一种集成式热敏电路及其制造方法与流程

本发明涉及温度传感器技术领域，具体涉及一种集成式热敏电路及其制造方法。

背景技术：

温度传感器广泛应用于我们生活的各个方面，现有的温度传感器基本都是使用的分立式的热敏芯片作为测温元件。

现有技术中，普遍使用的温度传感器（如电子体温计）内部设置有分立式热敏芯片，热敏芯片经过两次封装完成，响应速度比较慢、精度也不高，温度传感器中，热敏芯片获得稳定和相对准确的温度需要30秒~10分钟左右，如医用电子体温计，要求夹在腋下至少3分钟才能读取数据。

这些问题是由现有技术的系统结构和工艺决定的，具体说明如下：现有的温度传感器中热敏芯片要进行一次封装结构和二次封装结构。热敏芯片的一次封装结构包括：热敏芯片、引线、引线与芯片互联的焊料、一次封装胶；二次封装结构包括：一次封装结构、金属帽、二次封装胶。测温过程是将金属帽的表面与被测物体接触，热敏芯片温度稳定后，才能读取到相对准确的数据。温度传输路径是：被测物体→金属帽→二次封装胶→一次封装胶→热敏芯片。可见，温度传输的路径比较长，二次封装胶、一次封装胶的温度稳定后热敏芯片的温度才会稳定，才能获得稳定的温度，中间热损失比较大；同时，金属帽、二次封装胶、一次封装胶、焊料、导线都会吸收热量，影响测温速度和精度。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提出一种温度传输的路径比较短的、中间热损失比较小的、测温误差比较小的、获取温度参数比较快的集成式热敏电路。

一种集成式热敏电路，包括两层以上的陶瓷基层和热敏电阻单元，热敏电阻单元包括一体化设置的热敏电阻材料制作的线状体和连接在线状体两端的金属材料制作的导线；

至少一个热敏电阻单元位于两层陶瓷基层之间；

线状体所在处的上部的陶瓷基层的下部开设有与线状体对应的第一线状凹槽；或，线状体所在处的下部的陶瓷基层的上部开设有与线状体对应的第二线状凹槽；或，线状体所在处的上部的陶瓷基层的下部开设有与线状体对应的第一线状凹槽，线状体所在处的下部的陶瓷基层的上部开设有与线状体对应的第二线状凹槽。

优选的，热敏电阻单元包括一体化烧结而成的热敏电阻浆料烧结成的线状体和连接在线状体两端的金属浆料烧结而成的导线；

优选的，线状体的线宽为30~200μm，线状体的厚度为5~25μm，线状体的长度大于100μm。

优选的，热敏电阻材料烧结成的线状体和金属材料烧结成的导线结合处的交界面处相互嵌入的深度在5μm以上；金属浆料的晶粒尺寸为30~300nm，热敏电阻材料的晶粒尺寸为100~1000nm。

优选的，生瓷片的厚度为20~200μm，共烧的温度为650~1800℃。

优选的，热敏电阻浆料构成的线状体为直线、折线或s型曲线。

优选的，热敏电阻材料烧结成的线状体和金属材料烧结成的导线结合处的重合长度在20μm以上。

优选的，热敏电阻材料烧结成的线状体和金属材料烧结成的导线结合处的交界面处相互嵌入的深度在10μm以上；金属材料的晶粒尺寸为50~200nm，热敏电阻材料的晶粒尺寸为300~800nm，金属材料与热敏电阻材料的共熔体的晶粒直径为200~900nm。

优选的，热敏电阻材料为负温度系数热敏陶瓷材料或正温度系数金属材料，金属材料为钨浆料或钼浆料。

本发明还提供了一种集成式热敏电路的制造方法。

一种集成式热敏电路的制造方法，包括：

a.使用感光膜在生陶瓷片上印刷连接在线状体两端的金属浆料构成的导线和导通电路，导线连接线状体和导通电路；

b.使用钢网在生陶瓷片上印刷热敏电阻浆料，构成线状体；

c.重复步骤a和b获得2片以上的生陶瓷片；

d.将2片以上的生陶瓷片堆叠、压合、共烧，获得包括两层以上陶瓷基层的集成式热敏电路。

1）菲林+感光膜印刷的线路会更细更薄，应该先做；后面才是钢网印刷，可以从钢网设计上避空第1步印刷的线路；2）菲林是一种感光胶卷，用来制作图形；然后用曝光方法将图形转移到陶瓷表面预制（干法或湿法）的感光膜上（陶瓷表面预贴感光膜），再把需要做图形的地方洗掉；然后就可以印刷导线和导通电路了。

优选的，线状体和导线构成热敏电阻单元；

热敏电阻单元的数量在2个以上，至少2个热敏电阻单元位于不同的层，不同的层中的“层”指陶瓷基层的上部、下部或嵌入陶瓷基层中。

优选的，线状体位于两层陶瓷基层之间，线状体位于某层陶瓷基层的上部；

线状体所在处的上部的陶瓷基层的下部开设有与线状体对应的第一线状凹槽；或，线状体所在处的下部的陶瓷基层的上部开设有与线状体对应的第二线状凹槽；或，线状体所在处的上部的陶瓷基层的下部开设有与线状体对应的第一线状凹槽，线状体所在处的下部的陶瓷基层的上部开设有与线状体对应的第二线状凹槽。

优选的，钢网的厚度在30μm以上，感光膜的厚度在30μm以下；

钢网对应印刷线状体部分的开槽的宽度为第一线状凹槽的宽度的1/3-1/2，第一线状凹槽的深度为线状体的厚度1/3~1/2；或，钢网对应线状体部分的开槽的宽度为第二线状凹槽的宽度的1/3-1/2，第二线状凹槽的深度为线状体的厚度1/3~1/2。线状体成型后的高度与导线基本一致，相差不超过20%。

优选的，导线和线状体结合处的重合长度在20μm以上；导线和线状体的线宽差别在50%以下；

导线和线状体结合处的导线的宽度为导线的其它部位的宽度的2倍以上。

优选的，步骤a之前还包括：在生陶瓷片制作通孔；

步骤a或b还包括：在通孔内填充导电浆料；

步骤d之后还包括：

e.对集成式热敏电路的外接焊盘进行表面处理，处理使用的工艺为电镀镍金、化学镍金、化学镍钯金或镀银处理；

f.将进行表面处理后的集成式热敏电路切割成独立的小单元，对小单元进行外形处理。

优选的，陶瓷基层的层数在3层以上；

表层的陶瓷基层的基材厚度小于内层的陶瓷基层的厚度；

表层的陶瓷基层的两面印刷导通电路，导通电路为焊盘、连接线路或焊盘和连接线路。

优选的，表层的陶瓷基层的印刷流程如下：

在陶瓷基层的朝外的一面印刷导通电路、线状体、导线和支撑点，支撑点位于盲孔处；

使用uv光照射导通电路、线状体和导线进行初步定型，导通电路、线状体和导线的浆料中添加有1%~5%的uv感光固化胶，支撑点的浆料中添加有30%~55%的uv感光固化胶；

在陶瓷基层的朝内的一面印刷导通电路、线状体和导线，陶瓷基层的朝内的一面设置有支撑夹具支撑支撑点，支撑点的直径为1~5mm。

优选的，热敏电阻材料烧结成的线状体和金属材料烧结成的导线结合处的交界面处相互嵌入的深度在5μm以上；金属浆料的晶粒尺寸为30~300nm，热敏电阻材料的晶粒尺寸为100~1000nm，金属材料与热敏电阻材料的共熔体的晶粒直径为200~900nm。

优选的，生瓷片的厚度为20~200μm，共烧的温度为650~1800℃。

优选的，热敏电阻浆料构成的线状体为直线、折线或s型曲线。

优选的，热敏电阻材料（一般是浆料）烧结成的线状体和金属材料烧结成的导线结合处的重合长度在20μm以上。

优选的，热敏电阻材料为负温度系数热敏陶瓷材料或正温度系数金属材料，金属材料为钨浆料或钼浆料。

本发明的有益效果是：一种集成式热敏电路，包括两层以上的陶瓷基层和热敏电阻单元，热敏电阻单元包括一体化烧结而成的热敏电阻材料烧结成的线状体和连接在线状体两端的金属材料烧结成的导线；至少一个热敏电阻单元位于两层陶瓷基层之间；线状体所在处的上部的陶瓷基层的下部开设有与线状体对应的第一线状凹槽；和/或，线状体所在处的下部的陶瓷基层的上部开设有与线状体对应的第二线状凹槽。将热敏电阻单元设置成线状体，并集成在两层陶瓷基层之间，热敏芯片（热敏电阻材料制成的线状体）和热敏芯片的连接电路（导线）集成式设置，避免了分立式热敏芯片的两次封装工艺，使得温度传输的路径比较短、中间热损失比较小、测温误差比较小，陶瓷基层传热快，获取温度参数比较快。本发明还提供了上述集成式热敏电路的制造方法。

附图说明

下面结合附图对本发明的集成式热敏电路及其制造方法作进一步说明。

图1是本发明一种集成式热敏电路的爆炸结构示意图。

图2是本发明一种集成式热敏电路的结构示意图。

图3是本发明一种集成式热敏电路的热敏电阻单元的结构示意图。

图4是本发明一种集成式热敏电路的制造方法的流程图。

图中：

1-陶瓷基层；11-第一线状凹槽；12-第二线状凹槽；2-热敏电阻单元；21-线状体；22-导线；13-支撑点；3-导通电路；4-通孔。

具体实施方式

下面结合附图1~4对本发明一种集成式热敏电路及其制造方法作进一步说明。

一种集成式热敏电路，包括两层以上的陶瓷基层1和热敏电阻单元2，热敏电阻单元2包括一体化烧结而成的热敏电阻材料（浆料）烧结成的线状体21和连接在线状体两端的金属材料（浆料）烧结成的导线22；

至少一个热敏电阻单元2位于两层陶瓷基层1之间；

线状体21所在处的上部的陶瓷基层1的下部开设有与线状体21对应的第一线状凹槽11；线状体21所在处的下部的陶瓷基层1的上部开设有与线状体21对应的第二线状凹槽12。

将热敏电阻单元设置成线状体，并集成在两层陶瓷基层之间，热敏芯片和热敏芯片的连接电路集成式设置，避免了分立式热敏芯片的两次封装工艺，使得温度传输的路径比较短、中间热损失比较小、测温误差比较小，陶瓷基层传热快，获取温度参数比较快。

本实施例中，线状体21的线宽为30~200μm，线状体21的厚度为5~25μm，线状体21的长度大于100μm。

将热敏电阻单元的线状体21设置成线状体的形状，导线22连接线状体21和陶瓷基层1上的导通电路3，线状体21和导线22集成在两层陶瓷基层之间，从而实现了热敏芯片（线状体21）和热敏芯片的连接电路（导线22和导通电路3）的集成式设置，避免了分立式热敏芯片的两次封装工艺，使得温度传输的路径比较短、中间热损失比较小、测温误差比较小，陶瓷基层传热快，获取温度参数比较快。

在线状体21的上部或下部设置第一线状凹槽11或第二线状凹槽12，可以有效避免线状体21对于两层陶瓷基层1的结合力的影响，可以有效避免层间起泡。

本发明还提供了一种集成式热敏电路的制造方法。

一种集成式热敏电路的制造方法，包括：

a.使用感光膜（设置有网孔或线路孔的感光膜网）在生陶瓷片上印刷连接在线状体21两端的金属浆料构成的导线22和导通电路3，导线22连接线状体21和导通电路3；

b.使用钢网在生陶瓷片上印刷热敏电阻浆料，构成线状体21；

c.重复步骤a和b获得2片以上的生陶瓷片；

d.将2片以上的生陶瓷片堆叠、压合、共烧，获得包括两层以上陶瓷基层1的集成式热敏电路。

将热敏电阻单元的线状体21设置成线状体的形状，导线22连接线状体21和陶瓷基层1上的导通电路3，线状体21和导线22集成在两层陶瓷基层之间，从而实现了热敏芯片（线状体21）和热敏芯片的连接电路（导线22和导通电路3）的集成式设置，避免了分立式热敏芯片的两次封装工艺，使得温度传输的路径比较短、中间热损失比较小、测温误差比较小，陶瓷基层传热快，获取温度参数比较快。

本实施例中，生瓷片的厚度为100μm。根据需要，生瓷片的厚度也可以是100μm、125μm、150μm、200μm、225μm、250μm、275μm或300μm。

本实施例中，线状体21和导线22构成热敏电阻单元2；

热敏电阻单元2的数量在2个以上，至少2个热敏电阻单元2位于不同的层，不同的层中的“层”指陶瓷基层1的上部、下部或嵌入陶瓷基层1中。

本实施例中，有一个线状体21位于两层陶瓷基层1之间，线状体21位于某层陶瓷基层1的上部；线状体21所在处的上部的陶瓷基层1的下部开设有与线状体21对应的第一线状凹槽11。

本实施例中，还有一个线状体21所在处的下部的陶瓷基层1的上部开设有与线状体21对应的第二线状凹槽12。

本实施例中，还有一个线状体21所在处的上部的陶瓷基层1的下部开设有与线状体21对应的第一线状凹槽11，线状体21所在处的下部的陶瓷基层1的上部开设有与线状体21对应的第二线状凹槽12。

本实施例中，钢网对应印刷线状体21部分的开槽下方边缘设置有对位导向槽，钢网上不设置其它对位点，对位导向槽对准第一线状凹槽11或第二线状凹槽12时，开始线状体21的印刷。对位导向槽和钢网对应印刷线状体21部分的开槽组成漏斗形状，实现了线状体21印刷时的精确对位和精准印刷。

在线状体21的上部或下部设置第一线状凹槽11和第二线状凹槽12，可以有效避免线状体21对于两层陶瓷基层1的结合力的影响，可以有效避免层间起泡。

本实施例中，钢网的厚度为50μm。根据需要，钢网的厚度也可以是30μm、35μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、86μm、90μm或100μm。印刷用感光膜的厚度为25μm，根据需要，感光膜的厚度也可以是5μm、10μm、15μm、18μm、20μm、22μm或24μm。

钢网对应印刷线状体21部分的开槽的宽度为第一线状凹槽11的宽度的1/3-1/2，第一线状凹槽11的深度为线状体21的厚度1/3~1/2；钢网对应线状体21部分的开槽的宽度为第二线状凹槽12的宽度的1/3-1/2，第二线状凹槽12的深度为线状体21的厚度1/3~1/2。

本实施例中，导线22和线状体21结合处的重合长度在20μm以上；导线22和线状体21的线宽差别在50%以下；

导线22和线状体21结合处的导线22的宽度为导线22的其它部位的宽度的2倍以上。

本实施例中，步骤a之前还包括：在生陶瓷片制作通孔4；

步骤a或b还包括：在通孔4内填充导电浆料；通孔4的填充使用设置有孔的钢网单独填充，或者在线路印刷的同时填充。

步骤d之后还包括：

e.对集成式热敏电路的外接焊盘进行表面处理，处理使用的工艺为电镀镍金、化学镍金、化学镍钯金或镀银处理；

f.将进行表面处理后的集成式热敏电路切割成独立的小单元，对小单元进行外形处理。

本实施例中，陶瓷基层1的层数在3层以上；

表层的陶瓷基层1的基材厚度小于内层的陶瓷基层1的厚度；

表层的陶瓷基层1的两面印刷导通电路3，导通电路3为焊盘、连接线路或焊盘和连接线路。

本实施例中，表层的陶瓷基层1的印刷流程如下：

在陶瓷基层1的朝外的一面设置有盲孔，在陶瓷基层1的朝外的一面印刷导通电路3、线状体21、导线22和支撑点13，支撑点13位于盲孔处；

使用uv光照射导通电路3、线状体21和导线22进行初步定型，导通电路3、线状体21和导线22的浆料中添加有1%~5%的uv感光固化胶，支撑点13的浆料中添加有50%~55%的uv感光固化胶；

在陶瓷基层1的朝内的一面印刷导通电路3、线状体21和导线22，陶瓷基层1的朝内的一面设置有支撑夹具支撑支撑点13。

本实施例中，生瓷片的厚度为20~200μm，共烧的温度为650~1800℃。

本实施例中，热敏电阻浆料构成的线状体为直线、折线或s型曲线。

本实施例中，热敏电阻材料烧结成的线状体和金属材料烧结成的导线结合处的重合长度在20μm以上。

本实施例中，热敏电阻材料烧结成的线状体和金属材料烧结成的导线结合处的交界面处相互嵌入的深度在5μm以上；金属材料的晶粒尺寸为50~800nm，热敏电阻材料的晶粒尺寸为300~2000nm，金属材料与热敏电阻材料的共熔体的晶粒直径为200~900nm。

本实施例中，热敏电阻材料为负温度系数热敏陶瓷材料。作为一种替换方案，热敏电阻材料也可以是正温度系数金属材料，金属材料为钨浆料或钼浆料。

本发明不局限于上述实施例，本发明的上述各个实施例的技术方案彼此可以交叉组合形成新的技术方案，另外凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。