加熱漿料技術

本文列舉產品的所有潛在特性值是在規定的實驗條件下，在我們的實驗室里獲得的結果。它們不代表你將要制造的加熱器產品的特定性質，產品的各項特定性能需要從將要制作的產品上獲得。

1 引論

加熱器市場是廣闊的，現在流行的處于支配地位的是電阻絲器件。這些加熱器是將銅、不銹鋼等插入保護套中，使其能夠直接進入水中，用于水的加熱。

厚膜工藝技術已經很成熟了。在要求高的環境下，例如汽車電路應用，在操作溫度達到極限的情況下，可靠性及其它技術應用性是關鍵所在。雖然有鈦酸鋇、玻璃和聚酯基體的應用，但96%的氧化鋁基體被廣泛用于混合電路中。

圖1 電加熱器及漿料

厚膜技術應用于不銹鋼基體的大量工作已經開展了許多年。但目前發展到了一個新的階段，現在不銹鋼電熱元件具備實實在在的商業價值，并具有如下很多優勢。

a)   低熱損耗，意味著具有高的加熱速率。

b)   改善和控制消費者的費用支出，例如，一杯水能在25秒中沸騰。

c)   有生產平板元件的能力，可應用于加熱器件的基座。

d)   提高元件本身電阻值和溫度系數的能力。

e)   包括增加元件功能的潛力，如印刷溫度傳感器和控制電路。

f)   設計靈活快捷。

這些屬性賦予生產本身。例如，用于加熱水壺的電加熱器，提供更高的功率，水快速沸騰。HEATEL漿料在B.E.A.B批準同意的器械上應用。

2 產品

漿料安全使用的有關信息，請參閱技術指南EUT7.1。不銹鋼加熱器應用的各種漿料見表1。

表1 不銹鋼加熱器用漿料

a)  玻璃

75-100微米玻璃厚度需要3-4次印刷，以便逐步滿足應用時的擊穿電壓特性。

b)  電阻

36XX系電阻漿料，成本低，應用范圍寬，電阻率、溫度系數可選。

c)  接觸端頭

應用銀端頭與電源連接，接觸電阻低。

d)  包封玻璃

3500N被應用在機械保護和電氣絕緣以及兩導電軌之間和不銹鋼邊緣的絕緣。

e)  材料處理

加熱器產品結構示意圖見圖2。

圖2 加熱器產品結構示意圖

產品特性是基于在S430或S444牌號的不銹鋼為基體得到的，經240磨料或噴砂拋光表面。由于選擇不同制造商的不銹鋼基體，經表面處理后，表面組合會不同，可能引起性能方面的變化。粗糙的基體存在尖銳的突起，刺進玻璃，在電氣絕緣上形成缺陷。非常光亮的表面是不推薦的，它不能形成足夠的結合強度。

與其它玻璃相比，3500N玻璃適應于更多的鋼基體，如400牌號的鋼。雖然它們不是完美地匹配，在生產過程中會導致一定的彎曲。在連續不斷地120mm直徑的在不銹鋼基體上形成的3500N玻璃膜上，三層連續的加工，在中心將150微米彎曲。在大的印刷表面和薄的不銹鋼上，彎曲會更大。不平的表面會導致后續印刷的困難。為了容易加工，基體直徑大于10cm、厚度至少1.2mm以上是被推薦的。300牌號的不銹鋼有相當大的熱膨脹系數，因此不推薦使用。

為了裝配和最后總裝的方便，一些基體的外形輪廓是特意加工的。在這種情況下，經常會發現經加工處理后基板仍不平，已經形成的經驗是后續印刷困難，也會經常引起基體的竄動。因此，印刷面比基體充分小是被推薦的。

不銹鋼表面必須充分清潔干燥，應用溶劑或洗滌劑脫脂除油。在整個表面處理過程中，極小的腐蝕是極為重要的。在洗滌之后，小心不致產生污染，特別是指紋污染，那樣會造成鋼基體在燒結時被腐蝕，因此任何觸摸都要戴上手套。

在玻璃應用之前，在空氣中燒結預處理不銹鋼是不利的，也是不被推薦的。

f）工藝流程圖見圖3

圖3 推薦的不銹鋼加熱器生產過程順序圖

g）推薦的3500N絕緣層厚度

BVD需要≥1250VAC，連續印燒三層，推薦的最終厚度≥75微米。

為了雙重的絕緣，BVD需要≥4500 VAC，連續印燒四層，推薦的最終厚度≥100微米。

h）可供選擇的電阻漿料見表2

表2 電阻漿料

36xx系在重燒時，電阻值不變。

i） 印刷要求見表3

表3 印刷參數表

有關絲網印刷的更多信息請參閱技術指南EUT7.3

j）燒結

所有的材料被限定在應用標準的30min燒結曲線燒結，有關燒結的更多信息請參閱技術指南EUT7.4

圖4 燒結曲線

3 設計建議

通常的設計是印刷一個或多個長的導電帶，漿料的方阻約為100mΩ/□，從一邊到另一邊，全部的導電帶表面，功率密度大約可達到1W/mm2。

電阻漿料被設計成為需要達到這樣的一些目的，電阻率及溫度系數范圍寬，以至于有很多適應的組合特性能被選擇。應用實際操作溫度下的功率計算結果選擇漿料。

電阻漿料接觸電阻較高，在許多情況下，為了形成低的接觸電阻，可取的方法是印刷一個小面積地電阻端頭材料，3660銀漿料是推薦應用的，印刷、干燥的詳細情況已在數據表中給出。

與導電軌的電氣連接不能用焊錫焊接，因為在熱循環中，可能導致電氣連接失敗。

圖5 電阻漿料降功率特性

4 可能的新應用領域舉例

a）加熱板

b）半導體設備

c）熱縮塑料包

d）打印機/影印機的熔斷器

e）醫學分析儀器