玻璃封装 NTC 热敏电阻器的研制

yu9988

玻璃封装 NTC 热敏电阻器的研制摘要: 为了得到更稳定可靠的片式NTC 热敏电阻器在芯片表面涂覆一层玻璃釉是有效的途径之一为此调整了玻璃釉包覆片式NTC 热敏电阻器所进行的工艺进行了玻璃浆及银浆的选取和匹配工作所研制的片式NTC 热敏电阻器克服了传统片式NTC 热敏电阻的精度不高稳定性不好可靠性差等主要缺点F 级阻值合格率提高了45%阻值的年漂移小于0.1% 端电极强度提高了约4.9 N 耐焊上锡率提高了约5%
关键词: 电子技术片式NTC 热敏电阻玻璃釉包封高精度高可靠性
玻璃釉包覆型片式NTC 热敏电阻器的工艺路线
如下
制浆 流延 叠压 烧成 上釉
烧渗 分条 上釉 烧渗
切割 倒角 封端 烧端烧银
电镀 分选 成品
它是在传统片式NTC 热敏电阻的工艺基础上进行改进通过改变烧成切割及电镀工艺在芯片外露的瓷体部分包覆一层约10 μm 厚的玻璃釉经过玻璃釉包覆处理不仅可以使芯片的机械强度芯片的可焊耐焊性及耐潮湿性得以大幅提高而且可有效防止敏感芯片直接暴露于大气中因物理化学吸附而造成的器件性能漂移此外由于玻璃具有很高的热阻当芯片用于过流保护温度补偿应用时也较为有利[1, 2]
笔者主要介绍为实现该工艺路线所进行的烧成方式玻璃釉银浆的匹配等工艺实验工作
1 实验
1.1 瓷体烧成
将层压后的大方片放置在承烧板上在箱式炉内排胶烧成烧成采用不同的方片尺寸不同的承烧板来进行从而优选出合适的烧成工艺
1.2 玻璃釉烧渗
将被有玻璃浆料的瓷片/条进行干燥然后放在氧化铝承烧板上在网带式炉里烧渗实验采用不同厂家的玻璃浆进行烧渗处理从中优选出合适的玻璃浆
1.3 烧银
将切割好的0603 芯片封端干燥然后放在氧化铝承烧板上在网带式烧银炉内进行烧银调整烧银温度寻找合适的烧银工艺
1.4 SEM 分析
对经过玻璃釉包覆的片式NTC 热敏电阻芯片通过SEM 分析其界面微观结构
1.5 玻璃釉的耐蚀性及与瓷体的结合强度将涂有玻璃釉的切割成0603 规格的芯片在电镀锡液中浸泡4 h 芯片以与镀液的比例按1:4 的质量比进行然后在行星磨上以150 r/min 倒角30 min观察芯片的外观状况
1.6 可耐焊测试
可焊性试验浸锡温度为235±5 浸锡时间为5±0.5 s 要求上锡率达到90% 外观无可见损伤耐焊性试验将NTC 热敏电阻在100~150 预热
3 min 浸锡温度260±5 浸锡时间为10±0.5s 取出用溶剂清洗要求上锡率大于80% 外观无可见损伤
1.7 端头附着强度
在芯片的两端焊上引线用拉力计拉两引出线至端头脱落此时得到的拉力计上的读数即为端头附着强度要求0603 规格的端电极附着力大于17.85 N
2 结果与讨论
2.1 烧成工艺的确定
传统片式NTC 热敏电阻采用氧化铝承烧板进行烧结由于产品尺寸小不存在变形的问题而自行研制的玻璃釉包覆片式NTC 芯片需烧成大方片且要求烧成后瓷体的平整度好一致性好从而保证产品的精度
表1 为采用不同的承烧板及不同方片尺寸对烧成结果的影响从表1 可以看出采用高铝瓷片承烧板效果最好这是因为A1 板上有一层NTC 瓷料表面
的平整度差因此造成方片大面积的弯曲所以不可用A2 板因表面的平整度也较差且有较多的气孔所以承烧出来的方片也有轻微的弯曲也不可用A3板光滑致密气孔较少板面平整度高烧结出来的方片较为平整因此优选A3 板作为烧成用承烧板从表1 可知随着方片尺寸的增加方片弯曲的程度增加采用A3 板承烧的方片尺寸可以做到45 mm×45mm 但考虑到生产成本等因素优选33 mm×33 mm作为方片的尺寸
2.2 玻璃浆的选择及烧渗工艺的确定用于包覆的玻璃釉必须具有较强的耐蚀性良好的耐湿性烧渗后的玻璃釉与NTC 瓷体结合紧密由于玻璃浆是先于端头银浆烧渗的这就要求玻璃浆的烧渗温度高于银浆的烧银温度因此不能选择一些烧渗温度过低的玻璃浆进行实验由于笔者采用的是丝网印刷工艺进行玻璃浆的涂覆因此还要求玻璃浆具有合适的黏度良好的流平性为此选用了致富科技洛德公司等几家公司的玻璃浆进行实验首先根据不同玻璃浆来调整烧渗温度曲线通过调整烧温带速来看玻璃层的外观耐蚀性借此确定每种玻璃浆的最佳烧渗工艺表2 列出了风华公司B3 浆的调整温度及带速的烧渗实验结果其最佳的烧渗工艺为温度840~860 带速8 cm/min 表3 为不
同公司的玻璃浆分别在其最佳烧渗温度下釉层的耐蚀性对比

从表3 可以看出B2 B3 浆的效果最好釉层表面无气孔与瓷体结合紧密釉层的耐蚀性也好能够满足要求从图1 也可以看出B3 浆烧渗后与瓷体结合紧密釉层均匀致密而B4 浆釉层有较多较大的气孔这些气孔正是导致釉层耐蚀性差的原因之一

图1 玻璃釉与瓷体的界面形貌
Fig.1 SEM photos of the inte**ces of the glass and ceramics
2.3 银浆与玻璃釉的匹配及烧银工艺的确定
为了防止玻璃釉的过烧因此银浆的烧渗温度必须比玻璃浆的烧渗温度低鉴于B2 B3 玻璃浆的烧渗温度范围为850±10 所以银浆的烧渗温度应选择在750 以下由于端头银浆是采用浸封方式封端因此要求银浆的黏度适中流平性好适合浸封工艺此外最重要的是要求烧银后的银浆与玻璃釉层及端面的NTC 瓷体的结合强度要好本次实验选用了日本纳美仕东荣电子洛德公司等多家电子浆料生产厂家的银浆与已涂B2 B3 玻璃釉的芯片进行匹配实验实验结果如表4 表5 所示从表5 可见实验E1 E2 E5 均表现出阻值精度差只有实验E3 E4 的各项性能都较好因此笔者优选出玻璃浆B3 的烧渗温度范围为840~860银浆C1 的烧渗温度范围为670~700 图2 为实验E3 所得芯片的断面形貌从图2 可以看出玻璃釉与银层结合完好


图2 实验E3 的芯片断面形貌
Fig.2 SEM photo of the chip thermistor for experiment E3
2.4 玻璃釉包覆产品与未包覆产品的性能比较表6 为玻璃釉包覆产品与未包覆产品的性能对比结果从表6 中可以看出包覆产品的阻值精度更高稳定性更好产品的可靠性得以提高


3 结论
1 通过玻璃浆与银浆的工艺调整实验优选烧结方片尺寸为33 mm 33 mm 确定以表面光滑致密的高铝瓷片作为承烧板选择匹配完好的玻璃浆B3烧渗温度为840~860 带速8 cm/min 和银浆C1烧渗温度为670~700 研制成功了玻璃釉包覆型
片式NTC热敏电阻
2 所研制的产品比传统的片式NTC 热敏电阻具有更高的精度更好的稳定性更高的可靠性该产品具有广阔的市场空间。