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計與制造工藝，通過對厚膜微電子工藝所應用材料特性的研究、固化燒結溫度的影響、產品耐壓能力及過載能力測試等實驗結果進行全面分析后獲得一種新穎的厚膜型MCH電加熱元件產品。該產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，廣泛應用于醫(yī)療器械、工業(yè)控制、消費電子等領域。

厚膜；MCH電加熱元件；制造工藝

1 開發(fā)背景

隨著時代進步，人們對產品和環(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廣泛應用在電暖器、直發(fā)器、電熱水杯、超聲波儀器、精密儀器、烘手機、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、注塑機等工業(yè)設備電器。

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、導熱性能良好、熱補償速度快等優(yōu)點，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，符合歐盟RoHS等環(huán)保要求。

MCH在通電工作時，溫度能夠在30秒鐘內上升到800 ℃。基于MCH的優(yōu)異性能，它被廣泛應用于醫(yī)療器械、機械以及電子工業(yè)領域。同時，MCH還具有在工作時無噪音、不含有害物質的優(yōu)點，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和檢測設備，在此基礎上我公司進行了厚膜型MCH電加熱元件的研制與生產，經過一段時間的試制生產，總結出了一套高質高效的厚膜型MCH電加熱元件的生產制作工藝，適應市場需要，可以指導生產制作。

2 設計創(chuàng)新點

厚膜型MCH電加熱元件是利用微電子設計和制造工藝，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，并結合先進的絲網印刷、隧道爐燒結以及精密激光調阻等制造方法，批量生產出的產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。該產品通過對厚膜微電子工藝所應用的原材料微觀機理的分析、材料特性的研究、固化燒結溫度的影響、產品可、耐焊性評價、耐壓能力及過載能力測試等實驗結果進行全面分析后獲得一種新穎的厚膜型MCH電加熱元件產品，該產品利用優(yōu)異的厚膜電子材料，結合先進微電子漿料和基片材料，使用CAD/EDA軟件設計優(yōu)化，通過厚膜生產技術及工藝參數(shù)研制工藝先進。

該產品的創(chuàng)新點在于：

1)MCH電加熱元件關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。

2)MCH電加熱元件采用先進的厚膜型精密激光調阻工藝制備而得，所制備的MCH電加熱元件電阻精度可以提高到0.5%或以上，在實際應用中，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，進一步優(yōu)化了發(fā)熱板電路結構，提高了電路元件的組裝密度和可靠性，通過該仿真設計技術便于形成一體化、集成式MCH電加熱元件。

3 技術指標

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、電阻材料和保護層材料，其中決定產品功能的電阻材料最為重要，通過以往制作其它厚膜產品的經驗，經過多次實驗最終確定以下材料：

1)載體材料，選擇適合我公司規(guī)?；a的AL2O3陶瓷基板，該材料具有良好絕緣性、導熱性、物理強度，是厚膜產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，在實際使用可以達到良好的阻值穩(wěn)定性。

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

4.2 制作流程

經過對國內外同類產品進行分析，結合原來厚膜片式元件的生產經驗，總結出厚膜型MCH電加熱用厚膜電路的生產工藝，其流程如下：

制網→電極層印刷→烘干→電極層燒結→電阻層印刷→烘干→電阻層燒結→保護層印刷→烘干→保護層燒結→激光調阻→阻值測試→包裝。

4.3 產品特性檢測

在樣品制作好后，分別取5塊產品按技術指標各項要求進行測試，從結果上看，樣品符合設計要求，可以滿足市場的需要。

4.4 試制結果

經過產品項目開發(fā)人員和相關人員的共同努力，完成了厚膜型MCH電加熱元件的開發(fā)工作，生產的產品性能達到了設計要求，并制定了切實可行的生產工藝，已可以進行大批量生產。

5 結論

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出滿足市場需要的主品， 該產品具有升溫迅速、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。目前國外主要競爭者是日本和德國有關企業(yè)。經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品，在產品質量相同條件下，其價格是我公司相同產品3～5倍。因此，與國外競爭者相比，我們研制的產品具有明顯的價格優(yōu)勢。當然，隨著我國改革的進一步深入和厚膜技術的不斷進步，國內競爭者的綜合實力將會不斷提高、外國厚膜電路板企業(yè)不會放棄中國市場，這將導致市場競爭會越來越激烈，所以，我們將不斷完善企業(yè)內部管理，提高管理水平和技術水平，使我公司的厚膜型MCH電加熱元件產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有限公司副總經理，畢業(yè)于中央黨校，高級工程師，長期致力于厚膜電路相關產品的開發(fā)和研制。

1674- 4578(2017)03- 0067- 02

TM452.05,TN312.8

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