一种高可靠玻封二极管结构的PTC热敏电阻器的制作方法

一种高可靠玻封二极管结构的ptc热敏电阻器
技术领域
1.本实用新型涉及一种ptc热敏电阻器，尤其涉及一种高可靠玻封二极管结构的ptc热敏电阻器。


背景技术：

2.ptc热敏电阻器(positive temperature coefficient)是一种电阻值会随自身温度或环境温度升高而增大的电阻器，利用其电阻值随温度变化而变化的特性，可用于电子电路中的测温、控温以及温度补偿等。常用的半导体材料单晶硅在一定条件下具有一定的ptc效应，采用单晶硅所制成的ptc热敏电阻器电阻
‑
温度特性曲线程近似线性变化趋势，电阻温度系数为0.6～1.0％/k，其具有稳定性好，应用温度范围宽、精度高等特点，常用于电子电路中的测温、控温和温度补偿等。随着电子产品不断向小型化、可靠化、轻量化等方向发展，如何实现单晶硅作为热敏电阻芯片并制造成高可靠、小型化、轻量化、稳定化的ptc热敏电阻器，一直是需要解决的技术难题。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种高可靠玻封二极管结构的ptc热敏电阻器，首先热敏电阻芯片由单晶硅片基体、内电极 (镍电极)、外电极(金电极)组成，其次单晶硅片基体与镍电极之间通过高温合金化形成良好欧姆接触，最后热敏电阻芯片与连接引线之间通过封装工艺封装在玻封管壳封装管腔内，在封装过程中热敏电阻芯片通过表面的金电极与第一连接引线和第二连接引线之间由第一焊接片和第二焊接片形成金属过渡连接，有效消除了传统机械压接连接所产生的接触电阻，保证产品在各种温度环境下长期使用的可靠性。
4.本实用新型的目的通过下述技术方案实现：
5.一种高可靠玻封二极管结构的ptc热敏电阻器，包括热敏电阻芯片、玻封管壳、第一连接引线和第二连接引线，所述玻封管壳具有封装管腔，所述玻封管壳的封装管腔中部安装有热敏电阻芯片，所述第一连接引线由第一引线和第一引线柱组成，所述第二连接引线由第二引线和第二引线柱组成，所述第一引线柱配合安装于玻封管壳的封装管腔上部区域，所述第二引线柱配合安装于玻封管壳的封装管腔下部区域，所述玻封管壳高温软化后在降温过程中收缩所产生的收缩力将所述热敏电阻芯片与所述第一连接引线和第二连接引线封装在玻封管壳的管腔中，另外，所述第一引线柱端部通过第一焊接片与热敏电阻芯片上表面形成金属过渡连接，所述第二引线柱端部通过第二焊接片与热敏电阻芯片下表面形成金属过渡连接。
6.本实用新型第一种优选的电阻芯片结构技术方案是：所述热敏电阻芯片包括带镍电极单晶硅片，所述带镍电极单晶硅片外部具有镍电极层。
7.本实用新型第二种优选的电阻芯片结构技术方案是：所述电阻芯片包括带镍电极的单晶硅片，所述带镍电极单晶硅片由单晶硅片与镍电极层通过高温合金化而成，所述带
镍电极的单晶硅片表面采用化学沉积法形成一层金电极层。
8.本实用新型第一种电阻芯片进一步的优选技术方案是：所述电阻芯片的镍电极层外部还采用化学沉积法形成一层金电极层。
9.作为优选，所述第一焊接片与第二焊接片均为金锡焊片au80sn20，所述金锡焊au80sn20熔点为280℃
±
5℃，所述金锡焊au80sn20与所述热敏电阻芯片外电极之间具有良好的焊接性，所述第一引线和第二引线均为杜美丝引线。所述第一引线柱与第一焊接片具有良好的焊接性，所述第二引线柱与第二焊接片之间具有良好的焊接性。
10.作为优选，所述第一引线柱通过所述第一焊接片与所述热敏电阻芯片焊接连接，所述第二引线柱通过所述第二焊接片与所述热敏电阻芯片焊接连接。
11.作为优选，所述第一引线柱、第一焊接片、热敏电阻芯片、第二焊接片、第二引线柱在玻封管壳的封装管腔中、氮气保护条件下经过585℃的高温玻璃封装而成。
12.作为优选，所述杜美丝引线为铜包镍铁合金丝，表面覆盖硼酸盐层，所述热敏电阻芯片、第一连接引线、第二连接引线、玻封管壳的热膨胀系数均为 10
‑6％/℃数量级。
13.作为优选，所述带镍电极单晶硅片具有欧姆接触。
14.作为优选，所述热敏电阻芯片电阻值的大小可以通过电阻芯片尺寸来调节。
15.作为优选，所述第一焊接片在封装过程分别在热敏电阻芯片与第一引线柱之间形成金属过渡连接。所述第二焊接片在封装过程分别在热敏电阻芯片与第二引线柱之间形成金属过渡连接。
16.作为优选，所述第一焊接片在封装过程分别在热敏电阻芯片与第一引线柱之间无机械压接结构所产生的接触电阻。所述第二焊接片在封装过程分别在热敏电阻芯片与第二引线柱之间无机械压接结构所产生的接触电阻。
17.作为优选，所述热敏电阻芯片的电阻率为(2～500)ω.cm。
18.本实用新型较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
19.(1)本实用新型热敏电阻芯片与第一连接引线柱通过第一焊接片焊接形成金属过渡连接，热敏电阻芯片与第二连接引线通过第二焊接片焊接形成金属过渡连接，并同时封装于玻封管壳中，其热敏电阻芯片由单晶硅片为基体并与镍电极层形成欧姆接触，芯片表面还采用化学沉积方式形成一层金电极，然后采用金电极与焊接片之间的良好焊接性能，在玻璃封装过程中实现热敏电阻芯片与引线之间的良好焊接，有效消除了单纯机械压接结构所引起的接触电阻，保证产品在各种温度环境下长期使用的可靠性。
20.(2)本实用新型具有ptc效应，电阻温度特性近似线性，由金属材料和无机材料组成，具有可靠性高、体积小、质量轻、稳定性好、寿命长等优点，其外形尺寸可根据实际需求进行调整，能满足电子元器件稳定化、小型化、轻量化的发展需求。
附图说明
21.图1为本实用新型的结构示意图；
22.图2为热敏电阻芯片配合安装于玻封管壳中的截面图；
23.图3为本实用新型的电阻比(r
t
/r
25
)
‑
温度特性曲线图。
24.其中，附图中的附图标记所对应的名称为：
25.1－玻封管壳,2－热敏电阻芯片，3－第一焊接片,4－第二焊接片，5－第一连接引
线,51－第一引线,52－第一引线柱，6－第二连接引线,61－第二引线,62 －第二引线柱。
具体实施方式
26.下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明：
27.实施例
28.如图1～图2所示，一种高可靠玻封二极管结构的ptc热敏电阻器，包括玻封管壳1、第一连接引线5和第二连接引线6，玻封管壳1具有封装管腔，玻封管壳1的封装管腔中部安装有热敏电阻芯片2，第一连接引线5由第一引线51 和第一引线柱52组成，第二连接引线6由第二引线61和第二引线柱62组成，第一引线柱52配合安装于玻封管壳1的封装管腔上部区域，第二引线柱62配合安装于玻封管壳1的封装管腔下部区域，第一引线柱52端部通过第一焊接片 3与热敏电阻芯片2上表面焊接固定(优选地，第一引线柱52端部与热敏电阻芯片2之间通过第一焊接片3进行过渡金属焊接连接)，第二引线柱62端部通过第二焊接片4与热敏电阻芯片2下表面焊接固定(优选地，第二引线柱62端部与热敏电阻芯片2之间通过第二焊接片4进行过渡金属焊接连接)。
29.本实用新型第一种优选的热敏电阻芯片结构技术方案是：热敏电阻芯片2 包括单晶硅片基体，单晶硅片基体外部具有镍电极层；热敏电阻芯片2的镍电极层外部还采用化学沉积法形成一层金电极层。即热敏电阻芯片2包括单晶硅片基体、内电极、外电极，单晶硅片基体内电极为镍电极，所述镍电极焊接性能较差，外电极为金电极，所述金电极焊接性能良好。本实用新型热敏电阻芯片2具有良好的ptc特性，其电阻值随温度增加而增加，性能稳定，电阻温度曲线为近似线性曲线，且与第一焊接片3、第二焊接片4之间焊接性良好。热敏电阻芯片2的镍电极层外部金电极也采用化学沉积法形成。
30.本实用新型第二种优选的热敏电阻芯片结构技术方案是：热敏电阻芯片2 包括带镍电极单晶硅片，带镍电极由单晶硅片基体与镍电极层通过高温合金化而成，带镍电极单晶硅片具有良好的欧姆接触，单晶硅片基体表面采用化学沉积法形成一层金电极层。这样，热敏电阻芯片2具有欧姆接触特性，热敏电阻芯片2的欧姆接触特性由单晶硅片基体与镍电极通过合金化形成，单晶硅片基体表面的镍电极采用化学沉积法形成。
31.第一引线51和第二引线61均为杜美丝引线，本实用新型优选的杜美丝引线为铜包镍铁合金丝，表面覆盖一层硼酸盐层，杜美丝引线与热敏电阻芯片2 接触位置为导电性良好的铜柱，与第一焊接片3、第二焊接片4(即金锡焊片) 焊接浸润性良好。热敏电阻芯片2、第一连接引线5、第二连接引线6、玻封管壳1的热膨胀系数均为10
‑6％/℃数量级，可以进一步保证产品在高、低温环境中长期使用的可靠性。本实用新型优选的玻封管壳1为中温玻璃，第一焊接片3 与第二焊接片4均为可焊性良好的金锡焊片(本实施例的尺寸为 0.25*0.25*0.02mm)，本实施例的热敏电阻芯片2长、宽分别为0.4～0.55mm，其长、宽及厚度与ptc热敏电阻器电阻值形成一一对应关系。本实施例玻封管壳1长度最大为6mm，外径最大为3mm，单边杜美丝引线长度从26～30mm可调，整只产品重量不超过0.1g，能满足电子元器件轻量化、小型化的发展需求。
32.本实施例的第一焊接片3与第二焊接片4均为金锡焊片au80sn20，金锡焊 au80sn20熔点为280℃
±
5℃，金锡焊au80sn20与所述热敏电阻芯片2外电极之间具有良好的焊接性，第一引线51和第二引线61均为杜美丝引线，第一引线柱52和第二引线柱62均为
铜柱，第一引线柱52与第一焊接片3之间具有良好的焊接性，第二引线柱62与第二焊接片4之间具有良好的焊接性。
33.本实施例的第一焊接片3在封装过程分别在热敏电阻芯片2与第一引线柱 52之间形成金属过渡连接；第二焊接片4在封装过程分别在热敏电阻芯片2与第二引线柱62之间形成金属过渡连接。本实施例的第一焊接片3在封装过程分别在热敏电阻芯片2与第一引线柱52之间无机械压接结构所产生的接触电阻；第二焊接片4在封装过程分别在热敏电阻芯片2与第二引线柱62之间无机械压接结构所产生的接触电阻。第一引线柱52、第一焊接片3、热敏电阻芯片2、第二焊接片4、第二引线柱62在玻封管壳1的封装管腔中、无氧的氮气保护条件下高温焊接而成，即第一引线柱52、第一焊接片3、热敏电阻芯片2、第二焊接片4、第二引线柱62按照图1的方式放入玻封管壳1的封装管腔中，并在石墨磨具中，在氮气保护条件下经高温熔封而构成一个整体结构，在具体制造时，第一引线柱52、第一焊接片3、热敏电阻芯片2、第二焊接片4、第二引线柱62 放入玻封管壳1的封装管腔中，玻封管壳1放入石墨工装中，然后将安装后的石墨工装放入真空焊接封装炉中，在585℃高温和氮气保护气氛下高温熔封构成一个整体结构。本实用新型的第一焊接片3、第二焊接片4在高温封装过程中受热熔化，一端与热敏电阻芯片2表面金电极之间形成良好浸润，一端与第一引线柱52或第二引线柱62形成良好的浸润，封装冷却过程中在热敏电阻芯片2 和杜美丝引线之间形成良好的金属过渡连接，有效的消除了热敏电阻芯片2与杜美丝引线之间由传统机械压接所产生的接触电阻，保证产品在不同温度环境下长期有效使用的可靠性。
34.本实施例的ptc热敏电阻器尺寸见如下表1，重量在0.05～0.10g之间。
35.l1(mm)φ1(mm)l2(mm)φ2(mm)3.57～4.011.83～1.8828.20～28.730.49～0.51
36.表1
37.本实用新型ptc热敏电阻器电阻温度特性曲线见图3，本实用新型热敏电阻器在高低温试验过程中阻值变化情况见如下表2。
[0038][0039]
表2
[0040]
本实用新型热敏电阻器在1000h负荷寿命试验过程中阻值变化情况见如下表3。
[0041][0042]
表3
[0043]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。