Eingangsinspektion
Alle Rohstoffe werden nach ihrem Eingang auf ihre physische und elektrische Qualität hin inspiziert. Es wird dann eine spezifische Kennzahl zugeordnet, mit der die Charge nachverfolgt werden kann.
Rohstoffmischung
Die NTC-Thermistorenherstellung beginnt mit der präzisen Vermischung der Rohstoffe in eine organische Bindemittellösung. Bei diesen Rohstoffen handelt es sich um Übergangsmetalloxide wie Mangan-, Nickel-, Kobalt- und Kupferoxide in Pulverform. Der Mischung werden außerdem noch andere stabilisierende Substanzen hinzugefügt. Die Oxide und Bindemittel werden in einem als Kugelmahlen bezeichneten Nassverfahren miteinander kombiniert. Während des Kugelmahlverfahrens werden die Materialien vermischt. Dabei wird die Partikelgröße der pulverförmigen Oxide verringert. Die einsatzfähige homogene Mischung hat die Konsistenz von dickem Schlamm. Die exakte Zusammensetzung der verschiedenen Metalloxide und stabilisierenden Substanzen bestimmt über die Widerstands-Temperatur-Eigenschaften und den Widerstand des gebrannten Keramikelements.
Folienguß
Der „Schlamm“ wird mithilfe eines Rakelverfahrens auf eine sich bewegende Kunststoffträgerscheibe verteilt. Die Materialdicke wird durch die Anpassung der Rakelhöhe über der Kunststoffträgerscheibe, die Geschwindigkeit der Trägerscheibe und die Anpassung der Schlammviskosität genauestens gesteuert. Die Trocknung des Gussmaterials erfolgt auf einem flachen Gussband, das bei hohen Temperaturen durch einen langen Tunnel läuft. Die dadurch erzeugte „grüne“ Folie ist duktil und leicht formbar. Die Folie durchläuft danach eine Qualitätskontrolle und -analyse. Die Thermistorenfolie wird in verschiedener Dicke gegossen, die je nach Komponentenspezifikation von 0,001 Zoll bis zu über 0,100 Zoll reichen kann.
Scheibenherstellung
Die Gussfolie kann jetzt in Scheiben geformt werden. Für dünnes Material wird die Folie einfach in kleine Quadrate geschnitten. Für dickere Scheiben wird die Folie in Quadrate geschnitten, die danach übereinander gelegt werden. Die übereinander gelegten Scheiben werden danach durch Laminierung zusammengefügt. Auf diese Weise können wir Scheiben in praktisch jeder Dicke herstellen. Zur Sicherung einer hohen Einheitlichkeit und Qualität durchlaufen die Scheiben danach zusätzliche Qualitätsprüfungen. Im Anschluss werden die Scheiben einem Bindemittel-Ausbrennzyklus ausgesetzt. Mithilfe dieses Verfahrens werden die meisten organischen Bindemittel von der Scheibe entfernt. Während des Bindemittel-Ausbrennzyklus werden sowohl die Zeit als auch die Temperatur genauestens gesteuert, um schädliche physikalische Belastungen der Thermistorenscheiben zu verhindern.
Sinterprozess
Die Scheiben werden in einer oxidierenden Umgebung auf sehr hohe Temperaturen erhitzt. Die Oxide reagieren bei diesen hohen Temperaturen miteinander. Dadurch verschmelzen sie miteinander und bilden eine Spinellkeramikmatrix. Durch das Sintern verdichtet sich das Material auf ein vorher festgelegtes Maß und die Korngrenzen der Keramik können sich ausbreiten. Während des Sinterprozesses muss ein präzises Temperaturprofil eingehalten werden, um Scheibenbrüche zu vermeiden und Keramikprodukte zu erzeugen, aus denen Komponenten mit einheitlichen elektrischen Eigenschaften hergestellt werden können. Nach dem Sintern durchlaufen die Scheiben erneut eine Qualitätsprüfung. Dabei werden ihre elektrischen und physikalischen Eigenschaften dokumentiert.
Elektrode
Der Ohmsche Kontakt zur Keramikscheibe wird über Dickfilmelektrodenmaterial hergestellt. In der Regel handelt es sich dabei je nach Anwendung um Silber, Palladium-Silber, Gold oder Platin. Das Elektrodenmaterial besteht aus einer Mischung aus Metall, Glas und verschiedenen Lösungsmitteln. Es wird mittels Siebdruck, Sprühen oder Aufbürsten auf den beiden gegenüberliegenden Seiten der Scheibe oder des Chips aufgetragen. Das Elektrodenmaterial wird in einem Dickfilmdurchlaufofen auf die Keramik aufgebrannt. Auf diese Weise entsteht zwischen der Keramik und der Elektrode sowohl eine elektrische als auch eine mechanische Verbindung. Die Eigenschaften der metallisierten Scheiben werden dann geprüft und dokumentiert. Eine präzise Steuerung während des Elektrodenverfahrens sichert die außergewöhnlich lange Zuverlässigkeit der aus den Scheiben hergestellten Komponenten.
Würfel
Die mit Elektroden versehenen Thermistorenscheiben werden mithilfe von Hochgeschwindigkeits-Halbleitertrennsägen in kleine Chips zerteilt. Die Sägen verfügen über Diamantsägeblätter und können eine hohe Anzahl von äußerst einheitlichen Würfeln erzeugen. Die Größe der dabei entstehenden Thermistorchips reicht von 0,010 Quadratzoll bis zu über 1,000 Quadratzoll. Die Varianz in der Chipgröße innerhalb einer Gruppe von gewürfelten Thermistorchips ist nahezu unmessbar. Eine typische Thermistorscheibe kann Tausende von Thermistorchips ergeben. Nach dem Würfeln werden die Chips gereinigt und auf dimensionale und elektrische Eigenschaften geprüft. Die elektrische Prüfung umfasst den Nachweis des Nennwiderstandswertes, der Widerstands-Temperatur-Kennlinie, der Produktionsausbeute und die Bestimmung der Chargenzulässigkeit für die gegebene Anwendung. Widerstands- und Widerstands-Temperatur-Kennlinien werden mit Präzisions-Temperaturbädern gemessen, die auf 0,001 °C genau gesteuert werden. Alle Prüfgeräte der U.S. Sensor Corp.®, die 2017 von Littelfuse übernommen wurde, werden regelmäßig kalibriert und sind rückführbar auf N.I.S.T. Darüber hinaus hält Littelfuse primäre Temperatur- und Widerstandsnormen ein.
Widerstandstest
Alle Thermistoren werden auf den richtigen Widerstandswert geprüft, normalerweise 25 °C. Die Chips werden normalerweise automatisch getestet, können aber auch in Abhängigkeit von der produzierten Menge und Spezifikation manuell getestet werden. Die automatischen Chip-Handler sind mit Widerstandsprüfgeräten und Computern verbunden, die vom Bediener programmiert werden, um die Chips in Abhängigkeit von ihrem Widerstandswert in verschiedene Behälter zu legen. Jeder automatische Chip-Handler ist in der Lage, bis zu 9.000 Teile pro Stunde mit außerordentlicher Genauigkeit zu prüfen. Zusätzlich zu den Chipsortierern hat Littelfuse mehrere automatische bedrahtete Bauteilhandler, die in der Lage sind, die fertigen Thermistoren in bis zu elf Behälter zu sortieren. Die automatischen Sortierer führen zu einer höheren Produktqualität sowie zu kürzeren Vorlaufzeiten und niedrigeren Kosten.
Zuleitungsdrahtbefestigung
In einigen Fällen werden die Thermistoren in Chipform verkauft und erfordern keine Zuleitungsdrähte, in den meisten Fällen werden jedoch Zuleitungsdrähte benötigt. Die Thermistorchips werden entweder durch Löten oder durch Druckkontakt in einem Diodengehäuse an den Zuleitungsdrähten befestigt. Beim Lötprozess werden die Thermistorchips auf Leiterrahmen geladen, die mittels Federspannung der Drähte den Chip während des Lötprozesses halten. Die Baugruppe wird dann in einen schmelzflüssigen Löttopf getaucht und entnommen. Tauchgeschwindigkeiten und Verweilzeiten werden präzise gesteuert, um zu vermeiden, dass der Thermistor einem übermäßigen Temperaturschock ausgesetzt wird. Spezielle Flussmittel werden ebenfalls verwendet, um die Lötleistung zu verbessern, ohne den Thermistorchip zu beschädigen. Das Lot haftet an der Chip-Elektrode und dem Zuleitungsdraht und sorgt so für eine feste Verbindung des Drahtes mit dem Chip. Bei für den Diodentyp „DO-35” gepackten Thermistoren wird der Thermistorchip axial zwischen zwei Zuleitungen gehalten. Eine Glashülse wird um die Baugruppe gelegt und die Baugruppe auf eine erhöhte Temperatur erhitzt, bei der die Glashülse um den Thermistorchip schmilzt und die Zuleitungsdrähte abdichtet. Wie beim Diodenbau sorgt der Druck, den das Glas auf die Baugruppe ausübt, für den notwendigen Kontakt zwischen den Zuleitungsdrähten und dem Thermistorchip.
Die bei Thermistoren verwendeten Zuleitungsdrähte sind üblicherweise aus Kupfer, Nickel oder einer Legierung und werden in der Regel mit Zinn oder Lot beschichtet. Bei bestimmten Anwendungen, bei denen der Thermistor vom Zuleitungsdraht thermisch isoliert werden muss, kann niedrig wärmeleitendes Zuleitungsdraht-Legierungsmaterial verwendet werden. Dadurch kann der Thermistor in den meisten Anwendungen schneller auf Temperaturänderungen reagieren. Nach der Befestigung wird die Verbindung zwischen dem Zuleitungsdraht und dem Chip geprüft. Eine starke Lötanschlussstelle hilft, die langfristige Zuverlässigkeit des fertigen Thermistors zu gewährleisten.
Verkapselung
Um den Thermistor vor der Betriebsatmosphäre, Feuchtigkeit, chemischen Angriffen und Kontaktkorrosion zu schützen, wird der bedrahtete Thermistor häufig mit einem konformen Schutzüberzug versehen. Das Verkapselungsmaterial ist in der Regel ein hochwärmeleitfähiges Epoxidharz. Weitere Verkapselungsmaterialien sind Silikon, Keramikzement, Lack, Urethan und Schrumpfschläuche. Das Verkapselungsmaterial trägt auch dazu bei, eine gute mechanische Integrität des Gerätes zu gewährleisten. Das thermische Verhalten des Thermistors wird bei der Wahl des Verkapselungsmaterials berücksichtigt. Bei Anwendungen, bei denen schnelles thermisches Ansprechverhalten unerlässlich ist, wird eine dünne Schicht eines hochwärmeleitenden Verkapselungsmaterials eingesetzt. Wo der Umweltschutz wichtiger ist, kann ein anderes Verkapselungsmaterial gewählt werden. Verkapselungsmittel wie Epoxid, Silikon, keramischer Zement, Lack und Urethan werden normalerweise im Tauchverfahren aufgetragen und das Material wird entweder bei Raumtemperatur ausgehärtet oder bei erhöhter Temperatur in den Ofen gestellt. Präzise Zeit-, Temperatur- und Viskositätskontrollen werden während des gesamten Prozesses eingesetzt, um sicherzustellen, dass keine Nadellöcher oder anderen Verformungen entstehen.
Anschluss
Thermistoren werden häufig mit Klemmen an den Enden der Zuleitungsdrähte geliefert. Vor dem Anbringen der Klemmen wird die Isolierung der Zuleitungsdrähte entsprechend der vorgegebenen Klemme abisoliert. Diese Klemmen werden mit speziell gefertigten Applikationsmaschinen an den Zuleitungsdrähten befestigt. Anschließend können die Klemmen vor dem Versand an den Kunden in Kunststoff- oder Metallgehäuse eingesetzt werden.
Sondenmontage
Zum Umweltschutz oder für mechanische Zwecke werden Thermistoren oft in Sondengehäuse eingegossen. Diese Gehäuse können aus Materialien wie Epoxid, Vinyl, Edelstahl, Aluminium, Messing und Kunststoff hergestellt werden. Das Gehäuse dient nicht nur der mechanischen Befestigung des Thermistorelements, sondern schützt es auch vor der Umgebung, der es ausgesetzt sein wird. Die richtige Auswahl von Zuleitungsdraht, Zuleitungsisolationsmaterial und Vergussmaterial führt zu einer einwandfreien Abdichtung zwischen dem Thermistor und der Außenumgebung.
Kennzeichnung
Der fertige Thermistor kann zur einfachen Identifizierung gekennzeichnet werden. Dies kann so einfach wie ein Farbpunkt oder komplexer wie ein Datumscode und eine Teilenummer sein. Bei bestimmten Anwendungen kann dem Beschichtungsmaterial auf einem Thermistorkörper Farbstoff zugesetzt werden, um eine spezifizierte Farbe zu erhalten. Ein Farbpunkt wird einem Thermistorkörper typischerweise durch ein Dippverfahren hinzugefügt. Markierungen, die alphanumerische Zeichen erfordern, werden mit einer Markiermaschine erstellt. Diese Maschine markiert das Teil einfach mit einer Permanenttinte. Die Tinte wird bei erhöhter Temperatur ausgehärtet.
Endkontrolle
Alle fertiggestellten Aufträge werden auf physische und elektrische Fehler auf „Null-Fehler-Basis” geprüft. Alle Parameter werden vor dem Versand des Produktes geprüft und dokumentiert.
Verpackung und Versand
Alle Thermistoren und Baugruppen werden sorgfältig verpackt und mit einem Barcode-Etikett versehen, das mindestens die folgenden Informationen enthält:
- Littelfuse Teilenummer
- Teilenummer des Kunden
- Bestellnummer des Kunden
- Versanddatum
- Menge
- Littelfuse Kundenauftragsnummer