一种耐高温快速响应的热敏电阻及其制成的温度传感器的制作方法

本发明属于电子元器件领域，尤其涉及一种耐高温快速响应的热敏电阻及其制作方法。

背景技术：

由热敏芯片作为核心部件，采取不同封装形式构成的热敏电阻和温度传感器广泛应用于各种温度探测、温度补偿、温度控制电路，其在电路中起到将温度的变量转化成所需的电子信号的核心作用。

随着技术的提升和市场的需求，现在对于流体温度传感器的灵敏度要求越来越高，同时温度传感器要具备较高的防渗漏性能和耐热性能。

现有的流体温度传感器一般是先制备电阻，再加工成传感器。

现市面上的快速响应热敏电阻，主要为径向玻璃封装热敏电阻，请参阅图1，其为现有的快速响应热敏电阻的结构示意图。该热敏电阻包括芯片1、与芯片1两面电极相连接的引线3和包裹于芯片1外部的玻璃保护层2。温度要完全传递给芯片1需要先经过玻璃保护层2，所以玻璃保护层2的厚度会极大的影响了电阻的反应速度，一般的玻璃封装产品玻璃保护层2厚度大概在0.3-1.07mm，热时间常数一般为1-5s。但随着产品的升级，热敏电阻传感器要在保留了耐高温的特性的情况下再追求更快的反应时间，常规的玻封产品的反应速度已经渐渐不能满足高端市场对流体温度传感器温度探测的高灵敏的要求。假如之后还用进行一定的包裹封装，那热时间将会再次加长，所以无论为了之后加工成传感器还是直接使用，热敏电阻都需要追求更快的反应速度。

请参阅图2，其为现有的流体温度传感器的使用状态示意图。现有的流体温度传感器多采用调充密封材料和金属外壳包裹热敏电阻进行防渗封装，虽然有较好的防渗漏性能，但温度要经过一层较厚的防渗漏材料7然后才能传到探头。在这过程中，防渗漏材料7有一定的热容会吸收掉一部分温度，防渗漏层的厚度也增加了反应的时间。

现有的防渗漏型流体温度传感器的芯片完全感知温度的过程为：金属外壳6→防渗漏材料7→玻璃保护层2→芯片，芯片要感知到正确温度需要经过多层材料，大大影响了传感器的响应速度，而且防渗漏材料7因为热容的关系，还会吸收(放出)一定的热量，导致响应时间更长。为了满足市场高灵敏防渗漏型温度传感器的需求，所以要制造出反应时间更短、响应速度越快的防渗漏型流体温度传感器。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于陶瓷基片的耐高温快速响应的热敏电阻。

本发明所采用的技术方案是：一种耐高温快速响应的热敏电阻，包括基片、芯片和芯片保护层；所述基片为薄膜陶瓷基片，所述芯片设于所述基片的外表面上并与其直接接触，所述芯片保护层为玻璃保护层，其半包围包裹于所述芯片外部。

相比于现有技术，本发明所述的耐高温快速响应的热敏电阻在感测温度时，只需要经过一层薄薄的薄膜陶瓷基片，其响应速度得到大幅提升，热反应时间为0.5s～2s，远远超过一般的热敏电阻，且其在具备如此高的反应速度的同时还具备了耐高温的特性。

进一步地，所述基片上设有基片电极，所述基片电极由金属电子浆料通过丝网印刷工艺印刷于基片上。

进一步地，该热敏电阻采用点膏法制成。采用点膏法制成的热敏电阻，根据陶瓷基片的形状可以分成短条形热敏电阻和长条形热敏电阻，其中，短条形热敏电阻按照以下工艺步骤制成：

1)对陶瓷基片进行丝网印刷，将贵金属电子浆料印刷在陶瓷基片上并固化形成电极，印刷图案根据产品要求设计；

2)切割陶瓷基片，切割后的陶瓷基片略大于芯片；

3)将芯片置于陶瓷基片中间，芯片两端电极朝向着基片两端电极；

4)点上电子浆料焊接芯片电极和基片电极，电子浆料优选银浆或银膏；

5)往芯片滴上玻璃浆料，使玻璃浆料完全包裹芯片；

6)高温烧结，使玻璃浆料形成一层半包围包裹于芯片外部的玻璃保护层。

而长条形热敏电阻则按照以下工艺步骤制成：

1)对陶瓷基片进行丝网印刷，将贵金属电子浆料印刷在陶瓷基片上并固化形成电极，印刷图案根据产品要求设计；

2)切割陶瓷基片，切割后的陶瓷基片呈长条状；

3)将芯片置于陶瓷基片上，芯片两面电极分别朝向基片电极；

4)点上电子浆料，连接基片电极和芯片电极，电子浆料优选银浆或银膏；

5)涂抹玻璃浆料：除了基片电极末端，其余部分均匀涂抹上一层玻璃浆料；

6)高温烧结，使玻璃浆料形成一层半包围包裹于芯片外部的玻璃保护层。

进一步地，该热敏电阻采用邦定法制成。采用邦定法制作所述热敏电阻，按照以下工艺步骤进行：

1)激光切割：先对陶瓷基片进行激光切割，在陶瓷基片上切割出一条条刻槽，以便于后续将整块陶瓷基片分离成多块小的陶瓷基片；

2)印刷电极并固化：对陶瓷基片进行丝网印刷，将贵金属电子浆料印刷在陶瓷基片上并固化形成电极，印刷图案根据产品要求设计；

3)涂浆：在基片电极上面涂抹一层陶瓷浆料；由于后续工序需要喷洒玻璃浆料，为了防止全部电极上覆盖玻璃，故需要涂抹一层陶瓷浆料隔绝玻璃与电极直接接触；

4)点胶：在每块小基片的一端未抹上陶瓷浆料的电极上点上贵金属胶(如银胶)，用于后续的贴片步骤；

5)贴片：将芯片的其中一端电极贴向贵金属胶，使基片电极、银胶、芯片电极连接在一起，然后加热固化；

6)跳线：利用超声波焊接将一条金属导线两端分别焊接到芯片电极和基片的另外一端电极上；

7)喷涂玻璃浆料：往陶瓷基片上喷涂玻璃浆料；

8)烧结：高温烧结，使玻璃浆料形成一层覆盖步骤6)所得半成品上表面的玻璃保护层；

9)超声波清洗：利用超声波清洗，使基片电极上面的陶瓷层及陶瓷层上面的玻璃保护层层脱落，露出电极；

10)分片：沿着陶瓷基片反面的激光切割刻槽将整块基片分离成一块块小的热敏电阻产品。

采用邦定法制成的热敏电阻，同样根据陶瓷基片的形状可以分成短条形热敏电阻和长条形热敏电阻；二者均可根据上述步骤制得，区别仅在于步骤1)中陶瓷基片激光切割形成的小块陶瓷基片形状。

本发明还提供一种高灵敏性流体温度传感器，其包括所述的热敏电阻。

相比于现有技术，本发明所述的高灵敏性流体温度传感器的响应速度得到大幅提升，热反应时间为0.5s～2s，远远超过一般的热敏电阻，且其在具备如此高的反应速度的同时还具备了耐高温的特性。

进一步地，所述高灵敏性流体温度传感器还包括外壳、电子线和后盖；所述热敏电阻和所述电子线焊接于所述后盖上的金属片处，且所述热敏电阻与所述电子线连接形成通路；所述外壳一端与所述后盖固接，另一端所设有梳齿状保护条；所述热敏电阻带有芯片的一端被梳齿状保护条包围；所述外壳内部填充有防渗漏材料。通过所述外壳的特殊结构，使所述的传感器在具备快速响应和耐高温的特性之外，还具备较强的耐压性和防渗漏性能。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1是现有的快速响应热敏电阻的结构示意图

图2是现有的流体温度传感器的使用状态示意图

图3是实施例1的耐高温快速响应的热敏电阻的侧视图

图4是实施例1的耐高温快速响应的热敏电阻的俯视图

图5是实施例1中的步骤1)的示意图

图6是实施例1中的步骤2)的示意图

图7是实施例1中的步骤3)的示意图

图8是实施例1中的步骤4)的示意图

图9是实施例1中的步骤4)的示意图

图10是实施例1中的步骤5)和步骤6)的示意图

图11是实施例2的耐高温快速响应的热敏电阻的俯视图

图12是实施例2的耐高温快速响应的热敏电阻的侧视图

图13是实施例2中的步骤1)的示意图

图14是实施例2中的步骤2)的示意图

图15是实施例2中的步骤3)的示意图

图16是实施例2中的步骤4)的示意图

图17是实施例3的耐高温快速响应的热敏电阻的俯视图

图18是实施例3的耐高温快速响应的热敏电阻的侧视图

图19是实施例3中的步骤1)的示意图

图20是实施例3中的步骤2)的示意图

图21是实施例3中的步骤3)的示意图

图22是实施例3中的步骤4)的示意图

图23是实施例3中的步骤5)的示意图

图24是实施例3中的步骤6)的示意图

图25是实施例3中的步骤7)的示意图

图26是实施例3中的步骤8)得到的半成品侧视图

图27是实施例3中的步骤9)得到的半成品侧视图

图28是实施例4的耐高温快速响应的热敏电阻的俯视图

图29是实施例4中的步骤1)的示意图

图30是实施例4中的步骤2)的示意图

图31是实施例4中的步骤3)的示意图

图32是实施例4中的步骤4)的示意图

图33是实施例4中的步骤5)的示意图

图34是实施例4中的步骤6)的示意图

图35是实施例4中的步骤7)的示意图

图36是实施例4中的步骤8)的示意图

图37是实施例4中的步骤9)的示意图

图38是实施例5的温度传感器的使用状态示意图

图39是实施例5所述的后盖的俯视图

图40是实施例5所述的后盖的侧视图

图41是实施例5所述的外壳的结构示意图

图42是实施例5中的步骤5)的示意图

图43是实施例5中的步骤6)的示意图

具体实施方式

实施例1

请同时参阅图3和图4，其中，图3为本实施例的耐高温快速响应的热敏电阻的侧视图，图4为本实施例的耐高温快速响应的热敏电阻的俯视图；本实施例的热敏电阻为采用点膏法制得的短条形热敏电阻。本实施例的耐高温快速响应的热敏电阻包括基片40、设于所述基片40的外表面上并与其直接接触的芯片10以及半包围包裹于所述芯片外部的玻璃保护层20。所述基片40为薄膜陶瓷基片，且其上表面印有基片电极41；所述芯片10两面的芯片电极11通过电子浆料50与所述基片电极41连接。

具体地，本实施例中的基片电极41由金属电子浆料通过丝网印刷工艺印刷于基片40上，并采用点膏法制作所述热敏电阻。所述薄膜陶瓷基片可选用氧化铝基片。请同时参阅图5～10，本实施例的热敏电阻具体按照以下工艺步骤制得：

1)对陶瓷基片进行丝网印刷，将贵金属电子浆料印刷在陶瓷基片上并固化形成电极，印刷图案根据产品要求设计；

2)切割陶瓷基片，切割后的陶瓷基片40略大于芯片10；

3)将芯片10置于陶瓷基片40中间，芯片10两端的芯片电极11朝向着基片40两端的基片电极41；

4)点上电子浆料50焊接芯片电极11和基片电极41，电子浆料50优选银浆或银膏；

5)往芯片10滴上玻璃浆料200，使玻璃浆料200完全包裹芯片；

6)高温烧结，使玻璃浆料200形成一层半包围包裹于芯片10外部的玻璃保护层20。

相比于现有技术，本发明所述的耐高温快速响应的热敏电阻的芯片10与基片40直接接触，因此在感测温度时只需要经过一层薄薄的薄膜陶瓷基片40，其响应速度得到大幅提升，热反应时间为0.5s～2s，远远超过一般的热敏电阻；且由于玻璃烧制温度在600-800℃，陶瓷基片一般是在非常高的温度制成，如氧化铝基片是在1200℃左右高温下制成，芯片同样是在1200℃左右烧结而成，故所述热敏电阻能在500℃左右的高温环境下工作，因此其同时具备了耐高温的特性。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：本实施例的热敏电阻为长条形热敏电阻，即切割后的基片形状为长条形。请同时参阅图11和图12，其中，图11为本实施例所述的热敏电阻的俯视图，图12为本实施例所述的热敏电阻的侧视图。本实施例的热敏电阻为采用点膏法制得的长条形热敏电阻。本实施例的耐高温快速响应的热敏电阻包括基片40、设于所述基片40的外表面上并与其直接接触的芯片10以及半包围包裹于所述芯片外部的玻璃保护层20。所述基片40为薄膜陶瓷基片，且其上表面印有基片电极41；所述芯片10两面的芯片电极11通过电子浆料50与所述基片电极41连接。本实施例中，所述玻璃保护层20均匀覆盖于除基片电极41末端之外的基片40、基片电极41、芯片10上表面。

请同时参阅图13～16，本实施例的热敏电阻具体按照以下工艺步骤制得：

1)对陶瓷基片进行丝网印刷，将贵金属电子浆料印刷在陶瓷基片上并固化形成基片电极41，印刷图案根据产品要求设计；

2)切割陶瓷基片，切割后的陶瓷基片40呈长条状；

3)将芯片10置于陶瓷基片上，芯片两面的芯片电极11分别朝向基片电极41；

4)点上电子浆料50，连接基片电极41和芯片电极11，电子浆料优选银浆或银膏；

5)涂抹玻璃浆料：除了基片电极末端，其余部分均匀涂抹上一层玻璃浆料；

6)高温烧结，使玻璃浆料形成一层半包围包裹于芯片外部的玻璃保护层20，得到如图11～12所示的热敏电阻产品。

实施例3

请同时参阅图17和图18，其中，图17为本实施例所述的热敏电阻的俯视图，图18为本实施例所述的热敏电阻的侧视图。本实施例的热敏电阻为采用邦定法制得的短条形热敏电阻。本实施例的耐高温快速响应的热敏电阻包括基片40、设于所述基片40的外表面上并与其直接接触的芯片10以及半包围包裹于所述芯片外部的玻璃保护层20。所述基片40为薄膜陶瓷基片，且其上表面印有基片电极41；所述芯片10下表面的芯片电极通过电子浆料50与基片40一端的基片电极连接，所述芯片10上表面的芯片电极通过金属导线51与基片40另一端的基片电极41连接。所述金属导线51被包裹于玻璃保护层20内部。

请同时参阅图19～27，本实施例的热敏电阻具体按照以下工艺步骤制得：

1)激光切割：先对陶瓷基片进行激光切割，在陶瓷基片上切割出一条条刻槽42，以便于后续将整块陶瓷基片分离成多块小的陶瓷基片；

2)印刷电极并固化：对陶瓷基片进行丝网印刷，将贵金属电子浆料印刷在陶瓷基片的上表面401上并固化形成电极，印刷图案根据产品要求设计；

3)涂浆：在基片电极41上面涂抹一层陶瓷浆料21；由于后续工序需要喷洒玻璃浆料，为了防止全部电极上覆盖玻璃，故需要涂抹一层陶瓷浆料21隔绝玻璃与电极直接接触；

4)点胶：在每块小基片40的一端未抹上陶瓷浆料的电极上点上贵金属胶50，用于后续的贴片步骤；所述贵金属胶优选银胶；

5)贴片：将芯片10的其中一端电极贴向贵金属胶50，使基片电极、贵金属胶、芯片电极连接在一起，然后加热固化；

6)跳线：利用超声波焊接将一条金属导线51两端分别焊接到芯片电极和基片的另外一端电极上；

7)喷涂玻璃浆料：往陶瓷基片上喷涂玻璃浆料200；

8)烧结：高温烧结，使玻璃浆料200形成一层覆盖步骤6)所得半成品上表面的玻璃保护层20，如图26所示；

9)超声波清洗：利用超声波清洗，使基片电极41末端上面的陶瓷层21及陶瓷层21上面的玻璃保护层20脱落，露出电极；

10)分片：沿着陶瓷基片反面的激光切割刻槽42将整块基片分离成如图17～18所示的一块块小的热敏电阻产品。

实施例4

本实施例与实施例3的区别在于：本实施例的热敏电阻为长条形热敏电阻，即切割后的基片形状为长条形。请参阅图28，其为本实施例所述的热敏电阻的俯视图。本实施例的耐高温快速响应的热敏电阻包括基片40、设于所述基片40的外表面上并与其直接接触的芯片10以及半包围包裹于所述芯片外部的玻璃保护层20。所述基片40为薄膜陶瓷基片，且其上表面印有基片电极41；所述芯片10下表面的芯片电极通过电子浆料50与基片40一端的基片电极连接，所述芯片10上表面的芯片电极通过金属导线51与基片40另一端的基片电极41连接。本实施例中，仅基片电极41末端上表面未被玻璃保护层20覆盖，且所述金属导线51被包裹于玻璃保护层20内部。

请同时参阅图29～37，本实施例的热敏电阻具体按照以下工艺步骤制得：

1)激光切割：先对陶瓷基片进行激光切割，在陶瓷基片上切割出一条条刻槽42，以便于后续将整块陶瓷基片分离成多块小的陶瓷基片；

2)印刷电极并固化：对陶瓷基片进行丝网印刷，将贵金属电子浆料印刷在陶瓷基片的上表面401上并固化形成电极，印刷图案根据产品要求设计；

3)涂浆：在基片电极41上面涂抹一层陶瓷浆料21；由于后续工序需要喷洒玻璃浆料，为了防止全部电极上覆盖玻璃，故需要涂抹一层陶瓷浆料21隔绝玻璃与电极直接接触；

4)点胶：在每块小基片40的一端未抹上陶瓷浆料的电极上点上贵金属胶50，用于后续的贴片步骤；所述贵金属胶优选银胶；

5)贴片：将芯片10的其中一端电极贴向贵金属胶50，使基片电极、贵金属胶、芯片电极连接在一起，然后加热固化；

6)跳线：利用超声波焊接将一条金属导线51两端分别焊接到芯片电极和基片的另外一端电极上；

7)喷涂玻璃浆料：往陶瓷基片上喷涂玻璃浆料200；

8)烧结：高温烧结，使玻璃浆料200形成一层覆盖步骤6)所得半成品上表面的玻璃保护层20，如图36所示；

9)超声波清洗：利用超声波清洗，使基片电极41末端上面的陶瓷层21及陶瓷层21上面的玻璃保护层20脱落，露出电极；

10)分片：沿着陶瓷基片反面的激光切割刻槽42将整块基片分离成如图28所示的一块块小的热敏电阻产品。

实施例5

本发明还提供一种包括上述任一种耐高温快速响应的热敏电阻的高灵敏性流体温度传感器。

本实施例中的热敏电阻采用实施例2所述的热敏电阻。请同时参阅图38～40，其中，图38为本实施例所述的温度传感器的使用状态示意图，图39为本实施例所述的后盖的俯视图，图40为本实施例所述的后盖的侧视图。所述温度传感器包括热敏电阻610、外壳620、电子线630和后盖640；所述热敏电阻610和所述电子线630焊接于所述后盖640上的金属片641处，且所述热敏电阻610与所述电子线630连接形成通路；所述外壳620一端与所述后盖640固接，另一端所设有梳齿状保护条621；所述热敏电阻610带有芯片的一端被梳齿状保护条621包围；所述外壳620内部填充有防渗漏材料650。

具体地，所述外盖640上设有金属片641和非金属片642，所述热敏电阻610穿插于所述金属片641与非金属片642之间，且所述热敏电阻610上的基片电极与所述金属片641一端焊接；所述电子线630与所述金属片641的另一端焊接，从而使所述热敏电阻610与所述电子线630连接形成通路。

请同时参阅图41～43，本实施例的温度传感器通过以下工艺步骤制得：

1)制得耐高温快速响应的热敏电阻；该热敏电阻按照实施例2中的工艺步骤制得；

2)制作如图39和图40所示的后盖640；

3)分别将热敏电阻610和电子线630焊接在后盖640的金属片641上，从而使所述热敏电阻610与所述电子线630连接形成通路；所述热敏电阻610穿插于金属片641与非金属片642之间；

4)加工生产出如图41所示的外壳620；

5)将焊接好热敏电阻610和电子线材630的后盖640旋入外壳620中：

6)往外壳620内部填充防渗漏材料650并高温固化；

7)测试所得温度传感器的各项参数，如阻值、B值、热反应时间，防水性能等。

经过测试，本实施例所述的温度传感器的防渗漏性能良好，阻值B值合格，热时间常数约为1s。同时对市面的传感器进行测试，其热时间常数约6s，可见本发明的热时间常数远远小于市面上的传感器，其响应速度得到大幅的提升。同时，由于外壳620对热敏电阻的保护作用，所述温度传感器还具备较强的耐压性和防渗漏性能。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。