CN105403321A - 一种固体表面接触式高灵敏性温度传感器及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种固体表面接触式高灵敏性温度传感器，包括一金属制成的顶盖、固接于顶盖中部的热敏电阻、电子线材、底座，以及连接顶盖与底座的弹簧；所述热敏电阻包括基片、芯片、两根引线和芯片保护层；所述两根引线与所述芯片两面的芯片电极固接；所述基片为薄膜陶瓷基片，所述芯片设于所述基片的外表面上并与其直接接触；所述芯片保护层为玻璃保护层，其半包围包裹于所述芯片外部；所述热敏电阻的基片固接于所述顶盖的中部；所述两根引线与电子线材均与底座上的金属片焊接。本发明所述的温度传感器与被测固体表面通过面接触感测被测固体的温度，大幅提高温度传感器的响应速度。本发明还提供了上述固体表面接触式高灵敏性温度传感器的制作方法。

Description

一种固体表面接触式高灵敏性温度传感器及其制作方法
技术领域
本发明属于电子元器件领域，尤其涉及一种固体表面接触式高灵敏性温度传感器及其制作方法。
背景技术
由热敏芯片作为核心部件，采取不同封装形式构成的热敏电阻和温度传感器广泛应用于各种温度探测、温度补偿、温度控制电路，其在电路中起到将温度的变量转化成所需的电子信号的核心作用。
随着电子技术的发展，各种电子进一步多功能化和智能化，热敏芯片在各种需要对温度进行探测、控制、补偿等场合的应用日益增加。由于探测温度的灵敏性和高温要求，对温度传感器的反应速度和耐高温提出了越来越高的要求，这便要求温度传感器的热时间常数尽量小和可在高温条件下工作。
请参阅图1，其为现有技术的热敏电阻探头探测固体表面的状态示意图。热敏电阻的芯片被玻璃保护层包裹形成玻璃探头1，由于探头形状大致呈椭圆形，因此其与被测物体的接触只是点接触，或者接触面积极小的面接触，这就导致温度要直接传到探头1只能经过一个点来传递或者先传递给空气再传递到探头1，这将大大影响了温度传感器的反应速度。现有的固体表面温度传感器的热时间常数大多处于2-5s之间，在一些高尖端的产品上根本无法满足其对反应速度的要求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种固体表面接触式高灵敏性温度传感器，其与被测固体表面通过面接触感测被测固体温度，响应速度大幅提高。
本发明所采用的技术方案是：
一种固体表面接触式高灵敏性温度传感器，包括一金属制成的顶盖、固接于顶盖中部的热敏电阻、电子线材、底座，以及连接顶盖与底座的弹簧；所述热敏电阻包括基片、芯片、两根引线和芯片保护层；所述两根引线与所述芯片两面的芯片电极固接；所述基片为薄膜陶瓷基片，所述芯片设于所述基片的外表面上并与其直接接触；所述芯片保护层为玻璃保护层，其半包围包裹于所述芯片外部；所述热敏电阻的基片固接于所述顶盖的中部；所述两根引线与电子线材均与底座上的金属片焊接。
相比于现有技术，本发明所述的固体表面接触式高灵敏性温度传感器采用基于薄膜陶瓷基片的热敏电阻，且其基片固接于顶盖中部，使温度传感器与被测固体表面通过面接触感测被测固体的温度，增大了温度传感器与被测固体表面的接触面积，从而大幅提高温度传感器的响应速度。
进一步地，所述顶盖外边缘处设有钩状帽檐，所述弹簧一端卡套于该钩状帽檐内。所述钩状帽檐的设置，使温度传感器的组装更为便捷，弹簧一端固定于底座上，另一端只需套入顶盖的钩状帽檐内，即可完成底座与顶盖的连接。
作为一较佳的实施方式，所述顶盖中部设有一卡位，所述热敏电阻的基片卡于该卡位内。该实施方式中，所述热敏电阻的基片固定于顶盖中部的卡位内。由于顶盖由金属制成，其传递热的速度非常快，故在感测固体温度时，直接通过顶盖的外表面接触被测固体表面，通过金属顶盖导热，在保证温度传感器与被测固定通过面接触感测温度的同时，金属顶盖对热敏电阻起到良好的保护作用，延长温度传感器的使用寿命。
进一步地，所述热敏电阻的基片卡于顶盖中部的卡位内并通过导热硅脂与顶盖固接。通过导热硅脂填充热敏电阻的薄膜陶瓷基片与顶盖之间的缝隙，避免空气导热，大大提高了导热效率。
作为另一较佳的实施方式，所述顶盖中部开设有一方形通孔，所述热敏电阻的基片带有芯片保护层的一面与顶盖上表面位于所述通孔边缘处固接。该实施方式通过在顶盖中部开设一方形通孔，并将热敏电阻的基片与顶盖的通孔四周边缘处固接，从而实现温度传感器通过热敏电阻的基片与被测固体表面直接面接触感测温度，使温度仅仅需要经过一层薄薄的陶瓷基片即可传递到热敏电阻的芯片，大幅提高温度传感器的反应速度。
本发明还提供一种固体表面接触式高灵敏性温度传感器的制作方法，包括以下步骤：
(1)制作热敏电阻；
(2)加工一中部带有卡位的顶盖；
(3)在热敏电阻的陶瓷基片底面上涂上导热硅脂并插入顶盖中部的卡位内；
(4)将底座上的弹簧套入顶盖的钩状帽檐内；
(5)将热敏电阻的两根引线焊接于底座的金属片上，再将电子线材也焊接于金属片上；
(6)对制得的温度传感器进行性能参数测试。
进一步地，步骤(1)包括以下步骤：
(1a)制作径向玻璃封装热敏电阻；
(1b)将步骤(1a)制得的热敏电阻平放在薄膜陶瓷基片上，高温烧结，使径向玻璃封装热敏电阻上的玻璃保护层融化，从而使芯片与基片接触，而融化的玻璃冷却后形成半包围包裹于所述芯片外部的玻璃保护层。
相比于现有技术，本发明所述的固体表面接触式高灵敏性温度传感器的制作方法，工艺简单，且制得的温度传感器在测温时与被测固体表面面接触，响应速度大幅提高。同时金属顶盖对热敏电阻起到良好的保护作用，大幅提高了温度传感器的使用寿命。
本发明还提供另一种固体表面接触式高灵敏性温度传感器的制作方法，包括以下步骤：
(1)制作热敏电阻；
(2)加工一中部带有方形通孔的顶盖；
(3)在热敏电阻的基片带有玻璃保护层的一面四周涂上粘合剂后固接于顶盖上表面位于所述通孔边缘处，使热敏电阻的玻璃保护层和引线穿过通孔内；
(4)将底座上的弹簧套入顶盖的钩状帽檐内；
(5)将热敏电阻的两根引线焊接于底座的金属片上，再将电子线材也焊接于金属片上；
(6)对制得的温度传感器进行性能参数测试。
进一步地，步骤(1)包括以下步骤：
(1a)制作径向玻璃封装热敏电阻；
(1b)将步骤(1a)制得的热敏电阻平放在薄膜陶瓷基片上，高温烧结，使径向玻璃封装热敏电阻上的玻璃保护层融化，从而使芯片与基片接触，而融化的玻璃冷却后形成半包围包裹于所述芯片外部的玻璃保护层。
相比于现有技术，本发明所述的固体表面接触式高灵敏性温度传感器的制作方法，工艺简单，制得的温度传感器在测温时通过热敏电阻的陶瓷基片与被测固体表面面接触，热时间常数仅为0.5～1.5s，响应速度大幅提高。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1是现有技术的热敏电阻探头探测固体表面的状态示意图
图2是实施例1所述的固体表面接触式高灵敏性温度传感器的结构示意图
图3是实施例1所述的固体表面接触式高灵敏性温度传感器的局部放大示意图
图4是实施例1所述的制作方法中步骤(1a)的示意图
图5是实施例1所述的制作方法中步骤(1b)的示意图
图6是实施例1所述的热敏电阻的结构示意图
图7是实施例1所述的热敏电阻的侧视图
图8是实施例1所述的制作方法中步骤(3)的示意图
图9是实施例1所述的制作方法中步骤(4)的示意图
图10是实施例1所述的制作方法中步骤(5)的示意图
图11是实施例2所述的固体表面接触式高灵敏性温度传感器的结构示意图
图12是实施例2所述的固体表面接触式高灵敏性温度传感器的局部放大示意图
图13是实施例2所述的制作方法中步骤(3)的示意图
图14是实施例2所述的制作方法中步骤(4)的示意图
图15是实施例2所述的制作方法中步骤(5)的示意图
具体实施方式
实施例1
请参阅图2，其为本实施例所述的固体表面接触式高灵敏性温度传感器的结构示意图；本实施例的固体表面接触式高灵敏性温度传感器包括热敏电阻10、顶盖20、电子线材30和底座40。所述热敏电阻10固接于顶盖20中部，所述顶盖20与底座40通过弹簧41连接。所述热敏电阻10的引线11与电子线材30均与底座40上的金属片42焊接。所述顶盖20由金属制成。
具体地，请同时参阅图3、图6和图7，其中，图3为本实施例所述的固体表面接触式高灵敏性温度传感器的局部放大示意图，图6为本实施例所述的热敏电阻的结构示意图，图7为本实施例所述的热敏电阻的侧视图。所述热敏电阻10包括基片15、芯片12、两根引线11和芯片保护层14；所述两根引线11与所述芯片12两面的芯片电极固接；所述基片15为薄膜陶瓷基片，所述芯片12设于所述基片15的外表面上并与其直接接触；所述芯片保护层14为玻璃保护层，其半包围包裹于所述芯片12外部。优选地，所述引线11采用杜镁丝线。所述顶盖20外边缘处设有钩状帽檐21，所述弹簧41一端卡套于该钩状帽檐21内，另一端焊接于底座40上。本实施例中，所述顶盖20中部设有一卡位22，所述热敏电阻10的基片15卡于该卡位22内，并通过导热硅脂50与顶盖20固接。
进一步地，所述底座40可根据实际工作环境的不同来设计，如在四角加上四个平衡螺丝、在背面钻多个螺孔用以连接其他物件或用于固定安装温度传感器等。
相比于现有技术，本实施例所述的固体表面接触式高灵敏性温度传感器采用基于薄膜陶瓷基片的热敏电阻10，且其基片15固接于顶盖20中部，使温度传感器与被测固体80表面通过面接触感测被测固体80的温度，增大了温度传感器与被测固体80表面的接触面积，从而大幅提高温度传感器的响应速度。此外，本实施例所述的温度传感器在感测温度时由金属顶盖20直接与被测固体80接触，温度传递的过程为：金属顶壳20→导热硅脂50→陶瓷基片15→芯片12，由于金属的导热速度非常快，因此该结构在保证了较快的反应速度的同时，有效地保护了热敏电阻的陶瓷基片15，使热敏电阻不易受损，大大延长了温度传感器的使用寿命。
请同时参阅图4～10，上述固体表面接触式高灵敏性温度传感器通过以下步骤制作而成：
(1)制作热敏电阻10；具体包括以下两个步骤：
(1a)制作常规的径向玻璃封装热敏电阻；在两根引线11同一端粘上电子浆料13，再将芯片12插入两根引线11之间，然后烘干电子浆料13，使引线11与芯片12两面的电极通过电子浆料13连接；之后再在芯片12外部套上玻璃壳并高温烧结形成包裹于芯片12外部的玻璃保护层140，即可制得径向玻璃封装热敏电阻；
(1b)将步骤(1a)制得的热敏电阻平放在薄膜陶瓷基片15上，高温烧结，使径向玻璃封装热敏电阻上的玻璃保护层140融化，从而使芯片12与基片15直接接触，而融化的玻璃冷却后形成半包围包裹于所述芯片外部的玻璃保护层14(即芯片保护层)。
(2)加工一中部带有卡位22的金属顶盖20；
(3)在热敏电阻10的陶瓷基片15底面上涂上导热硅脂50并插入顶盖20中部的卡位22内；
(4)将焊接于底座40上的弹簧41套入顶盖20的钩状帽檐21内；
(5)将热敏电阻10的两根引线11焊接于底座40的金属片42上，再将电子线材60也焊接于金属片42上；
(6)对制得的温度传感器进行性能参数测试。
相比于现有技术，上述固体表面接触式高灵敏性温度传感器的制作方法，工艺简单，且制得的温度传感器在测温时与被测固体表面面接触，响应速度大幅提高。同时金属顶盖对热敏电阻起到良好的保护作用，大幅提高了温度传感器的使用寿命。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：实施例1中温度传感器是通过金属顶盖与被测固体表面接触的，而本实施例中温度传感器直接通过热敏电阻的基片与被测固体表面接触。因此，本实施例的顶盖结构与实施例1有所不同。
请参阅图11，其为本实施例所述的固体表面接触式高灵敏性温度传感器的结构示意图。本实施例的固体表面接触式高灵敏性温度传感器包括热敏电阻10、顶盖200、电子线材30和底座40。所述热敏电阻10固接于顶盖200中部，所述顶盖200与底座40通过弹簧41连接。所述热敏电阻10的引线11与电子线材30均与底座40上的金属片42焊接。所述顶盖200由金属制成。
具体地，请同时参阅图6、图7和12，其中，图12为本实施例所述的固体表面接触式高灵敏性温度传感器的局部放大示意图。本实施例的热敏电阻10与实施例的完全相同，此处不作赘述。所述顶盖20外边缘处设有钩状帽檐21，所述弹簧41一端卡套于该钩状帽檐21内，另一端焊接于底座40上。本实施例的顶盖200中部开设有一方形通孔230，所述热敏电阻10的基片15带有芯片保护层的一面与顶盖上表面位于所述通孔230边缘处通过粘合剂60固接。
相比于现有技术，本实施例所述的固体表面接触式高灵敏性温度传感器采用基于薄膜陶瓷基片的热敏电阻10，通过在顶盖200中部开设一方形通孔230，并将热敏电阻10的基片15与顶盖200的通孔230四周边缘处固接，从而实现温度传感器通过热敏电阻10的基片15与被测固体80表面直接面接触感测温度，使温度仅仅需要经过一层薄薄的陶瓷基片15即可传递到热敏电阻10的芯片12，大幅提高温度传感器的反应速度。
请同时参阅图4～7、13～15，上述固体表面接触式高灵敏性温度传感器通过以下步骤制作而成：
(1)制作热敏电阻10；具体包括以下两个步骤：
(1a)制作常规的径向玻璃封装热敏电阻；在两根引线11同一端粘上电子浆料13，再将芯片12插入两根引线11之间，然后烘干电子浆料13，使引线11与芯片12两面的电极通过电子浆料13连接；之后再在芯片12外部套上玻璃壳并高温烧结形成包裹于芯片12外部的玻璃保护层140，即可制得径向玻璃封装热敏电阻；
(1b)将步骤(1a)制得的热敏电阻平放在薄膜陶瓷基片15上，高温烧结，使径向玻璃封装热敏电阻上的玻璃保护层140融化，从而使芯片12与基片15直接接触，而融化的玻璃冷却后形成半包围包裹于所述芯片外部的玻璃保护层14(即芯片保护层)。
(2)加工一中部带有方形通孔230的顶盖200；
(3)在热敏电阻10的基片15带有玻璃保护层的一面四周涂上粘合剂60后固接于顶盖200上表面位于所述通孔230边缘处，使热敏电阻10的玻璃保护层14和引线11穿过通孔230内；
(4)将焊接于底座40上的弹簧41套入顶盖20的钩状帽檐21内；
(5)将热敏电阻10的两根引线11焊接于底座40的金属片42上，再将电子线材60也焊接于金属片42上；
(6)对制得的温度传感器进行性能参数测试。
相比于现有技术，上述固体表面接触式高灵敏性温度传感器的制作方法，工艺简单，制得的温度传感器在测温时通过热敏电阻的陶瓷基片与被测固体表面面接触，热时间常数仅为0.5～1.5s，响应速度大幅提高。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (9)

1.一种固体表面接触式高灵敏性温度传感器，其特征在于：包括一金属制成的顶盖、固接于顶盖中部的热敏电阻、电子线材、底座，以及连接顶盖与底座的弹簧；所述热敏电阻包括基片、芯片、两根引线和芯片保护层；所述两根引线与所述芯片两面的芯片电极固接；所述基片为薄膜陶瓷基片，所述芯片设于所述基片的外表面上并与其直接接触；所述芯片保护层为玻璃保护层，其半包围包裹于所述芯片外部；所述热敏电阻的基片固接于所述顶盖的中部；所述两根引线与电子线材均与底座上的金属片焊接。
2.根据权利要求1所述的固体表面接触式高灵敏性温度传感器，其特征在于：所述顶盖外边缘处设有钩状帽檐，所述弹簧一端卡套于该钩状帽檐内。
3.根据权利要求2所述的固体表面接触式高灵敏性温度传感器，其特征在于：所述顶盖中部设有一卡位，所述热敏电阻的基片卡于该卡位内。
4.根据权利要求3所述的固体表面接触式高灵敏性温度传感器，其特征在于：所述热敏电阻的基片卡于顶盖中部的卡位内并通过导热硅脂与顶盖固接。
5.根据权利要求2所述的固体表面接触式高灵敏性温度传感器，其特征在于：所述顶盖中部开设有一方形通孔，所述热敏电阻的基片带有芯片保护层的一面与顶盖上表面位于所述通孔边缘处固接。
6.一种如权利要求4所述的固体表面接触式高灵敏性温度传感器的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)制作热敏电阻；
(2)加工一中部带有卡位的顶盖；
(3)在热敏电阻的陶瓷基片底面上涂上导热硅脂并插入顶盖中部的卡位内；
(4)将底座上的弹簧套入顶盖的钩状帽檐内；
(5)将热敏电阻的两根引线焊接于底座的金属片上，再将电子线材也焊接于金属片上；
(6)对制得的温度传感器进行性能参数测试。
7.根据权利要求6所述的固体表面接触式高灵敏性温度传感器的制作方法，其特征在于：步骤(1)包括以下步骤：
(1a)制作径向玻璃封装热敏电阻；
(1b)将步骤(1a)制得的热敏电阻平放在薄膜陶瓷基片上，高温烧结，使径向玻璃封装热敏电阻上的玻璃保护层融化，从而使芯片与基片接触，而融化的玻璃冷却后形成半包围包裹于所述芯片外部的玻璃保护层。
8.一种如权利要求5所述的固体表面接触式高灵敏性温度传感器的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)制作热敏电阻；
(2)加工一中部带有方形通孔的顶盖；
(3)在热敏电阻的基片带有玻璃保护层的一面四周涂上粘合剂后固接于顶盖上表面位于所述通孔边缘处，使热敏电阻的玻璃保护层和引线穿过通孔内；
(4)将底座上的弹簧套入顶盖的钩状帽檐内；
(5)将热敏电阻的两根引线焊接于底座的金属片上，再将电子线材也焊接于金属片上；
(6)对制得的温度传感器进行性能参数测试。
9.根据权利要求8所述的固体表面接触式高灵敏性温度传感器的制作方法，其特征在于：步骤(1)包括以下步骤：
(1a)制作径向玻璃封装热敏电阻；
(1b)将步骤(1a)制得的热敏电阻平放在薄膜陶瓷基片上，高温烧结，使径向玻璃封装热敏电阻上的玻璃保护层融化，从而使芯片与基片接触，而融化的玻璃冷却后形成半包围包裹于所述芯片外部的玻璃保护层。
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