为850℃～875℃，烧结时间为5～10分钟，形成端电极层5和电阻层4，其中电阻层4与端电极层5是同温共同烧结的，将第一电极层2和第二电极层3连接一起，起两面导通作用，并用于产品粘接。
步骤五、碎粒：
利用折粒机将列条片裂片成单只电阻，其中折粒机型号为：R-ZL180。
步骤六、激光调阻：
利用激光束打在电阻层4上，通过对电阻体气化蒸发实现对电阻层4的切割。对阻值变化进行实时监控直至达到所需要求阻值。激光功率在1W～3W,速度为10～100mm/s，激光调阻可实现厚膜产品高精度特性，也是关键工序。
步骤七、热处理：
调阻后产品在150℃～300℃下热处理4～8小时，提高电阻稳定性，得到高温片式厚膜电阻器。
步骤八、筛选并进行成品检测：
将热处理后得到的高温片式厚膜电阻器通过温冲试验(低温-55℃，高温300℃，每个阶段30分钟，5次循环)进行筛选，把电阻特性不合格品挑选出来；之后根据阻值要求对筛选后的电阻器进行最终阻值测试和外观检查，得到合格的高温片式厚膜电阻器。
以下是本发明产品相关实验数据：
一、本发明得到的高温片式厚膜电阻器与现有技术中传统厚膜片式电阻器的上限类别温度对比：
实验方法：安装见GB/T 9546.8-2015的2.4.2条，储存在上限类别温度(300℃)下，持续1000h后，检查外观并测量阻值变化。
实验要求：外观无异常，阻值变化量按下表1所示。
阻值范围 阻值变化量△R≤
2％(﹤10Ω) ≤±(2％R+0.1Ω)
1％(10Ω～1MΩ) ≤±(1％R+0.05Ω)
表1：上限类别温度阻值范围与阻值变化量对应表
本发明的高温片式厚膜电阻器实验数据见表2：
Figure BDA0003854931850000071
表2：本发明的高温片式厚膜电阻器上限类别温度试验数据及结论(注：阻值变化量
Figure BDA0003854931850000072
传统厚膜片式电阻器实验数据见表3
Figure BDA0003854931850000073
Figure BDA0003854931850000081
表3：相同试验条件下，传统厚膜片式电阻器试验数据及结论
二、本发明得到的高温片式厚膜电阻器的可焊性：
实验方法：含铅：见IEC 60115-1的2.3.2，155℃老化4h，干热；SnPb焊料，焊槽法，235℃,2s，观察焊料覆盖面积。
不含铅：见IEC 60115-1的2.3.2，155℃老化4h，干热；SnAgCu焊料，焊槽法，245℃,3s，观察焊料覆盖面积。
实验要求：焊料覆盖大于95％的表面。
实验结果：见表4
试验方法 试验结果 结论
含铅 焊料覆盖大于95％的表面 合格
不含铅 焊料覆盖大于95％的表面 合格
表4：可焊性试验结果及结论
三、本发明得到的高温片式厚膜电阻器的耐焊接热性；
实验方法：安装见GB/T9546.8-2015的2.3.3，在260℃下10s，检查外观并测量阻值变化。
实验要求：外观无异常，阻值变化量按下表5所示。
阻值范围 阻值变化量△R≤
2％(﹤10Ω) ≤±(1％R+0.1Ω)
1％(10Ω～1MΩ) ≤±(0.5％R+0.05Ω)
表5：耐焊接热阻值范围与阻值变化量对应表
本发明的实验数据见表6：
Figure BDA0003854931850000091
表6：耐焊接热试验数据及结论
四、本发明得到的高温片式厚膜电阻器的剪切强度：
实验方法：安装见GB/T 9546.8-2015的2.4.2；
实验要求：附着力见GB/T9546.8-2015的2.3.4。
实验结果：对电阻器施加5N的侧向作用力，电阻器未从试验基板上脱离或电阻器与附着材料一起脱离试验基板；试验合格。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (4)

1.一种高温片式厚膜电阻器，包括陶瓷基片(1)，其特征在于，所述陶瓷基片(1)的一侧两端均印刷有第一电极层(2)，且两个第一电极层(2)之间印刷有电阻层(4)，所述陶瓷基片(1)的另一侧两端均印刷有第二电极层(3)，所述陶瓷基片(1)两个端部均印刷有端电极层(5)，且每一端的端电极层(5)将同一端的第一电极层(2)和第二电极层(3)包覆连通，其中端电极层(5)由高温银铂浆料印刷形成。
2.根据权利要求1所述的一种高温片式厚膜电阻器及其生产工艺，其特征在于，所述陶瓷基片(1)含有96％氧化铝。
3.根据权利要求1所述的一种高温片式厚膜电阻器及其生产工艺，其特征在于，所述第二电极层(3)在陶瓷基片(1)上的印刷长度小于第一电极层(2)。
4.一种制备权利要求1所述的高温片式厚膜电阻器的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、第一电极层(2)和第二电极层(3)印刷烧结：
在陶瓷基片(1)两侧的两端对应印刷电极浆料，经过干燥和烧结形成第一电极层(2)和第二电极层(3)；
步骤二、电阻层(4)印刷干燥：
在印刷烧结有第一电极层(2)和第二电极层(3)的陶瓷基片(1)上印刷电阻浆料，并干燥，干燥温度为150℃±5℃，干燥时间为5～10分钟；
步骤三、列条：
将步骤二中得到的陶瓷基片(1)按照同一方向列成条状放置在裂条工装的条状凹槽中；
步骤四：端电极层(5)印刷烧结：
将列条后的陶瓷基片(1)两端印刷端电极浆料，进行干燥，干燥后进行烧结，烧结温度为850℃～875℃，烧结时间为5～10分钟，形成端电极层(5)和电阻层(4)，其中电阻层(4)与端电极层(5)是同温共同烧结；
步骤五、碎粒：
利用折粒机将列条片裂片成单只电阻；
步骤六、激光调阻：
利用激光束打在电阻层(4)上，调整电阻阻值，激光功率在1W～3W,速度为10～100mm/s；
步骤七、热处理：
调阻后的电阻进行150℃～300℃下热处理4～8小时，得到高温片式厚膜电阻器；
步骤八、筛选并进行成品检测：
将热处理后得到的高温片式厚膜电阻器通过温冲试验进行筛选，把电阻特性不合格品挑选出来；之后对筛选后的电阻器进行最终阻值测试和外观检查，得到合格的高温片式厚膜电阻器。
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