CN1482627A - 一种改进型表面贴装用热敏电阻器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改进型表面贴装用热敏电阻器及其制造方法，它先由芯材和贴覆于该芯材两面的金属箔片组成复合片，再将该复合片通过冲槽、蚀刻、复合绝缘胶片、镀铜镀锡、二次蚀刻后，印刷阻焊膜制成；与现有技术相比，本发明工艺先进，其产品具有阻值均匀、焊接性好、有效面积大等优点。

Description

一种改进型表面贴装用热敏电阻器及其制造方法

技术领域

本发明涉及导电高分子聚合物复合材料为主要原料的电子元器件及其制造方法，尤其涉及一种改进型表面贴装用热敏电阻器及其制造方法。

背景技术

一般地，在填充导电粒子的结晶或半结晶高分子复合材料中可表现出正温度系数PTC(positive temperature coefficient)现象。也就是说，在一定的温度范围内，自身的电阻率会随温度的升高而增大。这些结晶或半结晶聚合物包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯等，以及它们的共聚物。导电粒子包括碳黑、石墨、碳纤维、金属粉末(如银粉、铜粉、铝粉、镍粉、不锈钢粉等)、金属氧化物和表面镀金属的玻璃微珠等。在较低的温度时，这类导体呈现较低的电阻率，而当温度升高到其高分子聚合物熔点以上，也就是所谓的“关断”温度时，电阻率急骤升高。具有PTC特性的这类导电体已制成热敏电阻器，应用于电路的过流保护设置。在通常状态下，电路中的电流相对较小，热敏电阻器温度较低，而当由电路故障引起的大电流通过此自复性保险丝时，其温度会突然升高到“关断”温度，导致其电阻值变得很大，这样就使电路处于一种近似“开路”状态，从而保护了电路中其他元件。而当故障排除后，热敏电阻器的温度下降，其电阻值又可恢复到低阻值状态。

热敏电阻器已广泛地应用到通信、计算机、汽车、工业控制、电子等众多领域中。表面贴装用热敏电阻器相比传统的热敏电阻器面积小，要求电阻低，而目前出现的低阻值高分子PTC材料中的导电粒子一般为碳黑，为了达到较低阻值，往往需要加入大量的碳黑，这样会导致碳黑分布的不均匀性，从而影响电阻值的均匀性和电性能；此外，目前的表面贴装用热敏电阻器或焊端侧面为半圆开孔从而影响焊接性，或蚀刻槽在元件表面从而影响其有效使用面积和存在短接的可能。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种阻值均匀、焊接性好、有效面积大的改进型表面贴装用热敏电阻器及其制造方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种改进型表面贴装用热敏电阻器，其特征在于，包括芯材、金属箔片、绝缘胶片、镀铜层、镀锡层以及阻焊膜，所述的芯材由高分子聚合物复合材料压制而成，所述的金属箔片复合在芯材的上下两面，所述的绝缘胶片压合于金属箔片上，所述的镀铜层镀于芯材的左右两端，所述的镀锡层包覆于镀铜层的外面，所述的阻焊膜印刷在绝缘胶片上。

所述的芯材配方如下(重量百分数)：

         高分子聚合物            35％～50％

         碳黑                    45％～60％

         碳黑分散剂              0.1％～10％

         其它加工助剂            1％～5％

所述的高分子聚合物可以是一种聚合物或两种以上聚合物的共混物，包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氯乙烯以及它们的共聚物。

所述的碳黑分散剂可以是非盐类复合物，包括FSC-20。

所述的其它加工助剂是抗氧剂、交联促进剂、偶联剂，其中抗氧剂可以是酚类或胺类化合物，交联促进剂可以是多官能团不饱和化合物，偶联剂可以是硅烷或钛酸酯类有机化合物。

所述的复合在芯材上下两面的金属箔片的两对角端各蚀刻一条可供填充绝缘胶片的无金属箔片区。

一种改进型表面贴装用热敏电阻器的制造方法，其特征在于，它先由芯材和贴覆于该芯材两面的金属箔片组成复合片，再将该复合片通过冲槽、蚀刻、复合绝缘胶片、镀铜镀锡、二次蚀刻后，印刷阻焊膜制成；其具体工艺步骤如下：

(1).芯材制片，将芯材按以下组份及含量在100～200℃温度下混炼，然后用模压或挤出的方法制成面积为100～1000cm²，厚0.1～1.0mm的片材，再用热压的方法在热压机上把金属箔片复合于上述片材的两个表面，制成复合片材，然后再将此复合片材用γ射线(Co⁶⁰)或电子辐照交联，剂量为5～100Mrad，也可以先将芯材用上述方法辐照交联后再贴覆金属箔片，制成复合片；所述的芯材配方如下(重量百分数)：

        高分子聚合物          35％～50％

        碳黑                  45％～60％

        碳黑分散剂            0.1％～10％

        其它加工助剂          1％～5％

(2).冲槽，通过数控冲床或数控铣床在复合片上打出矩形槽；

(3).蚀刻，在复合片的相邻矩形槽上下对角近矩形槽端各蚀刻掉一宽度为0.1～1.0mm的金属箔片，形成蚀刻槽，该蚀刻槽可选用多种形式，包括直线形、钝角形、圆弧形、直线圆弧形或折线形；

(4).复合绝缘胶片，在复合片的上下两面各覆合一绝缘胶片；

(5).镀铜，通过化学镀铜和电镀铜，在整个复合片表面和矩形槽端面镀上一层铜；

(6).二次蚀刻，在复合片上蚀刻掉近矩形槽端宽度为0.1～1.0mm以外的镀铜层，蚀刻前用电镀锡或锡铅合金保护非蚀刻区，镀锡厚度为2～40μm。

(7).印刷阻焊膜，首先在复合片上下蚀刻区印刷上一层阻焊膜，该阻焊膜为液态光成像阻焊油墨，然后经过对位曝光使上面阻焊区与下面阻焊区的油墨曝光、聚合，未曝光的油墨通过显影去墨，显影液采用0.1％～10％(重量)的碳酸钠或碳酸钾溶液，显影温度为10～80℃，显影喷淋压力为0.5～10kg/cm²，再通过在100～200℃烘箱中烘20～200分钟使阻焊膜完全硬化交联，最后在阻焊膜上印刷字符；

(8).切割，将制成的复合片进行机械切割或激光切割，分成所需形状的表面贴装用热敏电阻器。

所述的步骤(4)中，所述的绝缘胶片以无碱玻璃布为增强材料，浸以环氧树脂，树脂粘度为100～250cp/25℃，绝缘胶片的厚度为0.02～0.3mm。

所述的步骤(5)中，所述的化学镀采用五水硫酸铜，搅拌方式可采用空气搅拌，连续过滤，操作温度20～80℃，pH值10～13.8；所述的电镀可采用多种类型的电镀铜液，包括氰化物型、焦磷酸盐型、氟硼酸盐型、柠檬酸盐型、硫酸盐型，搅拌方式可采用连续过滤、空气搅拌或阴极移动，阴极电流密度为1～10A/dm²，电镀温度10～60℃，电镀时间为5～200分钟，镀铜厚度10～100μm。

所述的步骤(7)中，所述的液态光成像阻焊油墨为感光性能的环氧树脂或丙烯酸树脂，包括酚醛环氧树脂、甲酚环氧树脂、氨基甲酸乙酯。

与现有技术相比，本发明采用碳黑分散剂，使碳黑在聚合物中的分散均匀性得到很大的提高，从而提高了电性能。此外，本发明采用端面金属化和蚀刻槽内置，提高了可焊性，增大了有效使用面积以及消除了短接的可能。

附图说明

图1为芯材组份中添加5％FSC-20碳黑分散剂后碳黑粒径分布变小变窄的曲线图；

图2为复合好的复合片的正面结构示意图；

图3为图2的A-A剖视图；

图4为复合片通过加工形成矩形槽的结构示意图；

图5为复合片进行蚀刻后形成上下各一无金属箔片区的结构示意图；

图6为复合片上下各覆合一层绝缘胶片的结构示意图；

图7为复合片的绝缘胶片及矩形槽的端面镀铜后的结构示意图；

图8为复合片电镀锡后的结构示意图；

图9为复合片二次蚀刻后的结构示意图；

图10为复合片的上下二次蚀刻区面上印刷上一层阻焊膜后的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例，对本发明作进一步说明。

如图1所示，在芯材组份中添加5％FSC-20碳黑分散剂后使碳黑粒径分布变小变窄，表明碳黑的分散性得到明显提高。如图2所示，表示复合好的复合片在后面各工序完成后按图中虚线切割成各表面贴装用热敏电阻器。如图3所示，为复合片未加工前在芯材3的上下两面各复合一层镀镍铜箔1、2。如图4所示，为复合片通过数控铣床或数控冲床在每个虚线区域的两端形成矩形槽4。如图5所示，表示对复合片进行蚀刻工艺，在复合片镀镍铜箔1的矩形槽一侧蚀刻掉一宽度为0.1mm～1.0mm的金属铜箔，从而使上镀镍铜箔1分成为无铜箔区5与铜箔7，同时在复合片镀镍铜箔2的矩形槽另一侧蚀刻掉一宽度为0.1mm～1.0mm的金属铜箔，从而使下镀镍铜箔2分成为无铜箔区6与铜箔8；蚀刻前用电镀锡或锡铅合金保护非蚀刻区，用于保护的电镀锡的镀液选用硫酸盐型，用于保护的电镀锡铅合金的镀液主要包括氟硼酸盐型和无氟的烷基磺酸盐型，阴极电流密度为0.05～10A/dm²，搅拌方式采用连续过滤、阴极移动或泵循环，电镀温度15～50℃，电镀时间为2～100分钟，镀层厚度2～40μm；蚀刻槽可选用多种形式，如直线形、钝角形、圆弧形、直线圆弧形或折线形等；蚀刻完后，采用化学法或电解法退除锡或锡铅保护层，化学法退镀液包括氟化氢胺型、氟硼酸型、硝酸型，退除方法可选用浸除法或水平式喷淋的机械法。如图6所示，表示在复合片上下各覆合一层绝缘胶片9、10，绝缘胶片以无碱玻璃布为增强材料，浸以环氧树脂，树脂粘度一般为100～250cp/25℃，绝缘胶片的厚度为0.02～0.3mm。如图7所示，表明对复合片的绝缘胶片9、10及矩形槽4的端面先进行化学镀铜、再电镀铜11、12、13、14。如图8所示，为电镀锡工艺，在11、12面沿矩形槽4宽度为0.1mm～1.0mm上及13、14面上电镀上一层锡。如图9所示，为通过二次蚀刻工艺蚀刻掉未覆盖锡的镀铜层，使镀铜层11、12分成21、22、23、24。如图10所示，表示在复合片的上下二次蚀刻区25、26面上印刷上一层阻焊膜27、28，阻焊膜为液态光成像阻焊油墨，主要成分为感光性能的环氧树脂或丙烯酸树脂，如：酚醛环氧树脂、甲酚环氧树脂、氨基甲酸乙酯等。首先将上述阻焊油墨通过网版印刷至芯片的上、下两面，然后经过对位曝光使上面阻焊区27与下面阻焊区28的油墨曝光、聚合，未曝光的余油墨通过显影去墨。显影液采用0.1％～10％的碳酸钠或碳酸钾溶液，显影温度为10℃～80℃，显影喷淋压力为0.5～10kg/cm²。最后通过在100～200℃烘箱中烘20～200分钟使阻焊膜完全硬化交联。然后在复合片的上下端面阻焊油墨27、28上印刷字符；将上述制成的芯片沿着虚线进行机械切割或激光切割，分成所需的表面贴装用热敏电阻。

实施例

                                    表1

                                                                     单位：g

实施例号	高密度聚乙烯	碳黑	碳黑分散剂FSC-20	酚类抗氧剂ANOX70	三烯丙基异氰尿酸酯	钛偶联剂TCF
							1	344	384	40	16	8	8
2	344	384	0	16	8	8
							3	384	380	8	20	4	4
4	288	440	64	4	2	2

注：高密度聚乙烯熔点为135℃

碳黑分散剂FSC-20采用山西化工研究院产品；

酚类抗氧剂ANOX70采用美国大湖(化工)公司产品；

钛偶联剂TCF采用安徽省天长市有机化工厂产品。

将表1中各组分在200℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后将其放在压模中，压力5Mpa，温度180℃条件下压制成面积200cm²，厚0.2mm片材。将表面粗化后的镍片经平整后，在压力5Mpa，温度160℃条件下热压到芯材的双面，在真空烘箱中80℃热处理小时后，用γ射线(Co⁶⁰)辐照，剂量为20Mrad，然后再通过以下技术实现一种改进型表面贴装用热敏电阻器。

将上述复合片用CNC数控铣床或数控冲床按图4的排列冲宽度为0.2的矩形槽。

在蚀刻掉蚀刻槽5、6之前，首先对其余部分进行保护，采用图形电镀上一层纯锡。镀液选用硫酸盐型；阴极电流密度为0.1A/dm2  搅拌方式采用阴极移动，温度为20℃；电镀时间10分钟；镀层厚度7μm。然后用碱性氯化铜蚀刻液蚀刻去一条宽度为0.3mm的铜箔5、6，再用浸除的方法采用硝酸型退镀锡液退除镀锡保护层。

复合片的上下面覆合厚度为0.1mm环氧树脂绝缘胶片。

然后通过化学镀铜和电镀铜工艺，使整个复合片表面和矩形槽端面镀上一层铜。化学镀铜主要采用五水硫酸铜，空气搅拌，连续过滤；操作温度30℃，PH值11。然后采用电镀铜，镀铜液选用硫酸盐型；采用连续过滤；阴极电流密度为2A/dm²，电镀温度40℃，电镀时间为80分钟，镀铜厚度15μm。

通过二次蚀刻工艺，蚀刻掉除复合片近矩形槽端宽度为0.3mm外的镀铜层，使镀铜层11、12分成21、22、23、24；蚀刻前用电镀锡保护非蚀刻区，镀锡厚度为10μm。蚀刻和镀锡保护方法同前次蚀刻。

清洗、烘干后的上述复合片用丝网印刷在上下蚀刻区印刷上一层氨基甲酸乙酯液态光成像阻焊油墨；然后经过对位曝光使上面阻焊区27与下面阻焊区28的油墨曝光、聚合，未曝光的余油墨采用1％的碳酸钠、30℃、喷淋压力为2.5kg/cm²的条件下去墨；最后通过在140℃烘箱中烘40分钟使阻焊膜完全硬化交联。然后在面27与28上印刷字符。

完成后的复合片用机械切割即可得所需的表面贴装用热敏电阻器。

然后对不同实施例号的热敏电阻器测定电阻率及进行电性能测试，结果列于下表2。

                 表2

实验号	电阻率(Ω·cm)	电性能测试*
			1	0.9	不烧不裂
2	1.1	204次烧
			3	1.4	不烧不裂
4	0.6	不烧不裂

^*电性能测试方法：在热敏电阻两端通30V、40A的电流，通电6sec，停电60sec，冲击1000次。

从表2结果可见：采用碳黑分散剂，使碳黑在聚合物中的分散均匀性得到很大的提高，提高了电性能。

Claims (10)

1.一种改进型表面贴装用热敏电阻器，其特征在于，包括芯材、金属箔片、绝缘胶片、镀铜层、镀锡层以及阻焊膜，所述的芯材由高分子聚合物复合材料压制而成，所述的金属箔片复合在芯材的上下两面，所述的绝缘胶片压合于金属箔片上，所述的镀铜层镀于芯材的左右两端，所述的镀锡层包覆于镀铜层的外面，所述的阻焊膜印刷在绝缘胶片上。

2.根据权利要求1所述的改进型表面贴装用热敏电阻器，其特征在于，所述的芯材配方如下(重量百分数)：

         高分子聚合物          35％～50％

         碳黑                  45％～60％

         碳黑分散剂            0.1％～10％

         其它加工助剂          1％～5％

3.根据权利要求2所述的改进型表面贴装用热敏电阻器，其特征在于，所述的高分子聚合物可以是一种聚合物或两种以上聚合物的共混物，包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氯乙烯以及它们的共聚物。

4.根据权利要求2所述的改进型表面贴装用热敏电阻器，其特征在于，所述的碳黑分散剂可以是非盐类复合物。

5.根据权利要求2所述的改进型表面贴装用热敏电阻器，其特征在于，所述的其它加工助剂是抗氧剂、交联促进剂、偶联剂，其中抗氧剂可以是酚类或胺类化合物，交联促进剂可以是多官能团不饱和化合物，偶联剂可以是硅烷或钛酸酯类有机化合物。

6.根据权利要求1所述的改进型表面贴装用热敏电阻器，其特征在于，所述的复合在芯材上下两面的金属箔片的两对角端各蚀刻一条可供填充绝缘胶片的无金属箔片区。

7.一种改进型表面贴装用热敏电阻器的制造方法，其特征在于，它先由芯材和贴覆于该芯材两面的金属箔片组成复合片，再将该复合片通过冲槽、蚀刻、复合绝缘胶片、镀铜镀锡、二次蚀刻后，印刷阻焊膜制成；其具体工艺步骤如下：

(1).芯材制片，将芯材按以下组份及含量在100～200℃温度下混炼，然后用模压或挤出的方法制成面积为100～1000cm²，厚0.1～1.0mm的片材，再用热压的方法在热压机上把金属箔片复合于上述片材的两个表面，制成复合片材，然后再将此复合片材用γ射线(Co⁶⁰)或电子辐照交联，剂量为5～100Mrad，也可以先将芯材用上述方法辐照交联后再贴覆金属箔片，制成复合片；所述的芯材配方如下(重量百分数)：

         高分子聚合物           35％～50％

         碳黑                   45％～60％

         碳黑分散剂             0.1％～10％

         其它加工助剂           1％～5％

(2).冲槽，通过数控冲床或数控铣床在复合片上打出矩形槽；

(3).蚀刻，在复合片的相邻矩形槽上下对角近矩形槽端各蚀刻掉一宽度为0.1～1.0mm的金属箔片，形成蚀刻槽，该蚀刻槽可选用多种形式，包括直线形、钝角形、圆弧形、直线圆弧形或折线形；

(4).复合绝缘胶片，在复合片的上下两面各覆合一绝缘胶片；

(5).镀铜，通过化学镀铜和电镀铜，在整个复合片表面和矩形槽端面镀上一层铜；

(6).二次蚀刻，在复合片上蚀刻掉近矩形槽端宽度为0.1～1.0mm以外的镀铜层，蚀刻前用电镀锡或锡铅合金保护非蚀刻区，镀锡厚度为2～40μm。

(7).印刷阻焊膜，首先在复合片上下蚀刻区印刷上一层阻焊膜，该阻焊膜为液态光成像阻焊油墨，然后经过对位曝光使上面阻焊区与下面阻焊区的油墨曝光、聚合，未曝光的油墨通过显影去墨，显影液采用0.1％～10％(重量)的碳酸钠或碳酸钾溶液，显影温度为10～80℃，显影喷淋压力为0.5～10kg/cm²，再通过在100～200℃烘箱中烘20～200分钟使阻焊膜完全硬化交联，最后在阻焊膜上印刷字符；

(8).切割，将制成的复合片进行机械切割或激光切割，分成所需形状的表面贴装用热敏电阻器。

8.根据权利要求7所述的改进型表面贴装用热敏电阻器的制造方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，所述的绝缘胶片以无碱玻璃布为增强材料，浸以环氧树脂，树脂粘度为100～250cp/25℃，绝缘胶片的厚度为0.02～0.3mm。

9.根据权利要求7所述的改进型表面贴装用热敏电阻器的制造方法，其特征在于，所述的步骤(5)中，所述的化学镀采用五水硫酸铜，搅拌方式可采用空气搅拌，连续过滤，操作温度20～80℃，pH值10～13.8；所述的电镀可采用多种类型的电镀铜液，包括氰化物型、焦磷酸盐型、氟硼酸盐型、柠檬酸盐型、硫酸盐型，搅拌方式可采用连续过滤、空气搅拌或阴极移动，阴极电流密度为1～10A/dm²，电镀温度10～60℃，电镀时间为5～200分钟，镀铜厚度10～100μm。

10.根据权利要求7所述的改进型表面贴装用热敏电阻器的制造方法，其特征在于，所述的步骤(7)中，所述的液态光成像阻焊油墨为感光性能的环氧树脂或丙烯酸树脂，包括酚醛环氧树脂、甲酚环氧树脂、氨基甲酸乙酯。

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