厚膜型MCH电加热元件制造工艺研究

谷云峰，高红梅

(四平市吉华高新技术有限公司，吉林 四平 136001)

厚膜型MCH电加热元件制造工艺研究

谷云峰，高红梅

(四平市吉华高新技术有限公司，吉林 四平 136001)

系统阐述了厚膜型MCH电加热用厚膜电路的设计与制造工艺，通过对厚膜微电子工艺所应用材料特性的研究、固化烧结温度的影响、产品耐压能力及过载能力测试等实验结果进行全面分析后获得一种新颖的厚膜型MCH电加热元件产品。该产品具有温度均匀恒定、TCR小、热效率高好、环保节能、安全可靠等特性，广泛应用于医疗器械、工业控制、消费电子等领域。

厚膜；MCH电加热元件；制造工艺

1 开发背景

随着时代进步，人们对产品和环境的追求更加极致。在目前的电子市场上，陶瓷发热元器件将是人们共同需求的产品。MCH陶瓷加热用厚膜电路主要是替代现在使用最广泛的合金丝电热元件和PTC电热元件及组件。目前我们研发的厚膜型MCH电加热厚膜电路已经广泛应用在电暖器、直发器、电热水杯、超声波仪器、精密仪器、烘手机、即热式热水器、多功能微波炉、烘箱等家电和模具加热、熔锡炉加热、注塑机等工业设备电器。

MCH是Metal Ceramics Heater的缩写，是指将金属(现在多用钨浆料)发热层印刷在陶瓷基层上，然后在1600℃以上共同烧结而成的陶瓷发热体，具有耐腐蚀、耐高温、寿命长、高效节能、温度均匀、导热性能良好、热补偿速度快等优点，而且不含铅、镉、汞、六价铬、多溴联苯、多溴二苯醚等有害物质，符合欧盟RoHS等环保要求。

MCH在通电工作时，温度能够在30秒钟内上升到800 ℃。基于MCH的优异性能，它被广泛应用于医疗器械、机械以及电子工业领域。同时，MCH还具有在工作时无噪音、不含有害物质的优点，在工作时放射对人体有益的红外线，是一种符合环保的新型电热元件。

我们公司具有整套的厚膜电阻生产和检测设备，在此基础上我公司进行了厚膜型MCH电加热元件的研制与生产，经过一段时间的试制生产，总结出了一套高质高效的厚膜型MCH电加热元件的生产制作工艺，适应市场需要，可以指导生产制作。

2 设计创新点

厚膜型MCH电加热元件是利用微电子设计和制造工艺，采用性能优异的电子浆料和精密陶瓷基板或SUS430不锈钢基板，并结合先进的丝网印刷、隧道炉烧结以及精密激光调阻等制造方法，批量生产出的产品具有温度均匀恒定、TCR小、热效率高、环保节能、安全可靠等特性。该产品通过对厚膜微电子工艺所应用的原材料微观机理的分析、材料特性的研究、固化烧结温度的影响、产品可、耐焊性评价、耐压能力及过载能力测试等实验结果进行全面分析后获得一种新颖的厚膜型MCH电加热元件产品，该产品利用优异的厚膜电子材料，结合先进微电子浆料和基片材料，使用CAD/EDA软件设计优化，通过厚膜生产技术及工艺参数研制工艺先进。

该产品的创新点在于：

1)MCH电加热元件关键材料使用钌酸盐系高稳定性电阻材料制备功能电热功能层，所制备的MCH电加热元件具有热分布均匀、温度系数小、电热元件温度均匀恒定、功率耗散小、热效率高等特点。

2)MCH电加热元件采用先进的厚膜型精密激光调阻工艺制备而得，所制备的MCH电加热元件电阻精度可以提高到0.5%或以上，在实际应用中，电加热元件的发热温度更均匀、一致。

3)利用厚膜微电子设计工艺，拓展了MCH电加热元件的辅助功能，所制备的MCH电加热元件可以附加电热控制系统提供辅助信号取样或控制模块电路等功能，进一步优化了发热板电路结构，提高了电路元件的组装密度和可靠性，通过该仿真设计技术便于形成一体化、集成式MCH电加热元件。

3 技术指标

1)载体材料：含AL2O3 96%以上的陶瓷基板；

2)焊盘膜厚度：14～20 μm；

3)电阻功率：max≥1 W；

4)TCR：≤100 ppm/℃；

5)耐压能力(电气强度)：≥1 500VDC；

6)泄漏电流：≤5 mA；

7)功率衰减率：≤10%(100 h)；

8)焊盘附着力：≥45 N；

9)绝缘电阻：≥1 000 MΩ(100 V/DC 1.0 min)。

4 试制过程

4.1 材料准备

厚膜型MCH电加热元件的材料主要包括：载体材料、电极材料、电阻材料和保护层材料，其中决定产品功能的电阻材料最为重要，通过以往制作其它厚膜产品的经验，经过多次实验最终确定以下材料：

1)载体材料，选择适合我公司规模化生产的AL2O3陶瓷基板，该材料具有良好绝缘性、导热性、物理强度，是厚膜产品加工中成熟的载体材料之一。

2)电极浆料，选择合适的银/钯/铂比例和配方，该材料具有良好的导电性、可焊性、电阻率、附着力、流变性和触变性。

3)电阻材料，选用含有玻璃成分的氧化钌系列电阻浆料，该浆料阻值稳定性和阻值一致性高，TCR小，温度漂移较小，在实际使用可以达到良好的阻值稳定性。

4)保护层浆料，选用主要成分为玻璃的保护层浆料，绝缘性能好，对电极层起到很好的保护作用。

4.2 制作流程

经过对国内外同类产品进行分析，结合原来厚膜片式元件的生产经验，总结出厚膜型MCH电加热用厚膜电路的生产工艺，其流程如下：

制网→电极层印刷→烘干→电极层烧结→电阻层印刷→烘干→电阻层烧结→保护层印刷→烘干→保护层烧结→激光调阻→阻值测试→包装。

4.3 产品特性检测

在样品制作好后，分别取5块产品按技术指标各项要求进行测试，从结果上看，样品符合设计要求，可以满足市场的需要。

4.4 试制结果

经过产品项目开发人员和相关人员的共同努力，完成了厚膜型MCH电加热元件的开发工作，生产的产品性能达到了设计要求，并制定了切实可行的生产工艺，已可以进行大批量生产。

5 结论

通过我们对厚膜型MCH电加热用厚膜电路的研究试制成功，在此工艺条件下生产出满足市场需要的主品， 该产品具有升温迅速、热效率高、节能、无污染、符合环保要求、使用寿命长，功率衰减量小等优点。目前国外主要竞争者是日本和德国有关企业。经通过对使用我公司厚膜型MCH电加热元件用户了解，日本和德国的同类产品，在产品质量相同条件下，其价格是我公司相同产品3～5倍。因此，与国外竞争者相比，我们研制的产品具有明显的价格优势。当然，随着我国改革的进一步深入和厚膜技术的不断进步，国内竞争者的综合实力将会不断提高、外国厚膜电路板企业不会放弃中国市场，这将导致市场竞争会越来越激烈，所以，我们将不断完善企业内部管理，提高管理水平和技术水平，使我公司的厚膜型MCH电加热元件产品在激烈市场竞争中始终处于不败之地。

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，现任四平市吉华高新技术有限公司副总经理，毕业于中央党校，高级工程师，长期致力于厚膜电路相关产品的开发和研制。

1674- 4578(2017)03- 0067- 02

TM452.05,TN312.8

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