谷云峰，高紅梅

(四平市吉華高新技術(shù)有限公司，吉林 四平 136001)

厚膜型MCH電加熱元件制造工藝研究

谷云峰，高紅梅

(四平市吉華高新技術(shù)有限公司，吉林 四平 136001)

系統(tǒng)闡述了厚膜型MCH電加熱用厚膜電路的設(shè)計與制造工藝，通過對厚膜微電子工藝所應(yīng)用材料特性的研究、固化燒結(jié)溫度的影響、產(chǎn)品耐壓能力及過載能力測試等實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行全面分析后獲得一種新穎的厚膜型MCH電加熱元件產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有溫度均勻恒定、TCR小、熱效率高好、環(huán)保節(jié)能、安全可靠等特性，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、工業(yè)控制、消費(fèi)電子等領(lǐng)域。

厚膜；MCH電加熱元件；制造工藝

1 開發(fā)背景

隨著時代進(jìn)步，人們對產(chǎn)品和環(huán)境的追求更加極致。在目前的電子市場上，陶瓷發(fā)熱元器件將是人們共同需求的產(chǎn)品。MCH陶瓷加熱用厚膜電路主要是替代現(xiàn)在使用最廣泛的合金絲電熱元件和PTC電熱元件及組件。目前我們研發(fā)的厚膜型MCH電加熱厚膜電路已經(jīng)廣泛應(yīng)用在電暖器、直發(fā)器、電熱水杯、超聲波儀器、精密儀器、烘手機(jī)、即熱式熱水器、多功能微波爐、烘箱等家電和模具加熱、熔錫爐加熱、注塑機(jī)等工業(yè)設(shè)備電器。

MCH是Metal Ceramics Heater的縮寫，是指將金屬(現(xiàn)在多用鎢漿料)發(fā)熱層印刷在陶瓷基層上，然后在1600℃以上共同燒結(jié)而成的陶瓷發(fā)熱體，具有耐腐蝕、耐高溫、壽命長、高效節(jié)能、溫度均勻、導(dǎo)熱性能良好、熱補(bǔ)償速度快等優(yōu)點(diǎn)，而且不含鉛、鎘、汞、六價鉻、多溴聯(lián)苯、多溴二苯醚等有害物質(zhì)，符合歐盟RoHS等環(huán)保要求。

MCH在通電工作時，溫度能夠在30秒鐘內(nèi)上升到800 ℃?；贛CH的優(yōu)異性能，它被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、機(jī)械以及電子工業(yè)領(lǐng)域。同時，MCH還具有在工作時無噪音、不含有害物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，在工作時放射對人體有益的紅外線，是一種符合環(huán)保的新型電熱元件。

我們公司具有整套的厚膜電阻生產(chǎn)和檢測設(shè)備，在此基礎(chǔ)上我公司進(jìn)行了厚膜型MCH電加熱元件的研制與生產(chǎn)，經(jīng)過一段時間的試制生產(chǎn)，總結(jié)出了一套高質(zhì)高效的厚膜型MCH電加熱元件的生產(chǎn)制作工藝，適應(yīng)市場需要，可以指導(dǎo)生產(chǎn)制作。

2 設(shè)計創(chuàng)新點(diǎn)

厚膜型MCH電加熱元件是利用微電子設(shè)計和制造工藝，采用性能優(yōu)異的電子漿料和精密陶瓷基板或SUS430不銹鋼基板，并結(jié)合先進(jìn)的絲網(wǎng)印刷、隧道爐燒結(jié)以及精密激光調(diào)阻等制造方法，批量生產(chǎn)出的產(chǎn)品具有溫度均勻恒定、TCR小、熱效率高、環(huán)保節(jié)能、安全可靠等特性。該產(chǎn)品通過對厚膜微電子工藝所應(yīng)用的原材料微觀機(jī)理的分析、材料特性的研究、固化燒結(jié)溫度的影響、產(chǎn)品可、耐焊性評價、耐壓能力及過載能力測試等實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行全面分析后獲得一種新穎的厚膜型MCH電加熱元件產(chǎn)品，該產(chǎn)品利用優(yōu)異的厚膜電子材料，結(jié)合先進(jìn)微電子漿料和基片材料，使用CAD/EDA軟件設(shè)計優(yōu)化，通過厚膜生產(chǎn)技術(shù)及工藝參數(shù)研制工藝先進(jìn)。

該產(chǎn)品的創(chuàng)新點(diǎn)在于：

1)MCH電加熱元件關(guān)鍵材料使用釕酸鹽系高穩(wěn)定性電阻材料制備功能電熱功能層，所制備的MCH電加熱元件具有熱分布均勻、溫度系數(shù)小、電熱元件溫度均勻恒定、功率耗散小、熱效率高等特點(diǎn)。

2)MCH電加熱元件采用先進(jìn)的厚膜型精密激光調(diào)阻工藝制備而得，所制備的MCH電加熱元件電阻精度可以提高到0.5%或以上，在實(shí)際應(yīng)用中，電加熱元件的發(fā)熱溫度更均勻、一致。

3)利用厚膜微電子設(shè)計工藝，拓展了MCH電加熱元件的輔助功能，所制備的MCH電加熱元件可以附加電熱控制系統(tǒng)提供輔助信號取樣或控制模塊電路等功能，進(jìn)一步優(yōu)化了發(fā)熱板電路結(jié)構(gòu)，提高了電路元件的組裝密度和可靠性，通過該仿真設(shè)計技術(shù)便于形成一體化、集成式MCH電加熱元件。

3 技術(shù)指標(biāo)

1)載體材料：含AL2O3 96%以上的陶瓷基板；

2)焊盤膜厚度：14～20 μm；

3)電阻功率：max≥1 W；

4)TCR：≤100 ppm/℃；

5)耐壓能力(電氣強(qiáng)度)：≥1 500VDC；

6)泄漏電流：≤5 mA；

7)功率衰減率：≤10%(100 h)；

8)焊盤附著力：≥45 N；

9)絕緣電阻：≥1 000 MΩ(100 V/DC 1.0 min)。

4 試制過程

4.1 材料準(zhǔn)備

厚膜型MCH電加熱元件的材料主要包括：載體材料、電極材料、電阻材料和保護(hù)層材料，其中決定產(chǎn)品功能的電阻材料最為重要，通過以往制作其它厚膜產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)最終確定以下材料：

1)載體材料，選擇適合我公司規(guī)模化生產(chǎn)的AL2O3陶瓷基板，該材料具有良好絕緣性、導(dǎo)熱性、物理強(qiáng)度，是厚膜產(chǎn)品加工中成熟的載體材料之一。

2)電極漿料，選擇合適的銀/鈀/鉑比例和配方，該材料具有良好的導(dǎo)電性、可焊性、電阻率、附著力、流變性和觸變性。

3)電阻材料，選用含有玻璃成分的氧化釕系列電阻漿料，該漿料阻值穩(wěn)定性和阻值一致性高，TCR小，溫度漂移較小，在實(shí)際使用可以達(dá)到良好的阻值穩(wěn)定性。

4)保護(hù)層漿料，選用主要成分為玻璃的保護(hù)層漿料，絕緣性能好，對電極層起到很好的保護(hù)作用。

4.2 制作流程

經(jīng)過對國內(nèi)外同類產(chǎn)品進(jìn)行分析，結(jié)合原來厚膜片式元件的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出厚膜型MCH電加熱用厚膜電路的生產(chǎn)工藝，其流程如下：

制網(wǎng)→電極層印刷→烘干→電極層燒結(jié)→電阻層印刷→烘干→電阻層燒結(jié)→保護(hù)層印刷→烘干→保護(hù)層燒結(jié)→激光調(diào)阻→阻值測試→包裝。

4.3 產(chǎn)品特性檢測

在樣品制作好后，分別取5塊產(chǎn)品按技術(shù)指標(biāo)各項(xiàng)要求進(jìn)行測試，從結(jié)果上看，樣品符合設(shè)計要求，可以滿足市場的需要。

4.4 試制結(jié)果

經(jīng)過產(chǎn)品項(xiàng)目開發(fā)人員和相關(guān)人員的共同努力，完成了厚膜型MCH電加熱元件的開發(fā)工作，生產(chǎn)的產(chǎn)品性能達(dá)到了設(shè)計要求，并制定了切實(shí)可行的生產(chǎn)工藝，已可以進(jìn)行大批量生產(chǎn)。

5 結(jié)論

通過我們對厚膜型MCH電加熱用厚膜電路的研究試制成功，在此工藝條件下生產(chǎn)出滿足市場需要的主品， 該產(chǎn)品具有升溫迅速、熱效率高、節(jié)能、無污染、符合環(huán)保要求、使用壽命長，功率衰減量小等優(yōu)點(diǎn)。目前國外主要競爭者是日本和德國有關(guān)企業(yè)。經(jīng)通過對使用我公司厚膜型MCH電加熱元件用戶了解，日本和德國的同類產(chǎn)品，在產(chǎn)品質(zhì)量相同條件下，其價格是我公司相同產(chǎn)品3～5倍。因此，與國外競爭者相比，我們研制的產(chǎn)品具有明顯的價格優(yōu)勢。當(dāng)然，隨著我國改革的進(jìn)一步深入和厚膜技術(shù)的不斷進(jìn)步，國內(nèi)競爭者的綜合實(shí)力將會不斷提高、外國厚膜電路板企業(yè)不會放棄中國市場，這將導(dǎo)致市場競爭會越來越激烈，所以，我們將不斷完善企業(yè)內(nèi)部管理，提高管理水平和技術(shù)水平，使我公司的厚膜型MCH電加熱元件產(chǎn)品在激烈市場競爭中始終處于不敗之地。

Study on Manufacturing Technology of Thick Film Circuit for Thick Film MCH Electric Heating

Gu Yunfeng，Gao Hongmei

(SipingJihuaAdvancedTechnologyCO.,LTD.,SipingJilin136001,China)

The system introduces the design and manufacturing process of thick film type thick film circuit for MCH electric heating. After the full analysis on the research of application material properties of thick film microelectronic, the effect of curing the sintering temperature, the pressure and overload ability of product testing results, a novel thick film type MCH electric heating element product is obtained which with the features of constant temperature uniformity, small TCR, high thermal efficiency, environmental protection and energy saving, safety and reliability, so it can be widely used in medical equipment, industrial control, consumer electronics and other fields.

MCH thick film; electric heating element; manufacturing process

2017-03-23

谷云峰(1964- )，男，吉林四平人，現(xiàn)任四平市吉華高新技術(shù)有限公司副總經(jīng)理，畢業(yè)于中央黨校，高級工程師，長期致力于厚膜電路相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)和研制。

1674- 4578(2017)03- 0067- 02

TM452.05,TN312.8

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