一种加热器及其制备方法技术

一种加热器及其制备方法。加热器包括：热解氮化硼衬底(1)以及依次层叠设置在衬底(1)的表面的导电层(2)和绝缘层(3)，其中所述导电层(2)包括掺杂有碳化硼的热解石墨，所述碳化硼的质量为新的导电层的0.1％～50％。本发明专利技术实施方式通过在加热器中设置新的导电层，新的导电层的膨胀系数与绝缘层和衬底的膨胀系数相差较小，不容易出现分层现象。并且，新的导电层的电阻不会随着温度的升高出现大幅度波动的现象，使得加热效果好。相比于现有技术，解决了热解石墨导电涂层的电阻率负温特性，减小了现有技术中导电涂层与氮化硼衬底的热膨胀系数差，一方面可以简化加热器的控温程序，另一方面可以解决了导电涂层的分层问题。

A kind of heater and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种加热器及其制备方法
本专利技术涉及材料
，尤其是一种加热器及其制备方法。
技术介绍
目前工业生产方面经常会用到一些加热元件给原料加热，在太阳能薄膜电池制造方面、OLED柔性显示面板以及一些薄膜材料或者产品的生产制作更是离不开各种各样的加热元件，而不同行业对于加热元件也有着特殊的要求，比如在制作太阳能薄膜电池和OLED柔性面板这种真空蒸镀工艺中，因为是在高真空环境下生产制作，所以对于加热元件的要求更是极为严苛，为了确保蒸镀材料的均匀扩散以及避免局部温度过高影响装料容器的使用寿命，要求加热元件本身均温性好；为了保证加热元件的使用安全，避免因为连电短路导致的生产事故。要求加热元件高温下变形量小，而且还要给加热元件和设备之间设置绝缘部分；由于蒸镀的材料经常会有腐蚀性物质，而且有些蒸镀工艺也要求在蒸镀结束后通入一定量氧气，用于蒸镀薄膜的特殊处理，所以为了保证加热元件使用寿命，制作加热元件的材料需要有着优良的耐腐蚀性以及抗氧化能力；由于蒸镀工艺多要求高真空以及高洁净度环境，所以对加热元件在高真空下的气体释放量和杂质释放量都有着严格的要求。目前工业化生产中多采用金属钽、钨等材料制作丝状加热元件，但是这种金属丝加热元件无法有效的规避上述问题，最终导致了此类产品良率低，工业化成本居高不下。为解决上述问题，现有技术采用如下的解决方法：现有技术中有一种陶瓷加热元件，该种加热元件采用CVD法制作，以热解氮化硼为基底，热解石墨(PG)为导电陶瓷涂层，外面覆盖一层热解氮化硼为绝缘层，上述材料的纯度均可高达99.999％，高温下热膨系数小，气体释放量少，而且为一体结构，充分的避免的以上述的问题。但是该方法本身存在如下缺陷：(1)存在一些局限性，该种加热器所采用热解石墨导电陶瓷，其电阻温度依赖性高，电阻随着温度的升高会出现大幅度的下降，导致该种陶瓷加热元件对于设备的电源要求较高，而且也需要设定固定的升温程序来控制加热元件的升温，以保证蒸镀工艺的实现。(2)现有技术中，加热器的导电层为热解石墨层，这种加热器需要三次CVD沉积才能制备成功，而且热解石墨层与热解氮化硼层高温下热膨胀系数相差一倍，在降温时极易出现分层的情况，目前只能依靠延长降温时间或者减薄热解石墨的涂层来减弱这种分层情况，从而整条线的生产良率极低。以上种种导致了此种加热器成本远高于钽、钨等金属加热丝的成本，厂家在考虑综合成本的情况下，大多数不愿意采用此种陶瓷加热元件，所以蒸镀行业目前采用的加热元件大多数仍然为金属加热元件。
技术实现思路
(一)专利技术目的本专利技术的目的是提供一种加热器及其制备方法，通过在加热器中设置新的导电层，新的导电层包括掺杂有碳化硼的热解石墨，该碳化硼的质量为导电层的0.1％～50％。通过设置新的导电层，新的导电层的膨胀系数与绝缘层和衬底的导电系数相差较小，不容易出现分层现象。并且，新的导电层的电阻不会随着温度的升高出现大幅度下降的现象，使得加热效果好。(二)技术方案为解决上述问题，本专利技术的第一方面提供了一种加热器，包括热解氮化硼衬底以及依次层叠设置在热解氮化硼衬底的表面的导电层和绝缘层，其中所述导电层包括掺杂有碳化硼的热解石墨，所述碳化硼的质量为导电层的0.1％～50％。进一步地，其特征在于，热解氮化硼衬底层与所述导电陶瓷材料层接触的表面的粗糙度为1～8μm。进一步地，所述热解氮化硼衬底的厚度为0.5-5mm；和/或，所述导电陶瓷材料层厚度为5-200μm；和/或，所述热解氮化硼层的厚度为0.03-1mm。进一步地，导电陶瓷材料层与所述热解氮化硼层接触的表面还设置有导电纹路，所述导电纹路是通过喷砂雕刻的方式制作的；或者，所述隔离区是通过机械加工方式制作。根据本专利技术的另一个方面，还提供一种加热器的制备方法，包括：在沉积室内通入BCl3、CH4和N2气体，在所述热解氮化硼衬底层的表面沉积形成所述导电层；在所述导电层表面雕刻隔离区；在所述导电材料层表面沉积绝缘层。进一步地，BCl3、CH4和N2的体积比为：(0.1-10)：(0.1-10)：8。进一步地，加热室的真空度为10-800Pa，温度900-2300℃，并保温0.1-100h。进一步地，热解氮化硼衬底通过以下方法制备：在容纳有沉积模具的加热室内通入BCl3、NH3和N2的混合气；保持加热室温度在1200～1600℃，通入混合气体的时间为5-10h；将加热室温度升高至1700℃～2200℃，并保持2-15h；降温至室温。进一步地，在降温至室温后，还包括：控制所述热解氮化硼衬底层旋转的转速为0.5-50r/min；采用莫氏硬度为3-9，目数30-500的砂粒对所述热解氮化硼的表面喷砂处理；喷砂的压力为0.1-5MPa，喷砂距离为1-500mm。进一步地，在所述导电材料层表面沉积绝缘层的步骤包括：在容纳有导电层的加热室内通入BCl3、NH3和N2气体，所述加热室的真空度为100-500Pa，温度为1350-2000℃；和/或,BCl3：NH3的体积比为(0.1-10)：1。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：本专利技术实施方式提供的通过在加热器中设置新的导电层，新的导电层包括掺杂有碳化硼的热解石墨，该热碳化硼的质量为导电层的0.1％～50％。通过设置新的导电层，新的导电层的膨胀系数与绝缘层和衬底的导电系数相差较小，不容易出现分层现象。并且，新的导电层的电阻不会随着温度的升高出现大幅度下降的现象，使得加热效果好。相比于现有技术，解决了现有技术中导电层仅仅由热解石墨制成，导致导电层的电阻率负温特性，减小了现有技术中导电涂层与氮化硼衬底的热膨胀系数差，一方面可以简化加热器的控温程序，另一方面可以解决了导电涂层的分层问题。附图说明图1是根据本专利技术第一实施方式的加热器的结构示意图；图2是根据本专利技术第二实施方式的不同温度下导电层的电阻率与碳化硼的质量的关系图；图3是根据本专利技术第三实施方式的加热器的制备方法流程示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。图1是根据本专利技术第一实施方式的加热器的结构示意图。如图1所示，该加热器包括衬底1和依次层叠设置在衬底1的表面的导电层2和绝缘层3。其中衬底1可以是热解氮化硼衬底。绝缘层3可以是热解氮化硼绝缘层。其中，导电层2包括掺杂有碳化硼的热解石墨，碳化硼的质量为导电层的0.1％～50％。为了简化后续的表述，本申请下文中以碳化硼的质量占导电层的质量百分比简称为碳化硼的占比。下表1为本申请中碳化硼的占比与导电层的热膨胀系数的关系。表1通过表1可知，当导电层全部使用热解石墨时，导电层与衬底会本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加热器，其特征在于，包括热解氮化硼衬底(1)以及依次层叠设置在衬底(1)的表面的导电层(2)和绝缘层(3)，其中所述导电层(2)包括掺杂有碳化硼的热解石墨，所述碳化硼的质量为所述导电层的0.1％～50％。/n

【技术特征摘要】
1.一种加热器，其特征在于，包括热解氮化硼衬底(1)以及依次层叠设置在衬底(1)的表面的导电层(2)和绝缘层(3)，其中所述导电层(2)包括掺杂有碳化硼的热解石墨，所述碳化硼的质量为所述导电层的0.1％～50％。


2.根据权利要求1所述的加热器，其特征在于，
所述衬底(1)与所述导电层(2)接触的表面的粗糙度为1～8μm。


3.根据权利要求1所述的加热器，其特征在于，
所述衬底(1)的厚度为0.5-5mm；和/或，
所述导电层厚度(2)为5-200μm；和/或，
所述绝缘层(3)的厚度为0.03-1mm。


4.根据权利要求1-3任一项所述的加热器，其特征在于，所述导电层(2)与所述绝缘层(3)接触的表面还设置有隔离区，所述隔离区是通过喷砂雕刻的方式制作；或者，所述隔离区是通过机械加工方式制作。


5.一种如权利要求1-4任一项所述的加热器的制备方法，其特征在于，包括：
在沉积室内通入BCl3、CH4和N2气体，在所述衬底的表面沉积形成所述导电层；
在所述导电层表面雕刻隔离区；
在所述导电层表面沉积绝缘层。


6.根据权利要求5所述的加热器的制备方法，其特征在于，所述BCl3、CH4和N2...

【专利技术属性】
技术研发人员：何军舫，
申请(专利权)人：博宇天津半导体材料有限公司，博宇朝阳半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12