加热浆料技术

本文列举产品的所有潜在特性值是在规定的实验条件下，在我们的实验室里获得的结果。它们不代表你将要制造的加热器产品的特定性质，产品的各项特定性能需要从将要制作的产品上获得。

1 引论

加热器市场是广阔的，现在流行的处于支配地位的是电阻丝器件。这些加热器是将铜、不锈钢等插入保护套中，使其能够直接进入水中，用于水的加热。

厚膜工艺技术已经很成熟了。在要求高的环境下，例如汽车电路应用，在操作温度达到极限的情况下，可靠性及其它技术应用性是关键所在。虽然有钛酸钡、玻璃和聚酯基体的应用，但96%的氧化铝基体被广泛用于混合电路中。

图1 电加热器及浆料

厚膜技术应用于不锈钢基体的大量工作已经开展了许多年。但目前发展到了一个新的阶段，现在不锈钢电热元件具备实实在在的商业价值，并具有如下很多优势。

a)   低热损耗，意味着具有高的加热速率。

b)   改善和控制消费者的费用支出，例如，一杯水能在25秒中沸腾。

c)   有生产平板元件的能力，可应用于加热器件的基座。

d)   提高元件本身电阻值和温度系数的能力。

e)   包括增加元件功能的潜力，如印刷温度传感器和控制电路。

f)   设计灵活快捷。

这些属性赋予生产本身。例如，用于加热水壶的电加热器，提供更高的功率，水快速沸腾。HEATEL浆料在B.E.A.B批准同意的器械上应用。

2 产品

浆料安全使用的有关信息，请参阅技术指南EUT7.1。不锈钢加热器应用的各种浆料见表1。

表1 不锈钢加热器用浆料

a)  玻璃

75-100微米玻璃厚度需要3-4次印刷，以便逐步满足应用时的击穿电压特性。

b)  电阻

36XX系电阻浆料，成本低，应用范围宽，电阻率、温度系数可选。

c)  接触端头

应用银端头与电源连接，接触电阻低。

d)  包封玻璃

3500N被应用在机械保护和电气绝缘以及两导电轨之间和不锈钢边缘的绝缘。

e)  材料处理

加热器产品结构示意图见图2。

图2 加热器产品结构示意图

产品特性是基于在S430或S444牌号的不锈钢为基体得到的，经240磨料或喷砂抛光表面。由于选择不同制造商的不锈钢基体，经表面处理后，表面组合会不同，可能引起性能方面的变化。粗糙的基体存在尖锐的突起，刺进玻璃，在电气绝缘上形成缺陷。非常光亮的表面是不推荐的，它不能形成足够的结合强度。

与其它玻璃相比，3500N玻璃适应于更多的钢基体，如400牌号的钢。虽然它们不是完美地匹配，在生产过程中会导致一定的弯曲。在连续不断地120mm直径的在不锈钢基体上形成的3500N玻璃膜上，三层连续的加工，在中心将150微米弯曲。在大的印刷表面和薄的不锈钢上，弯曲会更大。不平的表面会导致后续印刷的困难。为了容易加工，基体直径大于10cm、厚度至少1.2mm以上是被推荐的。300牌号的不锈钢有相当大的热膨胀系数，因此不推荐使用。

为了装配和最后总装的方便，一些基体的外形轮廓是特意加工的。在这种情况下，经常会发现经加工处理后基板仍不平，已经形成的经验是后续印刷困难，也会经常引起基体的窜动。因此，印刷面比基体充分小是被推荐的。

不锈钢表面必须充分清洁干燥，应用溶剂或洗涤剂脱脂除油。在整个表面处理过程中，极小的腐蚀是极为重要的。在洗涤之后，小心不致产生污染，特别是指纹污染，那样会造成钢基体在烧结时被腐蚀，因此任何触摸都要戴上手套。

在玻璃应用之前，在空气中烧结预处理不锈钢是不利的，也是不被推荐的。

f）工艺流程图见图3

图3 推荐的不锈钢加热器生产过程顺序图

g）推荐的3500N绝缘层厚度

BVD需要≥1250VAC，连续印烧三层，推荐的最终厚度≥75微米。

为了双重的绝缘，BVD需要≥4500 VAC，连续印烧四层，推荐的最终厚度≥100微米。

h）可供选择的电阻浆料见表2

表2 电阻浆料

36xx系在重烧时，电阻值不变。

i） 印刷要求见表3

表3 印刷参数表

有关丝网印刷的更多信息请参阅技术指南EUT7.3

j）烧结

所有的材料被限定在应用标准的30min烧结曲线烧结，有关烧结的更多信息请参阅技术指南EUT7.4

图4 烧结曲线

3 设计建议

通常的设计是印刷一个或多个长的导电带，浆料的方阻约为100mΩ/□，从一边到另一边，全部的导电带表面，功率密度大约可达到1W/mm²。

电阻浆料被设计成为需要达到这样的一些目的，电阻率及温度系数范围宽，以至于有很多适应的组合特性能被选择。应用实际操作温度下的功率计算结果选择浆料。

电阻浆料接触电阻较高，在许多情况下，为了形成低的接触电阻，可取的方法是印刷一个小面积地电阻端头材料，3660银浆料是推荐应用的，印刷、干燥的详细情况已在数据表中给出。

与导电轨的电气连接不能用焊锡焊接，因为在热循环中，可能导致电气连接失败。

图5 电阻浆料降功率特性

4 可能的新应用领域举例

a）加热板

b）半导体设备

c）热缩塑料包

d）打印机/影印机的熔断器

e）医学分析仪器