厚膜加热元件和制造方法技术

厚膜加热元件包括金属基底(2)、绝缘层(3)和使用厚膜制造工艺形成在绝缘层上的导电迹线(5)和接触焊盘(4)。基底(2)可以包括由不同的金属材料构成的多个层(2a、2b、2c)，例如在由钢制成的两个层(2a、2c)之间的铜层(2b)。这可以提供具有良好导热性和与绝缘层(3)的材料相兼容的热膨胀系数的基底。使用诸如冷轧结合之类的轧制过程将这些层结合在一起。类的轧制过程将这些层结合在一起。类的轧制过程将这些层结合在一起。

【技术实现步骤摘要】
厚膜加热元件和制造方法


[0001]本专利技术涉及一种厚膜加热元件及其制造方法。

技术介绍

[0002]厚膜加热元件通常包括一个或更多个加热迹线(heating tracks)，这些加热迹线被作为油墨或膏体被丝网印刷(screen printed)到绝缘基底上并且被烧制(fired)以形成高电阻率的迹线。连接迹线或焊盘可以利用不同类型的油墨或膏体被印刷在分开的层中，并被烧制以形成低电阻率的连接迹线和焊盘。
[0003]绝缘基底可以是诸如陶瓷的电绝缘材料，或者可以是带有绝缘表面层的金属。带有金属基底的厚膜加热元件通常通过将电绝缘层施加到金属基底上并随后将加热器迹线形成到所述绝缘层的表面上被制造而成。绝缘层可以是使用丝网印刷技术或更传统的玻璃搪瓷工艺所施加的玻璃或陶瓷材料。金属基底最常见的是不锈钢。绝缘材料、加热器迹线和焊盘的烧制温度和其他特性必须与金属的特性相兼容。
[0004]厚膜技术的更多细节例如在Kasap S.，Capper P.(eds)Springer Handbook of Electronics and Photonic Materials中的White N.(2017)Thick Films第707
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709和712页中被描述。厚膜膏体可以包括活性材料、玻璃料(glass frit)和有机承载物或载体。玻璃料在烧制后保留下来并形成厚膜电阻器的结构的一部分。因此，“厚膜”是指具有特征性结构和属性的特定类型的电阻器，而不仅仅是对当通过特定工艺被制造时的产品的比较性(comparative)术语或指代。
[0005]厚膜加热元件具有包括水壶和烹饪装置在内的许多应用，在这些应用中，理想的是，增加加热元件的功率密度以减小加热元件的尺寸并潜在地减小成本，或降低由器具产生的噪音，或者提供非常均匀的热量。在诸如烹饪机器的一些应用中，期望的是加热表面的温度是均匀的。热点会可能会导致被正在被加热的材料的过热。限制实现这些目标的能力的特征之一是在上面制造许多厚膜加热元件的基底的材料。不锈钢具有相对较低的热传导系数；对于440钢，该热传导系数是24.2W/mK。具有低热导率的基底将不会在侧向上大量地传导热量，从而导致迹线位置处的高温度和迹线之间的低温度。该问题的解决方案是提供通过钎焊(brazing)附接到钢基底的扩散板，如GB
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2547148中所述的那样。然而，钎焊两种不同的金属并不容易，并且钎焊温度必须与绝缘层和迹线的烧制温度相兼容。
[0006]使用不锈钢是因为不锈钢提供了耐用、耐腐蚀的表面，该表面可以根据应用被抛光或进行纹理化。不锈钢对于用在水壶、热水器、炊具和熨斗中的加热元件是非常适用的。
[0007]基底材料的热膨胀系数也很重要。理想的是，基底的膨胀系数比绝缘材料和加热器迹线材料的膨胀系数稍大，以便在烧制后加热器冷却时，绝缘材料和迹线受到该绝缘材料和迹线能够承受的与拉伸应力不同的压缩应力。材料将因热膨胀而承受拉伸应力的温度在所述加热元件的正常工作温度以上。
[0008]不锈钢并且特别是铁素体钢或马氏体钢(ferritic or martensitic steels)具有大约10
×
10
‑6/K的膨胀系数。玻璃的膨胀系数约为8.5
×
10
‑6/K。铜的系数为17
×
10
‑6/K，
这使得铜与加热元件材料不相兼容。

技术实现思路

[0009]根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于厚膜加热元件的复合或层压金属基底，该基底包括通过轧制过程结合或固定在一起的两层或更多层。
[0010]所述层中的一层或多层可以提供外表面所需的特性，并且一层或多层可以提供增加的热传导。本专利技术的这个方面可以提供具有良好的导热性和与绝缘材料相兼容的热膨胀系数的基底。
[0011]在构成加热元件的各个层(特别是绝缘层和层压基底)之间的热膨胀系数的差异可以在烧制过程之后元件冷却时导致基底的变形(distortion)或弯曲。绝缘层将位于元件的凸起侧。通过使基底的两个外层具有不相等的厚度和/或使所述外层由不同的材料构成，可以减少或消除这种影响。可以选择厚度和/或材料，使得变形或弯曲反转，从而使得绝缘层位于加热元件的凹入侧。
[0012]当基底较薄时，对提供具有良好热传导的层的需要增加。例如，可能期望制造柔性的厚膜加热元件。GB
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2576895中描述了一种这样的制造薄柔性加热元件的方法，其中介电层形成在基底的相反表面上以平衡基底的表面上的压缩力。该方法也可以应用于本专利技术的实施例，特别是那些具有例如厚度低于0.5mm的薄基底的实施例。
[0013]具有非常低的膨胀系数的合金可以用在金属基底的构造中。这些材料包括铁/镍合金和铁/镍/钴合金。应该注意的是，这些合金本身可以用作基底，而不是作为复合物的一部分，并且这些合金可以用于实现变形很小或没有变形的成品加热元件，尤其是当基底很薄时，例如0.5mm以下。
[0014]在用于厚膜加热元件的金属基底中使用上述合金被认为是独立地具有创造性的。因此，根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于厚膜加热元件的金属基底，该金属基底包括铁/镍合金或铁/镍/钴合金。
附图说明
[0015]下面仅以举例的方式，结合附图对本专利技术的具体实施例进行说明，其中：
[0016]图1是本专利技术的第一实施例中的厚膜加热元件的立体图；
[0017]图2是第一实施例中的厚膜加热元件的分解立体图；
[0018]图3是第一实施例中的厚膜加热元件的横截面；
[0019]图4示出了用于第一实施例中的厚膜加热元件的结合过程(bonding process)；
[0020]图5是所述结合过程的流程图；以及
[0021]图6是第二实施例中的厚膜加热元件的横截面。
具体实施方式
[0022]图1
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3示出了厚膜加热元件1，该厚膜加热元件包括由三个层2a、2b、2c构成的基底2，该基底2具有带有搪瓷(enamel)的绝缘层3。外层2a、2c可以由诸如铁素体不锈钢(ferritic stainless steel)的钢制成。中间层2b可以由铜制成。
[0023]外层2a、2c可以具有在中间层2b的厚度的大约一半与等于中间层2b的厚度之间的
范围内的厚度。对于一些应用来说，中间层2b的厚度可以在1mm和2mm之间，但是在要求厚膜加热元件1是柔性的情况下，层2a、2b、2c的总厚度可以在0.1mm
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0.2mm的范围内，例如0.15mm，且每层厚度相等，例如为0.05mm。
[0024]在基底2的制造方法中，层2a、2b、2c可以通过多种方法中的任一种(例如，焊接、铆接或钎焊)被结合在一起。诸如用于制造恒温双金属的热轧或冷轧方法非常适合于这种应用，并且可以作为替代被使用。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制造厚膜加热元件的方法，所述厚膜加热元件具有金属基底，所述金属基底包括各自不同的两层或更多层金属或金属合金，所述方法包括：通过使用轧制过程将所述层结合在一起以形成所述金属基底；在所述基底的至少一个表面上形成介电层或绝缘层；和在所述介电层或绝缘层上形成一个或多个厚膜加热迹线。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述轧制过程包括冷轧结合。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述层中的至少一层具有与所述层中的另一层不同的热传导系数。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基底包括至少三个所述层。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述层中的中间一层具有比所述层中的外层更高的热传导系数。6.根据权利要求4所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历克斯，
申请(专利权)人：翱泰温控器惠州有限公司，
类型：发明
国别省市：