PL193175B1

PL193175B1 - Method of making a sandwich-type radiator

Info

Publication number: PL193175B1
Application number: PL337629A
Authority: PL
Inventors: Andrzej Marek Łukasik; Wiesław Zaraska
Original assignee: Inst Tech Elektronowej
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2007-01-31
Also published as: PL337629A1

Abstract

Sposób wykonania grzejnika warstwowego polegający na wykonaniu metodą sitodruku wzorów ścieżek przewodzących i pól kontaktowych, które nanosi się na podłoże elektroizolacyjne z wcześniej naniesioną przewodzącą warstwą metalową, znamienny tym, że wzory pól kontaktowych wykonuje się z warstwy polimerowo-węglowej, którą następnie poddaje się procesowi polimeryzacji w zakresie temperatur od 393 K do 500 K, następnie trawi się nie pokrytą część powierzchni warstwy przewodzącej, po czym w miejscach lokalizacji pól kontaktowych wykonuje się połączenia z przewodami wyprowadzeniowymi za pomocą nitowania.A method of making a layered radiator consisting in making patterns of conductive paths and contact pads by screen printing, which are applied to an electrically insulating substrate with a previously applied conductive metal layer, characterized in that the patterns of the contact pads are made of a polymer-carbon layer, which is then subjected to a polymerization process in the temperature range from 393 K to 500 K, then the uncovered part of the surface of the conductive layer is etched, and then connections with lead wires are made by riveting in the locations of the contact pads.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wykonania grzejnika warstwowego znajdujący zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym.The subject of the invention is a method of making a layered heater applicable in the automotive industry.

Znany jest sposób wykonywania grzejników warstwowych, który polega na nałożeniu na podłożu izolacyjnym warstwy rezystywnej stanowiącej element grzewczy.There is a known method of making layered heaters, which consists in applying a resistive layer on the insulating substrate, constituting a heating element.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 163478 element grzejny, wykonany z równomiernej warstwy grzejnej stanowiącej równocześnie szkielet elementu, z płasko równoległej warstwy stanowiącej elektrody, przewodów oraz warstwy izolacyjnej.A heating element is known from the Polish patent specification No. 163 478, made of a uniform heating layer which is also the skeleton of the element, a plane parallel layer constituting the electrode, wires and an insulating layer.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 175388 sposób wykonania elementu grzejnego polegający na tym, że nanosi się kolejno i utwardza warstwy kontaktowe i grzejne. Przy czym warstwa kontaktowa występuje w postaci płasko równoległych pasków przewodzących, natomiast warstwę grzejną stanowi termoutwardzalna kompozycja przewodząca z modyfikowanym spoiwem fenolowym i wypełniaczem węglowym w postaci sadzy lub grafitu.A method of making a heating element is known from the Polish patent specification No. 175388, which consists in applying and hardening the contact and heating layers in sequence. The contact layer is in the form of flat parallel conductive strips, while the heating layer is a thermosetting conductive composition with a modified phenolic binder and carbon filler in the form of carbon black or graphite.

Znany jest również z polskiego opisu patentowego nr 153446 sposób wytwarzania polimerowego elementu grzejnego polegający na tym, że do formy wprowadza się przewodzącą kompozycję poliestrową z dodatkiem sadzy acetylenowej oraz aktywatorów polimeryzacji, po czym prowadzi się polimeryzację w temperaturze 80°C.There is also known from the Polish patent description No. 153446 a method for producing a polymer heating element, which consists in introducing a conductive polyester composition into the mold with the addition of acetylene carbon black and polymerization activators, followed by polymerization at a temperature of 80 ° C.

Wymienione wynalazki rozwiązują problemy realizacji powierzchniowych grzejników. W celu zapewnienia niskich kosztów wytwarzania przy dużych powierzchniach grzejnych jako materiał rezystywny zazwyczaj stosuje się kompozycje polimerowe z przewodzącym wypełniaczem węglowym. Duża rezystywność materiału polimerowego sprawia, że konieczne jest wprowadzenie dodatkowych elektrod rozprowadzających prąd elektryczny. Funkcje tę pełnią w wynalazku nr 175388 płasko równoległe paski przewodzące, natomiast w rozwiązaniu według wynalazku nr 153446 elektrody w postaci siatki miedzianej, którą wtapia się jednostronnie w płytę albo przykleja do niej. Osobnym problemem jest zapewnienie niezawodnych kontaktów pośredniczących pomiędzy polimerowym materiałem rezystywnym a przewodami wyprowadzeniowymi. Duża odporność tych połączeń na wibracje jest szczególnie istotna przy stosowaniu grzejników w pojazdach samochodowych.The inventions mentioned solve the problems of realizing surface heaters. Conductive carbon filler polymer compositions are typically used as resistive material to provide low manufacturing costs with large heating surfaces. The high resistivity of the polymeric material makes it necessary to introduce additional electrodes distributing the electric current. This function is performed in the invention No. 175388 by flat-parallel conductive strips, while in the solution according to the invention No. 153446, electrodes in the form of a copper mesh, which are melted on one side into the plate or glued to it. A separate problem is to ensure reliable intermediary contacts between the polymeric resistive material and the lead wires. High resistance of these connections to vibrations is particularly important when using heaters in motor vehicles.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia wykonywanie niezawodnych i tanich grzejników powierzchniowych przy minimalnej pracochłonności.The solution according to the invention enables the production of reliable and cheap surface heaters with minimal labor consumption.

Sposób wykonania grzejnika warstwowego według wynalazku polega na tym, że wzory pól kontaktowych wykonuje się z warstwy polimerowo-węglowej, którą następnie poddaje się procesowi polimeryzacji w zakresie temperatur od 393 K do 500 K, następnie trawi się nie pokrytą część powierzchni warstwy przewodzącej, po czym w miejscach lokalizacji pól kontaktowych wykonuje się połączenia z przewodami wyprowadzeniowymi za pomocą nitowania.The method of making a layered heater according to the invention is based on the fact that the patterns of contact fields are made of a polymer-carbon layer, which is then subjected to the polymerization process in the temperature range from 393 K to 500 K, then the uncovered part of the surface of the conductive layer is etched, and then at the locations of the contact fields, connections to the lead wires are made with riveting.

Laminaty szklano epoksydowe, z uwagi na powszechne stosowanie w przemyśle elektronicznym, posiadają rygorystycznie określone standardy odnośnie jednorodności materiału, jego rezystywności, odporności na podwyższoną temperaturę, są one jednocześnie stosunkowo tanie z uwagi na wysoką skalę produkcji. Folia miedziana stanowiąca przewodzącą warstwę laminatu umożliwia wykonywanie ścieżek przewodzących, które po odpowiednim ukształtowaniu mogą pełnić funkcję rezystorów grzejnych. Tak wykonane grzejniki posiadają istotną wadę. Pierwszym z nich jest proces utleniania się folii miedzianej, jeżeli jest ona niezabezpieczona. Z kolei zabezpieczenie powierzchni miedzianej za pomocą lakierów utrudnia proces wymiany ciepła, ponieważ druga strona folii jest umiejscowiona na podłożu o małej przewodności cieplnej. Zastosowanie polimerowej kompozycji przewodzącej jako powłoki warstwy miedzianej pozwala na skuteczne zabezpieczenie warstwy miedzianej przed procesem korozji. Dzięki dużej zawartości sadzy przewodność cieplna jak również emisyjność warstwy zabezpieczającej jest bardzo duża, co zapewnia korzystne warunki dla procesu wymiany ciepła z otoczeniem.Glass and epoxy laminates, due to their widespread use in the electronics industry, have rigorously defined standards regarding the homogeneity of the material, its resistivity, resistance to elevated temperature, and at the same time they are relatively cheap due to the large scale of production. The copper foil, which is the conductive layer of the laminate, enables the creation of conductive paths, which, after appropriate shaping, can act as heating resistors. Heaters made in this way have a significant disadvantage. The first is the oxidation process of the copper foil, if it is unprotected. On the other hand, the protection of the copper surface with varnishes makes the heat transfer process difficult, because the other side of the foil is placed on a substrate with low thermal conductivity. The use of a conductive polymer composition as a copper layer coating allows for effective protection of the copper layer against corrosion. Due to the high content of soot, the thermal conductivity as well as the emissivity of the protective layer are very high, which provides favorable conditions for the process of heat exchange with the environment.

Polimerowa warstwa rezystywna umożliwia również realizację niezawodnego połączenia pomiędzy warstwą oporową a wyprowadzeniem.The polymer resistive layer also enables a reliable connection between the resistive layer and the lead.

W przypadku obecności wibracji mechanicznych lutowane połączenia z przewodzącą warstwą laminatu nie wykazują dostatecznej niezawodności. Najczęściej spotykane defekty to delaminacja i zmęczenie warstwy w pobliżu wyprowadzenia. Z drugiej strony stosowane połączenia nitowane wskutek zmęczenia wykazują znaczną zmianę rezystancji. Dzięki umiejscowieniu elastycznej polimerowej kompozycji przewodzącej pomiędzy kontaktową warstwą folii i kołnierzem zacisku elektrycznego proces degradacji elektrycznego połączenia wskutek czynników mechanicznych został poprawiony.In the presence of mechanical vibrations, the brazed joints with the conductive layer of the laminate do not show sufficient reliability. The most common defects are delamination and fatigue of the layer near the exit. On the other hand, the fatigue riveted joints used show a significant change in resistance. By locating the flexible polymeric conductive composition between the contact foil layer and the electric terminal flange, the degradation of the electrical connection due to mechanical factors is improved.

PL 193 175 B1PL 193 175 B1

Takie rozwiązanie umożliwia jednocześnie wykonanie wzoru elementu grzejnego jak również zabezpieczenie powierzchni elementu grzejnego przed procesem utleniania, co przyczynia się do zwiększenia trwałości grzejnika. Jednocześnie elastyczna polimerowa warstwa węglowa nałożona na pole kontaktowe w miejscach gdzie wykonane są połączenia nitowane zmniejsza rezystancję tych połączeń, zabezpiecza również otoczenie tego połączenia przed działaniem czynników zewnętrznych.This solution enables the design of the heating element as well as the protection of the heating element surface against the oxidation process, which contributes to increasing the durability of the radiator. At the same time, a flexible polymer carbon layer applied to the contact field in places where riveted joints are made reduces the resistance of these joints, and also protects the surroundings of this joint against external factors.

Przykład wykonaniaExecution example

Na powierzchni laminatu szklano-epoksydowego pokrytego folią miedzianą nanosi się sitodrukiem wzór ścieżek przewodzących i pól kontaktowych z warstwy polimerowo-węglowej. Warstwę polimerowo-węglową poddaje się procesowi polimeryzacji w temperaturze 400 K. Następnie metodą trawienia usuwa się nie pokrytą część folii miedzianej. W miejscach, pokrytych polimerowo-węglową warstwą, pól kontaktowych dołącza się końcówki przewodów wyprowadzeniowych metodą nitowania.On the surface of the glass-epoxy laminate covered with a copper foil, a pattern of conducting paths and contact fields from the polymer-carbon layer is screen-printed. The polymer-carbon layer is subjected to a polymerization process at a temperature of 400 K. Then, by etching, the uncoated part of the copper foil is removed. In places covered with a polymer-carbon layer of contact fields, the ends of lead wires are connected by riveting.

W grzejniku warstwowym według wynalazku wykorzystuje się przewodnictwo elektryczne folii metalowej jak i warstwy polimerowo-węglowej.In a layered heater according to the invention, the electrical conductivity of a metal foil and a polymer-carbon layer are used.

Claims

A method of making a layered heater consisting in screen printing of patterns of conductive paths and contact fields, which are applied to an electrically insulating substrate with a conductive metal layer previously applied, characterized in that the contact field patterns are made of a polymer-carbon layer, which is then subjected to the polymerization process in the temperature range from 393 K to 500 K, then the uncovered part of the surface of the conductive layer is etched, and then, in the places where the contact fields are located, connections are made to the lead wires by riveting.