專利名稱：厚膜加熱器的制作方法
技術領域：
厚膜加熱器技術領域[0001]本實用新型涉及電加熱裝置，具體涉及厚膜加熱器。
技術背景[0002]厚膜加熱器是采用厚膜絲網(wǎng)印刷工藝，在基板上印刷絕緣介質、加熱電阻、導 體、玻璃保護釉等材料，通過高溫燒結而成的新型加熱器件，廣泛應用在家用電水壺、 電咖啡壺、電熱水器、電發(fā)板、電燙斗、加濕機等。典型的厚膜加熱器包括通常所說的 印制并燒結在一個電絕緣基片上的“厚膜”電阻加熱印刷線路。具體作法是將玻璃、陶 瓷或玻璃陶瓷等絕緣介質(以下統(tǒng)稱絕緣介質)附著在金屬基體上(代表性的基體材料包 括SUS430、SUS444、SUS304)形成絕緣層，然后按設計的印刷圖形將發(fā)熱電阻材料印 刷在絕緣層上并燒制形成發(fā)熱軌跡，再用同樣印刷、燒制方式將保護玻璃釉覆蓋發(fā)熱電 阻，以保護該發(fā)熱軌跡、防止它被腐蝕或氧化。[0003]厚膜加熱器的基體材料除上述的SUS430、SUS444、SUSU304等金屬材料外， 作為這種涂覆金屬基體的一個變形，該基體可以是堅硬的陶瓷體(如A1203及AlN陶瓷) 或微晶玻璃體。這些基體材料本身就是絕緣的，因此，在利用這些絕緣材料作為基體 時，可以直接在基體材料上印刷并燒制發(fā)熱電阻，無須在基體材料上再制作絕緣層。[0004]與傳統(tǒng)電熱絲式加熱器比較，厚膜加熱器具有功率密度高、熱響應快等顯著優(yōu) 勢。[0005]但是，由于功率密度高、熱響應快，如果在非正常工作狀態(tài)下(如加熱器干 燒)，厚膜加熱器的溫度將會急劇上升。在實際測試中，加熱器的直徑為118_，發(fā) 熱電阻功率密度為60W/cm2，在干燒狀態(tài)下，發(fā)熱電阻表面的溫升速率可以達到80°C/ 秒。很顯然，厚膜加熱器不允許在錯誤的狀態(tài)下被過度的加熱，如此高的溫升速率，將 在極短的時間內導致厚膜加熱器的絕緣層出現(xiàn)微裂紋而損壞，從而出現(xiàn)厚膜加熱器漏電 或發(fā)熱電阻燒斷的情況，極端情況下可能產生漏電或者火災事故。這不但對采用厚膜加 熱器的產品本身，而且對該產品的使用者本身造成潛在的嚴重損害。[0006]厚膜加熱器的錯誤工作狀態(tài)通常有以下幾種[0007](1)設置有厚膜加熱器的產品內沒有被加熱物質，厚膜加熱器處于干燒的工作狀 態(tài)(以下稱“干燒”)。[0008](2)設置有厚膜加熱器的產品被傾斜放置，被加熱物質只在厚膜加熱器的局部存 在，另外一部分出現(xiàn)干燒(以下稱“局部干燒”)。[0009](3)設置有厚膜加熱器的產品，其厚膜加熱器局部由于外在原因(如被加熱物質 燒焦后附著在厚膜加熱表面，水垢附著在加熱器表面)導致局部的熱能不能有效傳遞到 被加熱物質上(以下稱“局部傳熱不佳”)。[0010]為防止厚膜加熱器在上述錯誤工作狀態(tài)下被過度加熱，通常的解決方案是在厚 膜加熱器上設置可復位的雙金屬過熱保護器(典型的產品有Strix公司的U28，Otter公司 的X21、X44等)。當設置有厚膜加熱器的產品內沒有被加熱物質或被加熱物質燒干，厚膜加熱器過熱時，雙金屬過熱保護器接通并工作。典型地，這種雙金屬過熱保護器包 括雙金屬驅動器，雙金屬驅動器與厚膜加熱器接觸、并在給定溫度下工作。[0011]但是，使用這種雙金屬過熱保護器存在一些不可克服的缺陷，即[0012](1)雙金屬過熱保護器的溫度檢測是靠雙金屬片來實現(xiàn)的，雙金屬片檢測的是 其接觸區(qū)域，在其非接觸區(qū)域的超溫將不能及時檢測出來，不能實現(xiàn)全平面的探測和保 護。在某些情況下，比如發(fā)熱容器傾斜放置，在雙金屬片檢測區(qū)域有被加熱物質，而某 些區(qū)域沒有被加熱物質，出現(xiàn)局部干燒，這時候，雙金屬片是不會探測到這種異常，也 不會動作。[0013](2)雙金屬過熱保護器是通過雙金屬片達到動作溫度后產生形變來完成保護動 作，雙金屬片的動作始終有一個遲滯時間，在溫升速率過的情況下，將不能有效保護。 對此缺陷的另外一種解決辦法是選用動作溫度更低的雙金屬片，但是，過低動作溫度的 雙金屬片可能會在正常工作狀態(tài)情況誤動作。[0014](3)雙金屬過熱保護器的結構復雜，體積過大，而且，與廣泛采用電子控制的趨 勢不相符合。[0015]另外一種防止厚膜加熱器過熱的方法是在厚膜加熱器上安裝正溫度系數(shù)(PTC) 或負溫度系數(shù)(NTC)溫度傳感電阻，PTC或NTC電阻根據(jù)檢測到的不同溫度呈現(xiàn)不同的 阻值，控制電路根據(jù)這些阻值判斷厚膜加熱器是否過熱，如果超過控制器的設定閥值， 控制器將發(fā)出指令，切斷加熱電源。使用這種控制方式的好處是可靠，響應快速，而且 設計靈活、方便。但是這種控制方式的也受到這種傳感器本身的一些弱點所制約，主要 缺點有[0016](1)溫度傳感電阻檢測的也是其安裝區(qū)域的溫度，厚膜加熱器的其他區(qū)域的溫 度是不會被檢測到的，與雙金屬片機械保護裝置存在的缺陷一樣，不能實現(xiàn)全平面的檢 測。[0017](2)為了防止加熱裝置傾斜出現(xiàn)的局部干燒，需要使用多個傳感器，這會導致產 品的成本上升。[0018](3)溫度傳感電阻通常是通過錫焊或者導電膠粘結或其他裝置固定在厚膜加熱器 表面。無論哪種安裝方式，在溫度傳感電阻與厚膜加熱器之間都會存在縫隙，這些縫隙 會導致溫度傳感電阻的相應滯后。而且，這些縫隙的大小是不可能均勻的，因此會造成 產品性能的離散性加大。[0019](4)由于焊錫及導電膠的適應工作溫度較低(通常，焊錫的長期工作溫度不能超 過150°C，導電膠的長期工作溫度不能超過180°C，超過允許的工作溫度，溫度傳感電阻 將從加熱器表面脫落)，因此，它也限制了厚膜加熱器的適用范圍。[0020](5)出于安全的考慮，溫度傳感電阻通常不會安裝在發(fā)熱電阻的表面上，而是會 安裝在發(fā)熱電阻的旁邊，這也會導致溫度傳感電阻檢測到的溫度滯后于厚膜加熱器的本 身溫度。這種滯后在干燒狀態(tài)下是最為顯著的。實用新型內容[0021]針對現(xiàn)有厚膜加熱器存在的上述問題，本實用新型提供一種厚膜加熱器，包括 絕緣基體，所述絕緣基體上依次燒結有發(fā)熱電阻軌跡層和覆蓋所述發(fā)熱電阻軌跡層的保4護層，與所述發(fā)熱電阻軌跡層中的發(fā)熱電阻軌跡對應布置有由對溫度敏感材料制成的傳 感電阻軌跡層，所述傳感電阻軌跡層中的傳感電阻軌跡與所述發(fā)熱電阻軌跡絕緣設置。[0022]在上述方案中，所述傳感電阻軌跡層位于發(fā)熱電阻軌跡層的上方或下方且二者 之間設有中間絕緣介質層。[0023]在上述方案中，所述傳感電阻軌跡層與發(fā)熱電阻軌跡層位于同一平面上。[0024]在上述方案中，所述傳感電阻軌跡與發(fā)熱電阻軌跡之間的距離小于1.5mm且大 于 0.2mm。[0025]在上述方案中，所述傳感電阻軌跡層中的傳感電阻軌跡與所述發(fā)熱電阻軌跡層 中的發(fā)熱電阻軌跡的若干外圈相對應。[0026]在上述方案中，所述傳感電阻軌跡的最外圈直徑大于發(fā)熱電阻軌跡層最外圈的 直徑且傳感電阻軌跡的最外圈與相鄰的傳感電阻軌跡之間設有若干條將二者連通的短路^^ ο[0027]在上述方案中，所述傳感電阻層由正溫度系數(shù)材料或負溫度系數(shù)材料制成。[0028]在上述方案中，所述傳感電阻軌跡由一組或一組以上的傳感電阻軌跡組成。[0029]在上述方案中，所述中間絕緣介質的厚度為60微米 90微米。[0030]在上述方案中，所述絕緣基體為微晶玻璃、三氧化二鋁陶瓷、氮化鋁陶瓷或將 玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷等絕緣介質附著在不銹鋼上制成。[0031 ] 本實用新型，因為與發(fā)熱電阻軌跡層中的發(fā)熱電阻軌跡對應布置有由對溫度敏 感材料制成的傳感電阻軌跡層，因此，傳感電阻可以全面地反映發(fā)熱電阻軌跡的加熱情 況，并由控制電路根據(jù)傳感電阻阻值的變化情況判斷厚膜加熱器是否處于安全的工作溫 度范圍內，實現(xiàn)安全控制。


[0032]圖1為本實用新型的一種實施例分解結構示意圖；[0033]圖2為圖1的俯視圖(去除玻璃釉保護層和中間絕緣介質層)；[0034]圖3為傳感電阻軌跡層與發(fā)熱電阻軌跡層的第一種布置方式示意圖；[0035]圖4為傳感電阻軌跡層與發(fā)熱電阻軌跡層的第二種布置方式示意圖；[0036]圖5為傳感電阻軌跡層與發(fā)熱電阻軌跡層的第三種布置方式示意圖。
具體實施方式
[0037]
以下結合附圖對本實用新型作出詳細的說明。[0038]圖1為本實用新型提供的厚膜加熱器的一種實施例分解結構示意圖，圖2為圖1 的俯視圖(去除玻璃釉保護層和中間絕緣介質層)，如圖1、圖2所示，在該實施例中， 厚膜加熱器依次由不銹鋼基體10、底層絕緣介質20、發(fā)熱電阻軌跡層40、中間絕緣介質 層50、傳感電阻軌跡層60和玻璃釉保護層組成70組成，發(fā)熱電阻軌跡層40中發(fā)熱電 阻軌跡的兩自由端分別與電極片30上的第一、第二電極31、32連接，電極片30設置在 不銹鋼基體10的中央，傳感電阻軌跡層60中傳感電阻軌跡的兩自由端分別與電極片30 上的第三、第四電極33、；34連接，第一、第二電極31、32與第三、第四電極33、；34絕 緣。不銹鋼基體10和底層絕緣介質20組成絕緣基體，不銹鋼基體10為1.5mm的SUS430不銹鋼，底層絕緣介質層20、中間絕緣介質層50及玻璃釉保護層70均由ESL49M絕緣介 質漿料制成，且底層絕緣介質層20的厚度為75 95微米，中間絕緣介質層50的厚度為 60 90微米。沉積在底層絕緣介質層20上的發(fā)熱電阻軌跡層40由ESL 29215電阻漿料 制成，其厚度為11 15微米，沉積在底層絕緣介質層20上的電極片30由LEED4306A 制成，且其厚度為11 15微米，作用是為發(fā)熱電阻軌跡層40及傳感電阻軌跡層60提供 與外部的電氣連接，不銹鋼基體10通過底層絕緣介質層20與發(fā)熱電阻軌跡層40進行電 絕緣，發(fā)熱電阻軌跡層40通過中間絕緣介質層50與傳感電阻軌跡層60進行電絕緣。沉 積在中間絕緣介質層50上的傳感電阻軌跡層60是由貴研鉬業(yè)的PTC-3R-1000釕系正溫 度系數(shù)漿料制成，在本實施例中，其溫度系數(shù)TCR為4400ppm/°C (+/-200ppm/°C)。底 層絕緣介質層20、電極片30、發(fā)熱電阻軌跡層40、中間絕緣介質層50、傳感電阻軌跡層 60和玻璃釉保護層組成70都是分別采用絲網(wǎng)印刷并經850°C /30min的通用厚膜燒結曲線 燒結而與不銹鋼基體10成為一個整體。[0039]發(fā)熱電阻軌跡層40中的發(fā)熱電阻軌跡與傳感電阻軌跡層60中的傳感電阻軌跡相 對應地伴隨布置，具體布置方案可以采用以下幾種[0040](1)、傳感電阻軌跡層60位于發(fā)熱電阻軌跡層40的正上方，且二者通過中間絕 緣介質層50實現(xiàn)絕緣，如圖3所示。[0041](2),傳感電阻軌跡層位60于發(fā)熱電阻軌跡層40的正下方，且二者通過中間絕 緣介質層50絕緣，如圖4所示。[0042](3)、傳感電阻軌跡層60與發(fā)熱電阻軌跡層40位于同一平面上，如圖5所示， 此種布置方式，傳感電阻軌跡與發(fā)熱電阻軌跡之間的距離小于1.5mm，二者絕緣，考慮 到工藝的可行性及絕緣隔離問題，二者之間的距離大于0.2mm。[0043]在本特定實施例中，由于厚膜加熱器在工作狀態(tài)下，中間部位不可能出現(xiàn)干 燒、或局部干燒、或局部傳熱不佳的情況，因此，從成本角度考慮，傳感電阻軌跡層60 中的傳感電阻軌跡與發(fā)熱電阻軌跡層40中的發(fā)熱電阻軌跡的若干外圈相對應，在中間區(qū) 域就不再伴隨發(fā)熱電阻軌跡布置傳感電阻軌跡。[0044]另外從圖2中，我們還可以看到，傳感電阻軌跡的最外圈直徑大于發(fā)熱電阻軌 跡層最外圈的直徑且傳感電阻軌跡的最外圈與相鄰的傳感電阻軌跡之間設有若干條將二 者連通的預設短路條61，用激光等方式將短路條61切斷，傳感電阻的阻值將增加，在本 實施例中，通過切斷預設短路條61，最大可傳感電阻的阻值增加25%，以適應不同產品 的需要。從圖2中，我們可以看到，在預設短路條61的區(qū)域的正下方是沒有發(fā)熱電阻軌 跡的，主要是考慮到在切割預設短路條61的過程中，中間絕緣介質層可能會被損傷，這 些損傷會降低發(fā)熱電阻軌跡與傳感電阻軌跡之間的電絕緣強度。[0045]試驗數(shù)據(jù)表明，發(fā)熱電阻軌跡產生的熱量主要沿不銹鋼基體10的厚度方向傳 遞，也就是說發(fā)熱電阻軌跡的正上方或正下方的溫度變化是最顯著的，位于發(fā)熱電阻軌 跡正上方的傳感電阻軌跡所檢測到的這種溫度變化是最大的。同時，發(fā)熱電阻軌跡與傳 感電阻軌跡之間的中間絕緣介質層的厚度只有60微米 90微米，因此，兩者之間的溫 度差和熱遲滯可以忽略，可以近似認為傳感電阻軌跡上的溫度與發(fā)熱電阻軌跡的溫度相 等，傳感電阻軌跡能非常靈敏、快速檢測到發(fā)熱電阻軌跡的溫度變化。[0046]傳感電阻軌跡層60與厚膜加熱器燒結成一個整體，因此，在厚膜加熱器的安全6工作溫度范圍內(不超過550°C )，將不會出現(xiàn)其他安裝方式(比如焊錫焊接)導致的傳 感器脫落的問題。同時，由于傳感電阻軌跡與厚膜發(fā)熱燒結成為了一個整體，也不會出 現(xiàn)其他安裝方式中可能出現(xiàn)的傳感器與加熱器之間存在縫隙，一致性更好。[0047]顯然，在本實用新型的方案中，可對上述實施例進行各種改進，例如[0048](1)、使用兩組或兩組以上的傳感電阻軌跡；[0049](2)、傳感電阻軌跡層使用負溫度系數(shù)材料制成；[0050](3)、應用于非平面的基體上；[0051](4),使用微晶玻璃、陶瓷或被釉搪瓷鋼等材料替代由不銹鋼基體10和底層絕 緣介質20組成絕緣基體。[0052]在使用中，厚膜加熱器通電工作，發(fā)熱電阻軌跡的溫度升高，傳感電阻軌跡的 阻值將增大，其增加的幅度與發(fā)熱電阻軌跡的溫升成正比，當沒有被加熱物質時，發(fā)熱 電阻軌跡的溫度將急劇上升，傳感電阻軌跡的阻值將跟隨增加，控制電路檢測到傳感電 阻軌跡的阻值達到預設閥值時，控制電路將切斷發(fā)熱電阻軌跡的電源，以達到保護的目 的。當厚膜加熱器出現(xiàn)任何部位的局部干燒或局部傳熱不佳，其相應區(qū)域的發(fā)熱電阻軌 跡的溫度將升高，位于此區(qū)域內的傳感電阻軌跡的阻值將增加，當傳感電阻軌跡的總阻 值達到控制電路的預設閥值時，控制電路將切斷發(fā)熱電阻軌跡的電源。這樣，傳感電阻 軌跡就實現(xiàn)了全平面的溫度傳感。[0053]本實用新型不局限于上述最佳實施方式，任何人應該得知在本實用新型的啟示 下作出的結構變化，凡是與本實用新型具有相同或相近的技術方案，均落入本實用新型 的保護范圍之內。
權利要求1.厚膜加熱器，包括絕緣基體，所述絕緣基體上依次燒結有發(fā)熱電阻軌跡層和覆蓋 所述發(fā)熱電阻軌跡層的保護層，其特征在于還包括與所述發(fā)熱電阻軌跡層中的發(fā)熱電阻 軌跡對應布置的由對溫度敏感材料制成的傳感電阻軌跡層，所述傳感電阻軌跡層中的傳 感電阻軌跡與所述發(fā)熱電阻軌跡絕緣設置。
2.如權利要求1所述的厚膜加熱器，其特征在于所述傳感電阻軌跡層位于發(fā)熱電阻軌 跡層的上方或下方且二者之間設有中間絕緣介質層。
3.如權利要求1所述的厚膜加熱器，其特征在于所述傳感電阻軌跡層與發(fā)熱電阻軌跡 層位于同一平面上。
4.如權利要求3所述的厚膜加熱器，其特征在于所述傳感電阻軌跡與發(fā)熱電阻軌跡之 間的距離小于1.5mm且大于0.2mm。
5.如權利要求1所述的厚膜加熱器，其特征在于所述傳感電阻軌跡層中的傳感電阻軌 跡與所述發(fā)熱電阻軌跡層中的發(fā)熱電阻軌跡的若干外圈相對應。
6.如權利要求1至5項任一項權利要求所述的厚膜加熱器，其特征在于所述傳感電阻 軌跡的最外圈直徑大于發(fā)熱電阻軌跡層最外圈的直徑且傳感電阻軌跡的最外圈與相鄰的 傳感電阻軌跡之間設有若干條將二者連通的短路條。
7.如權利要求6所述的厚膜加熱器，其特征在于所述傳感電阻層由正溫度系數(shù)材料或 負溫度系數(shù)材料制成。
8.如權利要求6所述的厚膜加熱器，其特征在于所述傳感電阻軌跡由一組或一組以 上的傳感電阻軌跡組成。
9.如權利要求6所述的厚膜加熱器，其特征在于所述中間絕緣介質的厚度為60微 米 90微米。
10.如權利要求6所述的厚膜加熱器，其特征在于所述絕緣基體為微晶玻璃、三氧化 二鋁陶瓷、氮化鋁陶瓷或將玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷附著在不銹鋼上制成。
專利摘要本實用新型公開了一種厚膜加熱器，包括絕緣基體，所述絕緣基體上依次燒結有發(fā)熱電阻軌跡層和覆蓋所述發(fā)熱電阻軌跡層的保護層，與所述發(fā)熱電阻軌跡層中的發(fā)熱電阻軌跡對應地布置有由對溫度敏感材料制成的傳感電阻軌跡層，所述傳感電阻軌跡層中的傳感電阻軌跡與所述發(fā)熱電阻軌跡絕緣設置。本實用新型，因為與發(fā)熱電阻軌跡層中的發(fā)熱電阻軌跡對應布置有由對溫度敏感材料制成的傳感電阻軌跡層，因此，傳感電阻可以全面地反映發(fā)熱電阻軌跡的加熱情況，并由控制電路根據(jù)傳感電阻阻值的變化情況判斷厚膜加熱器是否處于安全的工作溫度范圍內，實現(xiàn)安全控制。
文檔編號H05B3/28GK201805562SQ20102026011
公開日2011年4月20日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權日2010年7月16日
發(fā)明者楊華 申請人:楊旭光