专利名称：线性ptc金属膜热敏电阻器制作方法
技术领域：
本发明是一种用组合金属靶材磁控溅射镀膜制造线性PTC金属膜热敏电阻器的方法，属于热敏电阻器制造技术领域。
线性PTC热敏电阻器是指电阻值随温度呈线性变化且具有正温度系数(PTC)的热敏电阻器，它在涉及到温度测量和监控的许多领域中得到了广泛应用。线性PTC金属薄膜热敏电阻器是线性热敏电阻器中的一种主要类型，其金属薄膜通常采用铂、镍或铜等一种纯金属膜构成，这种热敏电阻器的电阻温度系数(TCR)值局限在一个不太宽的范围内，不可能满足实际应用中对TCR值多样化的要求。采用不同成分的合金薄膜作为热敏薄膜，可以制得不同TCR值范围的线性PTC金属膜热敏电阻器，但是按照现有技术，在采用真空蒸发镀膜工艺制造热敏薄膜时，由于工艺及设备的局限性，使得大批量生产的金属薄膜热敏电阻器特性的一致性较差;采用溅射工艺虽然可以得到特性一致性较好的金属薄膜热敏电阻器，但是为了得到不同范围的TCR值，则需要准备相当数量的成分各异的靶材，不仅给生产带来了困难，成本也相应增加。
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种线性PTC金属薄膜热敏电阻器的制作方法，它不需要事先制作许多不同合金成分的靶材，减低了生产成本。
本发明通过选用Ni、Cr、Fe、Ti、Au、Ag、Pt、Cu、Al、Mn等纯金属或康铜、锰铜、铁铬铝、镍铬铝、镍铁等合金的板做成组合靶材，用磁控溅射镀膜制成TCR值为+500×10-3/℃到+5000×10-3/℃的线性PTC金属薄膜热敏电阻。本发明的方法包括热敏电阻器基体预处理、靶材准备、磁控溅射镀膜、膜层热处理和电极制作，其中基体准备、磁控溅射镀膜和电极制作可以采用现有的常规方法。本发明的特征在于溅射镀膜的靶材采用组合靶材和基体镀膜后的膜层热处理需在真空环境中进行。
本发明的组合靶材制作是按照线性PTC金属薄膜热敏电阻器TCR值的要求，选定组成组合靶材的Ni、Cr、Fe、Ti、Au、Ag、Pt、Cu、Al、Mn等纯金属或康铜、锰铜、铁铬铝、镍铬铝、镍铁等合金板块的品种以及占有靶面的面积百分比，再根据磁控靶的有关几何尺寸确定组成组合靶的各种金属或合金板块的几何尺寸和拼装方式。组合靶材的各种金属或合金板块可采用机械联接拚装方式，也可采用低饱和蒸气压的铟一锡合金或锡作为焊料金属，采取合适的真空钎焊或保护气氛下的钎焊，直接焊接在磁控靶铜盖板上。采用这种钎焊制作组合金属靶材的方法，对于靶材需要掺入某种含量很小的金属或合金时，特别适用。
本发明与现有技术相比，由于采用了组合金属靶材，避免了冶炼制造各种成份组成的合金靶材，因而大大降低了制造成本，满足了实用上对线性PTC金属薄膜热敏电阻器的TCR值多样化的要求。又由于采用了膜层真空热处理工艺，使得由此制成的线性PTC金属薄膜热敏电阻器可以达到较高的TCR值，长期工作稳定性也有所提高。本发明可制成电阻温度系数TCR值为(500～5000)×10-6/℃的线性PTC金属膜热敏电阻器，在-30～+130℃的温度范围内，电阻-温度特性的线性偏差小于±1%。
组合靶材的实施可采用如附
图1和附图2所示的结构形式。图1为组合金属矩形平面靶材与磁控靶结构示意图，其中(1a)为主视图，(1b)为俯视图;图2为组合金属圆形平面靶材与磁控靶结构示意图，其中(2a)为主视图，(2b)为俯视图;图3为圆柱形线性PTC金属膜热敏电阻结构示意图。图(1a)和图(2a)中的(1)是磁控靶的靶座;(2)是软铁;(3)是永久磁铁;(4)是磁控靶的真空密封用的铜盖板，也是组合金属靶材的支承底板;(5)是用于固定靶材的压框;(6)是组合金属靶材，(6a)、(6b)、(6c)分别表示不同性质的金属或合金板块;(7)是用于固定靶材的中心压板;(8)是靶材表面由于离子轰击溅射侵蚀所形成的凹痕。组合靶材中各组成金属板占整个靶面面积中百分比的比值可以根据所需要的PTC金属薄膜中各金属元素原子数目的百分比例来确定。对于图(2b)所示的由扇形板块拼装而成的圆形组合靶材，上述两种比例值可取相等值;对于图(1b)所示的由矩形条状板块拼装而成的矩形组合靶材，还必须考虑到靶面所形成的溅射侵蚀凹痕的形状，以及各组成金属板占据凹痕区域的面积大小。此外，由于各种金属的溅射系数并不相等，因此溅射制备的金属热敏薄膜中的各金属元素的原子数目的百分比值与靶材中组成金属的百分比值不会完全相同;通常需要在测出金属热敏薄膜中金属元素的原子百分比值之后，再对组合靶材中各组成金属板块的相对面积比进行适当的修正，而这种修正常常可以和改进PTC金属薄膜热敏电阻器的电气特性同时进行。
本发明中用磁控溅射镀膜制成的金属热敏薄膜需经过真空热处理，热处理的温度为300～500℃，热处理温度下的保温时间(或称热处理时间)为2～5小时，热处理时的真空度为(2～8)×10-3帕;经过真空热处理后，热敏薄膜的阻值变小，TCR增大，稳定性提高;调节热处理温度的高低和热处理时间的长短，可在一定的范围内改变TCR值，以满足生产上微调TCR值的需要。
本发明中作为线性PTC金属膜热敏电阻器的基体材料可以采用陶瓷、微晶玻璃、石英玻璃、普通玻璃或硅单晶片。基体的形状可以是圆柱形或平板形。
实施例一种圆形线性PTC金属膜热敏电阻器的制作方法如下(图3为圆柱形线性PTC金属膜热敏电阻器的结构示意图)1.选用1/4瓦金属膜电阻用的高铝瓷棒10万只，经过清洗，烘干后送入高温炉煅烧，其温度取1000±20℃，时间为3小时。煅烧后的瓷棒存放在100～120℃的烘箱内备用。
2.选用厚度为6mm、宽度为20mm、长度为125mm的康铜板(6b)6块，厚度为6mm、宽度为19mm、长度为125mm的纯度为99.9%的镍板(6a)7块，按图(1b)所示的拼装图，拼成125×253mm的靶材。再将其装到磁控溅射滚镀镀膜机的磁控靶座上。扣除靶材上面的无磁不锈钢压框遮档的部分，中心部分靶面积为120×250mm。
3.从100～120℃的烘箱内取出瓷棒，倒入镀膜机的滚筒内。将镀膜机真空室抽到优于2×10-3帕。开启氩气的质量流量计，调节氩流量，使镀膜室内氩压强为0.7帕。启动直流溅射电源，使加到靶上的功率密度达到8W/cm2，维持溅射滚动镀膜5小时。
4.镀有金属薄膜的瓷棒置于真空高温炉内进行膜层热处理。真空度为5×10-3帕，温度为400±10℃，时间为3小时。
5.镀膜瓷棒两端压戴上金属帽盖(10)，如图3所示。
6.初始阻值分选。由上述工艺规范所得合金薄膜热敏电阻在25℃时的毛坯阻值为13±1Ω。
7.按照成品在室温下的阻值要求，在自动刻槽机上预置对应的刻槽终点阻值，对瓷棒表面膜层加工刻槽(11)，如图3所示。
8.在瓷棒两端压帽(10)上焊出电极引线(9)，如图3所示。
9.脉冲老炼。矩形脉冲电压的占空比为1/1000，脉冲老炼的平均功耗为1/4瓦，老炼时间为3分钟。
10.将金属薄膜热敏电阻器表面涂漆。
11.在155±10℃烘箱内热老化96小时。
12.25℃下测试阻值。由此制得的PTC金属薄膜热敏电阻器的TCR值为2000±100/℃，在-30～+130的温度范围内，测得的电阻-温度特性的线性偏离小于±1%。
权利要求
1.一种线性PTC金属膜热敏电阻器的制作方法，它包括热敏电阻基体预处理、靶材准备、磁控溅射镀膜、膜层热处理和电极制作，其特征在于靶材采用组合金属靶材和膜层热处理采用真空热处理。
2.根据权利要求1所述的线性PTC金属膜热敏电阻器的制作方法，其特征在于磁控溅射镀膜用的靶材是组合金属靶材，它按照线性PTC金属薄膜热敏电阻器TCR值的要求，选定组成金属组合靶材的金属或合金板块的品种，再根据磁控靶的有关几何尺寸确定各种组成组合靶材的金属或合金板块的几何尺寸和拼装或钎焊形式。
3.根据权利要求1或2所述的线性PTC金属膜热敏电阻器的制作方法，其特征在于组合金属靶材采取平面矩形结构或平面圆形结构。
4.根据权利要求1或2所述的线性PTC金属膜热敏电阻器的制作方法，其特征在于制作组合靶材的金属是Ni、Cr、Fe、Ti、Au、Ag、Pt、Cu、Al、Mn等纯金属材料或康铜、锰铜、铁铬铝、镍铬铁、镍铁等合金材料。
5.根据权利要求1或2所述的线性PTC金属膜热敏电阻器的制作方法，其特征在于磁控溅射镀膜制成的金属薄膜采用真空热处理，热处理的温度为300～500℃，时间为2～5小时，真空度为(2～8)×10-3帕。
6.根据权利要求1或2所述的线性PTC金属膜热敏电阻器的制作方法，其特征在于热敏电阻器的基体材料采用陶瓷、微晶玻璃、石英玻璃、普通玻璃或硅单晶片，基体形状采用圆柱形或平板形。
全文摘要
线性PTC金属膜热敏电阻器的制作方法通过选用Ni、Cr、Fe、Ti、Au、Ag、Pt、Cu、Al、Mn等纯金属或康铜、锰铜、铁铬铝、镍铬铝、镍铁等合金板块的品种以及占有靶面的面积百分比，构成组合靶材，用于磁控溅射镀膜，制得的薄膜通过真空热处理，可制成电阻温度系数TCR值为(500～5000)×10
文档编号H01C17/00GK1100558SQ9311174
公开日1995年3月22日 申请日期1993年9月17日 优先权日1993年9月17日
发明者陈国平, 张随新, 张浩康 申请人:东南大学