一种平板厚膜发热器的制作方法

本实用新型属于厚膜发热器技术领域，尤其涉及一种平板厚膜发热器。

背景技术：

厚膜发热器(加热器)是采用厚膜丝网印刷工艺，在基板上印刷绝缘介质、加热电阻和导热体等材料，通过高温烧结而成的新型加热器件，广泛应用于电水壶、电咖啡壶、电动搅奶器、电热水器、电发板、电熨斗等。厚膜发热器与传统的电热丝式加热器比较，厚膜发热器具有功率密度高、导热性能佳、散热面积大和安全性能高的特点。

传统的搅奶器中使用的厚膜发热器没有设计有专门配备搅拌工具，从而使得搅奶器只能单独搅拌，没能很好的进行搅拌与加热同时进行，因此使用效果不好，不能满足人们的需求；由于厚膜发热器使用的空间较小，使得厚膜发热器的热交换局限在加热板的一个面上，时常出现中心加热的温度与边缘的加热温度不一致，导致整个发热器的加热不均匀，因此，需要设计出一种安全性更高的搅奶器的厚膜发热器。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种平板厚膜发热器，本实用新型的发热器结构简单，耐压、耐热冲击较强，生产工艺简单，可保证电阻层结构的稳定性和可靠性，电阻层发热时产生的热量在绝缘厚膜导热层上能快速传导，升温时间快，大大节省了发热时间，发热功率稳定；功能膜层的表面设有绝缘保护膜层，有利于清洁、保护整个厚膜加热器，可快速实现批量化生产，精度和稳定性可以较好地控制。为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术效果：

根据本实用新型的一个方面，提供了一种平板厚膜发热器，所述发热器包括基盘、设置基盘下表面的作为发热元件的厚膜发热层、设置在基盘中心的通孔以及设置在基盘上表面的支撑帽，在靠近在基盘的外围边缘与靠近通孔之间设置有发热区，在厚膜发热层的表面印制有绝缘保护膜层，所述支撑帽从通孔的边缘向上凸出，所述支撑帽的开口端与所述通孔通过焊接固定。

优选的，所述厚膜发热层包括绝缘厚膜导热层以及在绝缘厚膜导热层的表面依次分别印制有电阻层、导电层、第一电极层、第二电极层和第三电极层，所述绝缘厚膜导热层印制在靠近所述通孔的边缘与靠近所述基盘的边缘之间的发热区内，所述电阻层的两个自由端部分别与第一电极层和第二电极层连接，在所述第一电极层和第二电极层之间设置所述第三电极层，在第一电极层与第三电极层之间或第二电极层与第三电极层之间设置有与第三电极层之间连接有ntc热敏电阻。

上述方案进一步优选的，所述第一电极层、第二电极层和第三电极层呈弧形状排列设置在所述绝缘厚膜导热层的同一侧弧形边缘，所述第三电极层的边缘与第一电极层的边缘之间的间隔距离以及所述第三电极层的边缘与第二电极层之间的间隔距离为5mm～10mm。

上述方案进一步优选的，在第一电极层、第三电极层与向通孔方向的电阻层之间的区域印制有设置有功率标识区。

上述方案进一步优选的，所述电阻层呈由印制在发热区内的多条呈同心弧形电阻层组成，相邻每条同心弧形电阻层的端部通过导电层串联连接，相邻每条呈同心弧形电阻层之间形成等距离的同心弧形间隙，同心弧形间隙的宽度为0.3mm～0.6mm。

上述方案进一步优选的，在厚膜发热层的内边缘与所述通孔边缘之间设置有环形凹陷区，该环形凹陷区从基盘的下表面凹陷，并从基盘的上表面凸出，所述发热区位于环形凹陷区的外围边缘与靠近在基盘的外围边缘之间。

上述方案进一步优选的，所述支撑帽的开口直径大于所述通孔的直径，所述支撑帽的高度为8mm～20mm。

上述方案进一步优选的，所述基盘的中心低于四周，在所述基盘边缘设置有两个相互对称的第一限位缺口和第二限位缺口，该第一限位缺口和第二限位缺口的尺寸大小相同或不相同。

根据本实用新型的另一个方面，本实用新型提供了一种平板厚膜发热器的制备工艺，包括以下步骤：

步骤1：根据相应产品的尺寸要求对基盘定模成圆形盘面结构，然后在基盘中心开设通孔，在基盘的上表面采用激光焊接技术将支撑帽焊接在通孔的边缘，并使通孔和支撑帽在同一轴线上；

步骤2：在基盘的下表面加工成具有多段印制电阻层的凹陷轨迹，并在基盘的边缘预留用于放置ntc热敏电阻的印制区域，再使用激光印刷机并通过丝网印刷技术在基盘边缘与通孔边缘之间的发热区上印制绝缘厚膜导热层、第一电极层、第二电极层和第三电极层，且充满凹陷轨迹和印制区域，使电阻层的两个自由端部分别与第一电极层和第二电极层连接，然后置于830℃～860℃的高温烧结炉内进行烧结，烧结时间不低于90min，以形成稳定的绝缘厚膜导热层，烧结完毕后，退出烧结并冷却至常温；形成稳定的电阻层，其中，绝缘厚膜导热层和电阻层的总厚度不小于120μm；

步骤3：在常温条件下，在绝缘厚膜导热层上印制电阻层，使每条电阻层通过导电层相互串联，然后置于830℃～860℃的高温烧结炉内进行烧结，烧结时间不低于90min，烧结完毕后，退出烧结并冷却至常温；

步骤4：在常温条件下，在绝缘厚膜导热层上的印制区域内进行搭接ntc热敏电阻，使ntc热敏电阻的两端分别搭接在第三电极层之间设置有与第三电极层上，然后置于380℃～420℃的高温烧结炉内进行烧结，烧结时间不超过20min，烧结完毕后，退出烧结并冷却至常温；

步骤5：在绝缘厚膜导热层上印制保护膜层，使保护膜层填充布满电阻层之间的缝隙以及绝缘厚膜导热层、电阻层、导电层和ntc热敏电阻的表面，然后置于180℃～220℃的高温烧结炉内进行烧结，烧结时间不超过20min，烧结完毕后，退出烧结并冷却至常温，以形成性能稳定的保护膜层，得到平板厚膜发热器成品；

步骤6：对平板厚膜发热器成品进行性能测试、分选、外观检查、包装和入库工序；

上述方案进一步优选的，在所述步骤3中，在常温条件下，在绝缘厚膜导热层上的印制电阻层的具体过程为：

步骤31：对凹陷轨迹进行除尘和去污处理，使用丝网印刷技术将电阻层印制在绝缘厚膜导热层上，并使电阻层的宽度从绝缘厚膜导热层的外围边缘径向中心逐渐变大，中心最宽，最外侧最窄；然后置于高温烧结炉内进行烧结成型；对烧结成型的电阻层的阻值r1进行测量，将当前测量的阻值r1与所需的电阻阻值r2进行比较和修正；

步骤32：当r1小于r2时，对烧结成型的电阻层采用激光雕刻技术进行激光高温雕刻挥发修正；

步骤33：当r1大于r2时，对烧结成型的电阻层重新置于高温烧结炉内进行反复烧结和测量，烧结时间不超过20min，直到烧结成型的电阻层的阻值r1与所需的电阻阻值r2相同时，完成行比较和修正；若反复烧结和测量过程中，r1小于r2时，重复步骤32。

上述方案进一步优选的，所述基盘为不锈钢圆形基板，该基盘的厚度为0.8mm～2mm，直径为64.4mm。

综上所述，由于本实用新型采用了上述技术方案，本实用新型具有以下技术效果：

(1)、本实用新型的基盘采用不锈钢基板并在一面制备各功能膜层，导热系数高，体积小，结构紧凑，耐压、耐热冲击较强，可承受4000v的绝缘高压测试，在基板层上依次印制绝缘厚膜导热和电阻层，正面发热的电阻层使用串联电阻结构，电阻体分布合理，发热均匀，热效应高，安全可靠，使用寿命长，功能膜层的表面设有绝缘保护膜层，有利于清洁、保护整个厚膜加热器，生产工艺简单，成本低，可快速实现批量化生产，精度和稳定性可以较好地控制；

(2)、本实用新型的电阻层的厚度小于绝缘厚膜导热层，绝缘厚膜导热层导热系数高，可保证电阻层结构的稳定性和可靠性，电阻层发热时产生的热量在绝缘厚膜导热层上能快速传导，只需要十几秒即可达到200℃以上，升温时间快，大大节省了发热时间，发热功率稳定；使用ntc热敏电阻(温度传感器)以进行目标温度检测和控制；温度控制精度为±2℃，ntc热敏电阻的厚度较薄，热均匀性好，减少机械结构，降低成本。

(3)、本实用新型的发热器有效解决传统的带搅拌刀的发热盘设有轴承套和轴承固定圈等零件所导致的结构复杂、安装不便、制造成本高、难以确保搅拌刀的良好工作的问题，从而解决了搅拌刀难以拆卸和清洗的问题。

附图说明

图1是本实用新型的一种平板厚膜发热器的结构示意图；

图2是本实用新型的一种平板厚膜发热器的截面结构示意图；

图3是本实用新型的基盘的底面结构示意图；

图4是本实用新型的厚膜发热层的结构示意图；

图5是本实用新型的电阻层的结构示意图；

图6是本实用新型的电动搅奶器的简易示意图；

附图中，基盘1，厚膜发热层2，通孔3，支撑帽4，绝缘保护膜层5，第一限位缺口6，第二限位缺口7，发热区10，绝缘厚膜导热层20，电阻层21，导电层22，第一电极层23，第二电极层24，第三电极层25，ntc热敏电阻26，印制区域27，功率标识区28，环形凹陷区30，搅拌杯体100，搅拌筒体101，底座102，直流电机103，磁环103a，控制面板104，搅拌座105，搅拌刀105a，导电片106，同心弧形间隙200。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本实用新型进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本实用新型的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本实用新型的这些方面。

如图1、图2和3所示，根据本实用新型的一种平板厚膜发热器，所述发热器包括基盘1、设置基盘1下表面的作为发热元件的厚膜发热层2、设置在基盘1中心的通孔3以及设置在基盘1上表面的支撑帽4，在靠近在圆形基板1的外围边缘与靠近通孔3之间设置有发热区10，在厚膜发热层2的表面印制有绝缘保护膜层5，该绝缘保护膜层5采用二氧化钛薄膜、聚酰亚胺薄膜、有机硅化合物薄膜或硼硅玻璃薄膜，所述支撑帽4从通孔3的边缘向上凸出，所述支撑帽4的开口端与所述通孔3通过焊接固定，所述基盘1为不锈钢圆形基板，该基盘1的厚度为0.8mm～2mm，直径为64.4mm。

在本实用新型中，结合图3和图4所示，所述厚膜发热层2包括绝缘厚膜导热层20以及在绝缘厚膜导热层20的表面依次分别印制有电阻层21、导电层22、第一电极层23、第二电极层24和第三电极层25，所述缘厚膜导热层20印制在靠近所述通孔3的边缘与靠近所述基盘1的边缘之间的发热区10内，所述电阻层21的两个自由端部分别与第一电极层23和第二电极层24连接，在所述第一电极层23和第二电极层24之间设置所述第三电极层25，在第一电极层23与第三电极层25之间或第二电极层24与第三电极层25之间设置有与第三电极层25之间连接有ntc热敏电阻26；ntc热敏电阻26在25℃常温电阻175kω±3％，温度系数2600±200ppm/℃；所述第一电极层23、第二电极层24和第三电极层25呈弧形状排列设置在所述缘厚膜导热层20的同一侧弧形边缘，所述第三电极层25的边缘与第一电极层23的边缘之间的间隔距离以及所述第三电极层的边缘25的边缘与第二电极层24之间的间隔距离为5mm～10mm，所述第一电极层23、第二电极层24作为市电电源接入端n、l端的焊接盘，第三电极层25作为温度检测的接入点(也称为温度检测焊盘ntc)，三个电极层(接触点或焊盘)之间的间隔距离大小保证了与外界电气连接时不会短路，而且也保证了ntc热敏电阻26连接在第一电极层23与第三电极层25之间预留有足够的空间，相互之间具有防止发生电弧的危险，使得安全性更高，可以保证检测温度的均匀性和稳定性，使电连接速度快，连接方式简单，ntc热敏电阻26的两端通过采用银浆分别与第一电极层23与第三电极层25进行直接连接，减少了两者之间的电阻值，减少了热量的产生，可以快速地对发热的热量进行检测；在第一电极层23、第三电极层25与向通孔3方向的电阻层21之间的绝缘厚膜导热层20区域上印制有设置有功率标识区28，所述功率标识区28设置有功率文字标识，在绝缘厚膜导热层20上印制的功率标识区28呈扇环形，该扇环形的宽带为电阻层21宽度的两倍，扇环形的外边缘长度小于第一电极层23(或第三电极层25)的内边缘形成的弧长，功率标识区28上的功率数据使得每块加热器上均具有固定的标识，例如，功率标识区28标识的文字为：230v/600w，可以更方便安装和使用。

在本实用新型中，如图4和图5所示，所述电阻层21呈由印制在发热区10内的多条呈同心弧形电阻层组成，相邻每条且呈同心弧形电阻层之间形成等距离的同心弧形间隙200，相邻的每条同心弧形电阻层的端部通过导电层22串联连接，导电层22呈弧形过渡连接相邻的弧形电阻层，使得结构根据美观，减少了热量的堆积；所述导电层22采用银浆料进行印制涂覆，从而提高了导电层22的导电性能，减少了热量的堆积，提高了导热性能，从而可以根据需要串联成所需要的电阻大小，以选择需要的电阻发热量，每一条弧形电阻层相等距离地呈同心弧形行排列印制在绝缘厚膜导热层20上，所述同心弧形间隙200的宽度为0.3mm～0.6mm，绝缘厚膜导热层20中心边缘向四周边缘呈环形状间隔分布；在厚膜发热层2的内边缘与所述通孔3边缘之间设置有环形凹陷区30，该环形凹陷区30从基盘1的下表面凹陷，并从基盘1的上表面凸出，所述发热区10位于环形凹陷区30的外围边缘与靠近在圆形基板1的外围边缘之间；所述支撑帽4的开口直径大于所述通孔3的直径，所述支撑帽4的高度为8mm～20mm；在所述基盘1边缘设置有两个相互对称的第一限位缺口6和第二限位缺口7，该第一限位缺口6和第二限位缺口7的尺寸大小相同或不相同。所述基盘1的四周向上翘起，中心向下凹陷，从而使所述基盘1的中心低于四周。

将本实用新型的平板厚膜发热器应用于电动搅奶器时，结合图1、图2、图3、图4和图6，所述电动搅奶器包括发热器、搅拌筒体101、底座102和安装在底座102上的直流电机103和控制面板104，所述发热器包括基盘1、设置基盘1下表面的作为发热元件的厚膜发热层2、设置在基盘1中心的通孔3以及设置在基盘1上表面的支撑帽4，所述厚膜发热层2包括绝缘厚膜导热层20以及在绝缘厚膜导热层20的表面依次分别印制有电阻层21、导电层22、第一电极层23、第二电极层24和第三电极层25，在第一电极层23与第三电极层25之间连接有ntc热敏电阻26；所述基盘1的上表面与搅拌筒体101的下端进行激光焊接形成一个搅拌杯体100，且以基盘1作为杯底，所述支撑帽4位于搅拌杯体100的中心，在支撑帽4的外壁上套设有搅拌座105，在搅拌座105顶端设置有搅拌刀105a，在搅拌座105的内壁上设置有磁环(未图示)，所述直流电机103的输出轴从通孔3向上插入至支撑帽4的内部顶端，从而使搅拌杯体100和基盘1支撑在所述底座102上，在直流电机103的输出轴末端设置有磁环103a，在所述底座102外部设置有3个导电片106，所述导电片106和直流电机103分别与所述控制面板104电气连接，整个搅拌杯体100放置在底座102上时，3个导电片106分别与第一电极层23、第二电极层24和第三电极层25进行接触连接，通电后直流电机103转动，直流电机103的输出轴末端的磁环103a作为n极，搅拌座105内壁上的磁环作为s极，直流电机103的输出轴带动磁环103a转动时，在磁力的作用下，从而带动搅拌座105在支撑帽4的外壁上作圆周运动，从而带动搅拌刀105a转动实现搅拌功能，此时厚膜发热层2将导电而发热，ntc热敏电阻26将检测厚膜发热层2上的温度，并将温度数据传输至控制面板104(控制面板104上设置有单片机控制器)，对厚膜发热层2发热的温度进行检测，从而进行加热控制和搅拌控制，这样从而避免了直流电机的输出轴与搅拌料直接接触。有效解决传统的带搅拌刀的发热盘设有轴承套和轴承固定圈等零件所导致的结构复杂、安装不便、制造成本高、难以确保搅拌刀的良好工作的问题，从而解决了搅拌刀难以拆卸和清洗的问题。

本实用新型的一种平板厚膜发热器的制备过程包括以下步骤：

步骤1：根据相应产品的尺寸要求对基盘1定模成圆形盘面结构，然后在基盘1中心开设通孔3，在基盘1的上表面采用激光焊接技术将支撑帽4焊接在通孔3的边缘，并使通孔3和支撑帽4在同一轴线上；

步骤2：在基盘1的下表面加工成具有多段印制电阻层3的凹陷轨迹，并在基盘1的边缘预留用于放置ntc热敏电阻26的印制区域27，再使用激光印刷机并通过丝网印刷技术在基盘1边缘与通孔3边缘之间的发热区10上印制绝缘厚膜导热层20、第一电极层23、第二电极层24和第三电极层25，且充满凹陷轨迹和印制区域27，使电阻层21的两个自由端部分别与第一电极层23和第二电极层24连接，然后置于830℃～860℃的高温烧结炉内进行烧结，烧结时间不低于90min，以形成稳定的绝缘厚膜导热层2，烧结完毕后，退出烧结并冷却至常温；形成稳定的电阻层3，其中，绝缘厚膜导热层2和电阻层3的总厚度不小于120μm；

步骤3：在常温条件下，在绝缘厚膜导热层20上印制电阻层21，使每条电阻层3通过导电层4相互串联，然后置于830℃～860℃的高温烧结炉内进行烧结，烧结时间不低于90min，烧结完毕后，退出烧结并冷却至常温；

步骤4：在常温条件下，在绝缘厚膜导热层2上的印制区域27内进行搭接ntc热敏电阻26，使ntc热敏电阻26的两端分别搭接在第三电极层25之间设置有与第三电极层25上，然后置于380℃～420℃的高温烧结炉内进行烧结，烧结时间不超过20min，烧结完毕后，退出烧结并冷却至常温；

步骤5：在绝缘厚膜导热层2上印制保护膜层5，使保护膜层5填充布满电阻层21之间的缝隙以及绝缘厚膜导热层20、电阻层21、导电层22和ntc热敏电阻26的表面，然后置于180℃～220℃的高温烧结炉内进行烧结，烧结时间不超过20min，烧结完毕后，退出烧结并冷却至常温，以形成性能稳定的保护膜层5，得到平板厚膜发热器成品；

步骤6：对直发加热器成品进行性能测试、分选、外观检查、包装和入库工序；

在本实用新型中，基盘1的边缘预留用于放置ntc热敏电阻26的印制区域27，该印制区域的区域面积为ntc热敏电阻26面积大小(或体积大小)的1.1～1.3倍大小，以方便ntc热敏电阻26印制在印制区域27内，ntc热敏电阻26通电加热时，经过绝缘厚膜导热层20传导热量至印制区域27内，使热量均匀分布在印制区域内，当温度突变时，ntc热敏电阻26的热敏电阻的温度变化了始末两个温度差的63.2％所需要的时间将会变长，有效改变了耗散系数，从而可以均匀地测量温度的变化范围，并提高了温度检测的准确性和可靠性；热敏电阻26的热敏电阻材料使用的是型号为eslntc-2115的电阻浆料；印刷热敏电阻材料时，实际的印刷的长度比预先设计的热敏电阻的长度要长，预先设计的热敏电阻的长度为两个电极之间的距离；在实际的制备过程中，所需的热敏电阻阻值与实际烧结完成时ntc热敏电阻26的热敏电阻阻值不相一致，需要进行适当的修正，修正时采用激光高温雕刻的激光束的光斑直径大小为0.1mm-0.12mm，使得ntc热敏电阻的电阻材料因为激光高温而挥发，以达到精确修正目的；在本实用新型中，在常温条件下，在绝缘厚膜导热层20上的印制电阻层21的具体过程为：

步骤31：对凹陷轨迹进行除尘和去污处理，使用丝网印刷技术将电阻层21印制在绝缘厚膜导热层20上，并使电阻层21的宽度从绝缘厚膜导热层20的外围边缘径向中心逐渐变大，中心最宽，最外侧最窄；然后置于高温烧结炉内进行烧结成型；对烧结成型的电阻层21的电阻阻值r1进行测量，将当前测量的阻值r1与所需的电阻阻值r2进行比较和修正；

步骤32：当r1小于r2时，对烧结成型的电阻层21采用激光雕刻技术进行激光高温雕刻挥发修正；采用激光高温雕刻的激光束的光斑直径大小为0.1mm-0.15mm，激光雕刻时，电阻材料因为激光高温而挥发，使得雕刻的电阻层的干净度非常高，因此电阻的精度更好；

在本实用新型中测量实际烧结完成时的电阻层21的电阻阻值r1，修正时需要对的电阻阻值r1的电阻体积大小进行确定和修正，的电阻阻值r1的电阻体积大小的确定过程为，电阻层21的电阻材料的方阻为r0，则满足：

r1＝r0*l/w；其中，l为电阻层21的电阻长度(每一条电阻层的弧长)，w为宽度，其中，r0＝ρ*l/s，因此，r0＝ρ*l/(w*d)＝(ρ/d)*(l/w)；

ρ为电阻层21的电阻材料的电阻率，s为截面面积，d为厚度(高度)，w为厚度，确定电阻层21的电阻长度l和宽度w的关系后，根据设计需要确定其中一个值，另一个值也可以确定,若l＝w，于是有r0＝ρ/d。因此，在测量成型的电阻层21的电阻阻值r1与预先所需的电阻阻值r2进行比较时，当比所需的电阻阻值r2小时，根据公式：

l/w＝r1/r0；

电阻层21的电阻长度l为已知固定值，电阻材料的方阻r0已知固定值，则把测量成型的电阻阻值r1改为预先所需的电阻阻值r2时，则得到：

l/w1＝r2/r0；

其中，w1为修正后电阻层21的电阻的宽度，根据需要修正的宽度大小采用激光雕刻，将电阻两边的宽度进行激光高温雕刻挥发，得到需要的宽度w1；从而使烧结成型的产品进行电阻层21的电阻修正，以达到预期的目标值；对每条电阻层的电阻进行求和计算，从而得到电阻层21总的电阻阻值大小，改变电阻层的长度从而可以所需电阻的大小；

步骤33：当r1大于r2时，对烧结成型的电阻层21重新置于高温烧结炉内进行反复烧结和测量，烧结时间不超过20min，直到烧结成型的电阻层21的电阻阻值r1与所需的电阻阻值r2相同时，完成行比较和修正；若反复烧结和测量过程中，r1小于r2时，重复步骤32，本实用新型通过根据电阻大小进行选择不同的修正步骤，直到达到需要的阻值。使得废品率非常低，也是解决了本领域的一个废品率高的重大技术问题。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。