專利名稱：線性ptc金屬膜熱敏電阻器制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用組合金屬靶材磁控濺射鍍膜制造線性PTC金屬膜熱敏電阻器的方法，屬于熱敏電阻器制造技術(shù)領(lǐng)域。
線性PTC熱敏電阻器是指電阻值隨溫度呈線性變化且具有正溫度系數(shù)(PTC)的熱敏電阻器，它在涉及到溫度測量和監(jiān)控的許多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。線性PTC金屬薄膜熱敏電阻器是線性熱敏電阻器中的一種主要類型，其金屬薄膜通常采用鉑、鎳或銅等一種純金屬膜構(gòu)成，這種熱敏電阻器的電阻溫度系數(shù)(TCR)值局限在一個(gè)不太寬的范圍內(nèi)，不可能滿足實(shí)際應(yīng)用中對TCR值多樣化的要求。采用不同成分的合金薄膜作為熱敏薄膜，可以制得不同TCR值范圍的線性PTC金屬膜熱敏電阻器，但是按照現(xiàn)有技術(shù)，在采用真空蒸發(fā)鍍膜工藝制造熱敏薄膜時(shí)，由于工藝及設(shè)備的局限性，使得大批量生產(chǎn)的金屬薄膜熱敏電阻器特性的一致性較差;采用濺射工藝雖然可以得到特性一致性較好的金屬薄膜熱敏電阻器，但是為了得到不同范圍的TCR值，則需要準(zhǔn)備相當(dāng)數(shù)量的成分各異的靶材，不僅給生產(chǎn)帶來了困難，成本也相應(yīng)增加。
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種線性PTC金屬薄膜熱敏電阻器的制作方法，它不需要事先制作許多不同合金成分的靶材，減低了生產(chǎn)成本。
本發(fā)明通過選用Ni、Cr、Fe、Ti、Au、Ag、Pt、Cu、Al、Mn等純金屬或康銅、錳銅、鐵鉻鋁、鎳鉻鋁、鎳鐵等合金的板做成組合靶材，用磁控濺射鍍膜制成TCR值為+500×10-3/℃到+5000×10-3/℃的線性PTC金屬薄膜熱敏電阻。本發(fā)明的方法包括熱敏電阻器基體預(yù)處理、靶材準(zhǔn)備、磁控濺射鍍膜、膜層熱處理和電極制作，其中基體準(zhǔn)備、磁控濺射鍍膜和電極制作可以采用現(xiàn)有的常規(guī)方法。本發(fā)明的特征在于濺射鍍膜的靶材采用組合靶材和基體鍍膜后的膜層熱處理需在真空環(huán)境中進(jìn)行。
本發(fā)明的組合靶材制作是按照線性PTC金屬薄膜熱敏電阻器TCR值的要求，選定組成組合靶材的Ni、Cr、Fe、Ti、Au、Ag、Pt、Cu、Al、Mn等純金屬或康銅、錳銅、鐵鉻鋁、鎳鉻鋁、鎳鐵等合金板塊的品種以及占有靶面的面積百分比，再根據(jù)磁控靶的有關(guān)幾何尺寸確定組成組合靶的各種金屬或合金板塊的幾何尺寸和拼裝方式。組合靶材的各種金屬或合金板塊可采用機(jī)械聯(lián)接拚裝方式，也可采用低飽和蒸氣壓的銦一錫合金或錫作為焊料金屬，采取合適的真空釬焊或保護(hù)氣氛下的釬焊，直接焊接在磁控靶銅蓋板上。采用這種釬焊制作組合金屬靶材的方法，對于靶材需要摻入某種含量很小的金屬或合金時(shí)，特別適用。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于采用了組合金屬靶材，避免了冶煉制造各種成份組成的合金靶材，因而大大降低了制造成本，滿足了實(shí)用上對線性PTC金屬薄膜熱敏電阻器的TCR值多樣化的要求。又由于采用了膜層真空熱處理工藝，使得由此制成的線性PTC金屬薄膜熱敏電阻器可以達(dá)到較高的TCR值，長期工作穩(wěn)定性也有所提高。本發(fā)明可制成電阻溫度系數(shù)TCR值為(500～5000)×10-6/℃的線性PTC金屬膜熱敏電阻器，在-30～+130℃的溫度范圍內(nèi)，電阻-溫度特性的線性偏差小于±1%。
組合靶材的實(shí)施可采用如附

圖1和附圖2所示的結(jié)構(gòu)形式。圖1為組合金屬矩形平面靶材與磁控靶結(jié)構(gòu)示意圖，其中(1a)為主視圖，(1b)為俯視圖;圖2為組合金屬圓形平面靶材與磁控靶結(jié)構(gòu)示意圖，其中(2a)為主視圖，(2b)為俯視圖;圖3為圓柱形線性PTC金屬膜熱敏電阻結(jié)構(gòu)示意圖。圖(1a)和圖(2a)中的(1)是磁控靶的靶座;(2)是軟鐵;(3)是永久磁鐵;(4)是磁控靶的真空密封用的銅蓋板，也是組合金屬靶材的支承底板;(5)是用于固定靶材的壓框;(6)是組合金屬靶材，(6a)、(6b)、(6c)分別表示不同性質(zhì)的金屬或合金板塊;(7)是用于固定靶材的中心壓板;(8)是靶材表面由于離子轟擊濺射侵蝕所形成的凹痕。組合靶材中各組成金屬板占整個(gè)靶面面積中百分比的比值可以根據(jù)所需要的PTC金屬薄膜中各金屬元素原子數(shù)目的百分比例來確定。對于圖(2b)所示的由扇形板塊拼裝而成的圓形組合靶材，上述兩種比例值可取相等值;對于圖(1b)所示的由矩形條狀板塊拼裝而成的矩形組合靶材，還必須考慮到靶面所形成的濺射侵蝕凹痕的形狀，以及各組成金屬板占據(jù)凹痕區(qū)域的面積大小。此外，由于各種金屬的濺射系數(shù)并不相等，因此濺射制備的金屬熱敏薄膜中的各金屬元素的原子數(shù)目的百分比值與靶材中組成金屬的百分比值不會完全相同;通常需要在測出金屬熱敏薄膜中金屬元素的原子百分比值之后，再對組合靶材中各組成金屬板塊的相對面積比進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?，而這種修正常?？梢院透倪M(jìn)PTC金屬薄膜熱敏電阻器的電氣特性同時(shí)進(jìn)行。
本發(fā)明中用磁控濺射鍍膜制成的金屬熱敏薄膜需經(jīng)過真空熱處理，熱處理的溫度為300～500℃，熱處理溫度下的保溫時(shí)間(或稱熱處理時(shí)間)為2～5小時(shí)，熱處理時(shí)的真空度為(2～8)×10-3帕;經(jīng)過真空熱處理后，熱敏薄膜的阻值變小，TCR增大，穩(wěn)定性提高;調(diào)節(jié)熱處理溫度的高低和熱處理時(shí)間的長短，可在一定的范圍內(nèi)改變TCR值，以滿足生產(chǎn)上微調(diào)TCR值的需要。
本發(fā)明中作為線性PTC金屬膜熱敏電阻器的基體材料可以采用陶瓷、微晶玻璃、石英玻璃、普通玻璃或硅單晶片?；w的形狀可以是圓柱形或平板形。
實(shí)施例一種圓形線性PTC金屬膜熱敏電阻器的制作方法如下(圖3為圓柱形線性PTC金屬膜熱敏電阻器的結(jié)構(gòu)示意圖)1.選用1/4瓦金屬膜電阻用的高鋁瓷棒10萬只，經(jīng)過清洗，烘干后送入高溫爐煅燒，其溫度取1000±20℃，時(shí)間為3小時(shí)。煅燒后的瓷棒存放在100～120℃的烘箱內(nèi)備用。
2.選用厚度為6mm、寬度為20mm、長度為125mm的康銅板(6b)6塊，厚度為6mm、寬度為19mm、長度為125mm的純度為99.9%的鎳板(6a)7塊，按圖(1b)所示的拼裝圖，拼成125×253mm的靶材。再將其裝到磁控濺射滾鍍鍍膜機(jī)的磁控靶座上?？鄢胁纳厦娴臒o磁不銹鋼壓框遮檔的部分，中心部分靶面積為120×250mm。
3.從100～120℃的烘箱內(nèi)取出瓷棒，倒入鍍膜機(jī)的滾筒內(nèi)。將鍍膜機(jī)真空室抽到優(yōu)于2×10-3帕。開啟氬氣的質(zhì)量流量計(jì)，調(diào)節(jié)氬流量，使鍍膜室內(nèi)氬壓強(qiáng)為0.7帕。啟動(dòng)直流濺射電源，使加到靶上的功率密度達(dá)到8W/cm2，維持濺射滾動(dòng)鍍膜5小時(shí)。
4.鍍有金屬薄膜的瓷棒置于真空高溫爐內(nèi)進(jìn)行膜層熱處理。真空度為5×10-3帕，溫度為400±10℃，時(shí)間為3小時(shí)。
5.鍍膜瓷棒兩端壓戴上金屬帽蓋(10)，如圖3所示。
6.初始阻值分選。由上述工藝規(guī)范所得合金薄膜熱敏電阻在25℃時(shí)的毛坯阻值為13±1Ω。
7.按照成品在室溫下的阻值要求，在自動(dòng)刻槽機(jī)上預(yù)置對應(yīng)的刻槽終點(diǎn)阻值，對瓷棒表面膜層加工刻槽(11)，如圖3所示。
8.在瓷棒兩端壓帽(10)上焊出電極引線(9)，如圖3所示。
9.脈沖老煉。矩形脈沖電壓的占空比為1/1000，脈沖老煉的平均功耗為1/4瓦，老煉時(shí)間為3分鐘。
10.將金屬薄膜熱敏電阻器表面涂漆。
11.在155±10℃烘箱內(nèi)熱老化96小時(shí)。
12.25℃下測試阻值。由此制得的PTC金屬薄膜熱敏電阻器的TCR值為2000±100/℃，在-30～+130的溫度范圍內(nèi)，測得的電阻-溫度特性的線性偏離小于±1%。
權(quán)利要求
1.一種線性PTC金屬膜熱敏電阻器的制作方法，它包括熱敏電阻基體預(yù)處理、靶材準(zhǔn)備、磁控濺射鍍膜、膜層熱處理和電極制作，其特征在于靶材采用組合金屬靶材和膜層熱處理采用真空熱處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性PTC金屬膜熱敏電阻器的制作方法，其特征在于磁控濺射鍍膜用的靶材是組合金屬靶材，它按照線性PTC金屬薄膜熱敏電阻器TCR值的要求，選定組成金屬組合靶材的金屬或合金板塊的品種，再根據(jù)磁控靶的有關(guān)幾何尺寸確定各種組成組合靶材的金屬或合金板塊的幾何尺寸和拼裝或釬焊形式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的線性PTC金屬膜熱敏電阻器的制作方法，其特征在于組合金屬靶材采取平面矩形結(jié)構(gòu)或平面圓形結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的線性PTC金屬膜熱敏電阻器的制作方法，其特征在于制作組合靶材的金屬是Ni、Cr、Fe、Ti、Au、Ag、Pt、Cu、Al、Mn等純金屬材料或康銅、錳銅、鐵鉻鋁、鎳鉻鐵、鎳鐵等合金材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的線性PTC金屬膜熱敏電阻器的制作方法，其特征在于磁控濺射鍍膜制成的金屬薄膜采用真空熱處理，熱處理的溫度為300～500℃，時(shí)間為2～5小時(shí)，真空度為(2～8)×10-3帕。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的線性PTC金屬膜熱敏電阻器的制作方法，其特征在于熱敏電阻器的基體材料采用陶瓷、微晶玻璃、石英玻璃、普通玻璃或硅單晶片，基體形狀采用圓柱形或平板形。
全文摘要
線性PTC金屬膜熱敏電阻器的制作方法通過選用Ni、Cr、Fe、Ti、Au、Ag、Pt、Cu、Al、Mn等純金屬或康銅、錳銅、鐵鉻鋁、鎳鉻鋁、鎳鐵等合金板塊的品種以及占有靶面的面積百分比，構(gòu)成組合靶材，用于磁控濺射鍍膜，制得的薄膜通過真空熱處理，可制成電阻溫度系數(shù)TCR值為(500～5000)×10
文檔編號H01C17/00GK1100558SQ9311174
公開日1995年3月22日 申請日期1993年9月17日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月17日
發(fā)明者陳國平, 張隨新, 張浩康 申請人:東南大學(xué)