CN105424210B - 一种高灵敏流体温度传感器及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种高灵敏流体温度传感器，包括热敏电阻、与热敏电阻的引线连接的电子线以及套设于热敏电阻外部的外壳；所述热敏电阻采用玻璃封装，且其玻璃包裹层呈多节葫芦状；所述外壳一端为梳齿状结构，且热敏电阻带有玻璃包裹层的一端固定于该梳齿状结构内，并通过梳齿状结构的各梳齿间隙部分外露于外壳；所述外壳与所述热敏电阻之间的空间通过灌封料或注塑料填充。该高灵敏流体温度传感器反应速度快、耐高温、耐潮湿且机械强度高。本发明还提供一种上述温度传感器的制作方法。

Description

一种高灵敏流体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，尤其涉及一种高灵敏流体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NTC温度传感器的结构示意图；目前NTC温度传感器一般采取由外壳13、填充树脂12、NTC热敏电阻11其制作方法是：
(1)选用NTC热敏芯片16
(2)在NTC热敏芯片上引线18；
(3)将NTC热敏芯片由绝缘层7包封成NTC热敏电阻11；
(4)对NTC热敏电阻11进行电阻率测试；
(5)将外壳13通过填充树脂12将热敏芯片16及其外层绝缘层17灌封填充；
(6)将灌封用填充树脂12固化后形成温度传感器；
(7)对NTC温度传感器进行电阻率测试。
上述NTC温度传感器存在以下缺点：(1)由于热敏芯片16厚度比较厚，通常为0.3～3mm，且外层绝缘包封层17(一般为环氧树脂、酚醛树脂、硅树脂)厚度也较厚且导热性差；(2)在外壳13(通常由金属、塑胶、陶瓷等材料制成)与热敏电阻16之间的填充树脂12(一般为环氧、酚醛、硅树脂、导热规脂/胶等材料)其导热系数并不高。该温度传感器在感温过程中热量要经过几层传递，才能传递到芯片。尤其是金属、塑胶、陶瓷等材料制成的外壳13与热敏电阻11之间填充的填充树脂12，其导热性能不佳，不利于热量迅速地到达热敏芯片16的核心，完全达到外界温度时需要较长的时间。
该种结构的热敏电阻温度传感器的热时间常数一般为5～15秒。这种反应速度不能满足对温度探测的高灵敏度的要求
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种反应速度快、耐高温、耐潮湿、机械强度高的高灵敏流体温度传感器。
本发明所采用的技术方案是：
一种高灵敏流体温度传感器，包括热敏电阻、与热敏电阻的引线连接的电子线以及套设于热敏电阻外部的外壳；所述热敏电阻采用玻璃封装，且其玻璃包裹层呈多节葫芦状；所述外壳一端为梳齿状结构，且热敏电阻带有玻璃包裹层的一端固定于该梳齿状结构内，并通过梳齿状结构的各梳齿间隙部分外露于外壳；所述外壳与所述热敏电阻之间的空间通过灌封料或注塑料填充。
相比于现有技术，本发明所述的高灵敏流体温度传感器的外壳一端采用梳齿状结构，既可起到保护热敏电阻的作用，又可使热敏电阻带有玻璃包裹层的一端部分外露于梳齿状结构的梳齿间隙处，从而使传感器在测试流体温度时可直接导热到热敏电阻上，导热系数高，反应更加灵敏快速，响应速度快且耐潮湿、耐高温性能好。热敏电阻的多节葫芦状结构能够更好地与填充物结合，从而提高温度传感器的防水和耐潮湿性能。
进一步地，所述热敏电阻与电子线的焊接处外部套有绝缘套管。
进一步地，所述灌封料为环氧树脂灌封料。
本发明还提供一种高灵敏流体温度传感器的制作方法，包括以下步骤：
(1)制备一端为梳齿状的外壳、电子线和绝缘套管；
(2)制备玻璃包裹层为多节葫芦状的热敏电阻；
(3)将至少一个步骤(2)制得的热敏电阻与电子线焊接，再将热敏电阻套入外壳中，并用灌封料或者注塑料填充外壳与热敏电阻之间的空间；
(4)将步骤(3)得到的半成品高温烧结，得到高灵敏流体温度传感器；
(5)对制得的温度传感器进行电阻率测试。
进一步地，步骤(2)包括以下步骤：
(21)将热敏芯片与引线相焊接；具体地，将热敏芯片焊于两根引线端部之间；
(22)依次在(21)得到的半成品上套上多个大玻璃壳和小玻璃壳，且大玻璃壳与小玻璃壳间隔套设；优选地，共套上4个大玻璃壳和3个小玻璃壳，形成大小交错排布，最顶端的玻璃壳包覆于热敏芯片外。
(23)将步骤(22)得到的半成品经高温烧结得到带有多节葫芦状玻璃包裹层的热敏电阻；
(24)对制得的热敏电阻进行电阻率测试。
进一步地，步骤(23)中，采用网带烧结炉烧结，烧结温度为620±30℃，高温区保温10～30min；经过烧结后的玻壳融合并在芯片与引线外形成致密的多节葫芦状的玻璃包裹层。
进一步地，步骤(21)中，所述引线为杜镁丝线。
相比于现有技术，本发明所述的高灵敏流体温度传感器的制作方法，工艺简单，制得的温度传感器响应速度快、阻值稳定性好、合格率高、质量和可靠性佳。
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是现有技术中的NTC温度传感器的结构示意图；
图2是本发明的高灵敏流体温度传感器的结构示意图；
图3是本发明的高灵敏流体温度传感器的制作方法的步骤(21)的示意图；
图4是本发明的高灵敏流体温度传感器的制作方法的步骤(22)的示意图；
图5是本发明的高灵敏流体温度传感器的制作方法的步骤(23)的示意图；
具体实施方式
请参阅图2，其为本发明的高灵敏流体温度传感器的结构示意图；本发明的高灵敏流体温度传感器包括外壳1、热敏电阻2、与热敏电阻2的引线连接的电子线5；所述外壳1套设于热敏电阻2外部。
具体地，所述热敏电阻2采用玻璃封装，且其玻璃包裹层呈多节葫芦状；所述外壳1一端为梳齿状结构110，且热敏电阻2带有玻璃包裹层的一端固定于该梳齿状结构110内，并通过梳齿状结构110各梳齿间隙部分外露于外壳1；所述外壳1与所述热敏电阻2之间的空间通过灌封料或注塑料4填充，灌封料可采用环氧树脂等材料制得。所述热敏电阻2与电子线5的焊接处外部套有绝缘套管3。
相比于现有技术，本发明所述的高灵敏流体温度传感器的外壳1一端采用梳齿状结构110，既可起到保护热敏电阻的作用，又可使热敏电阻2带有玻璃包裹层的一端部分外露于梳齿状结构110的梳齿间隙处，从而使传感器在测试流体温度时可直接导热到热敏电阻2上，导热系数远远高于感温处有填充任何材料的传感器，反应更加灵敏快速，响应速度快且耐潮湿、耐高温性能好。热敏电阻2的多节葫芦状结构能够更好地与填充物结合，从而提高温度传感器的防水和耐潮湿性能。
本发明还提供一种上述高灵敏流体温度传感器的制作方法，包括以下步骤：
(1)制备一端为梳齿状的外壳、电子线和绝缘套管；
(2)制备玻璃包裹层为多节葫芦状的热敏电阻；
(3)将至少一个步骤(2)制得的热敏电阻与电子线焊接，再将热敏电阻套入外壳中，并用灌封料或者注塑料填充外壳与热敏电阻之间的空间；
(4)将步骤(3)得到的半成品高温烧结，得到高灵敏流体温度传感器；
(5)对制得的温度传感器进行电阻率测试。
具体地，请参阅图3～5，所述步骤(2)包括以下步骤：
(21)将热敏芯片22与引线21相焊接；如图3所示，先将引线每两根一组排列好并固定于支架上，再将热敏芯片22焊于两根引线21端部之间；
(22)依次在(21)得到的半成品上套上多个大玻璃壳231和小玻璃壳232，且大玻璃壳231与小玻璃壳232间隔套设；如图4所示，优选地，在半成品上共套上4个大玻璃壳231和3个小玻璃壳232，形成大小交错排布，最顶端的玻璃壳包覆于热敏芯片22外。
(23)将步骤(22)得到的半成品经高温烧结得到带有多节葫芦状玻璃包裹层23的热敏电阻2；优选地，采用网带烧结炉烧结，烧结温度为620±30℃，高温区保温10～30min；如图5所示，经过烧结后的大玻璃壳和小玻璃壳融合并在热敏芯片22与引线21外形成致密的多节葫芦状的玻璃包裹层23。
(24)对制得的热敏电阻进行电阻率测试。
将按上述工艺所制作的高灵敏流体温度传感器与现有环氧树脂封装温度传感器产品的热时间常数进行对比，得到表1：
表1 本发明的高灵敏流体温度传感器与现有环氧树脂封装温度传感器产品的热时间常数对比表
由表1可知：传统的环氧树脂封装温度传感器的热时间常数一般为5～15秒，而本发明所述的温度传感器只需0.5～1.0秒。可见，本发明由于耐高温且带有梳齿状结构的外壳与热敏电阻感温处不需要填充任何封装材料，使其导热性非常高，而且梳齿状结构使流体温度更快传到热敏电阻上，使热敏电阻在测温过程中热传导所需的时间非常短。
此外，本发明所述的高灵敏流体温度传感器经过系列可靠性测试(冷热冲击1000个循环、高温老化1000个小时以及高温负荷实验)前后变化率均小于±0.3％，具体见表2：
表2 本发明的高灵敏流体温度传感器可靠性测试表
编号 可靠性测试前 可靠性测试后 变化率
1 100.017 100.028 0.011％
2 100.023 100.038 0.015％
3 99.971 99.962 -0.009％
4 100.105 100.109 0.004％
5 100.074 100.061 -0.013％
6 99.988 99.980 -0.008％
7 99.875 99.887 0.011％
8 100.088 100.095 0.007％
9 100.113 100.118 0.005％
10 99.980 99.990 0.010％
由表2可知：本发明所述的高灵敏流体温度传感器的阻值稳定性好，不会有漂移、突变现象。与现有工艺相比，本发明所述的制作方法制得的高温快速反应温度传感器合格率高，可靠性和质量好。
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 (7)

1.一种高灵敏流体温度传感器，其特征在于：包括热敏电阻、与热敏电阻的引线连接的电子线以及套设于热敏电阻外部的外壳；所述热敏电阻采用玻璃封装，且其玻璃包裹层呈多节葫芦状；所述外壳一端为梳齿状结构，且热敏电阻带有玻璃包裹层的一端固定于该梳齿状结构内，并通过梳齿状结构的各梳齿间隙部分外露于外壳；所述外壳与所述热敏电阻之间的空间通过灌封料或注塑料填充。
2.根据权利要求1所述的高灵敏流体温度传感器，其特征在于：所述热敏电阻与电子线的焊接处外部套有绝缘套管。
3.根据权利要求1所述的高灵敏流体温度传感器，其特征在于：所述灌封料为环氧树脂灌封料。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的高灵敏流体温度传感器的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)制备一端为梳齿状的外壳、电子线和绝缘套管；
(2)制备玻璃包裹层为多节葫芦状的热敏电阻；
(3)将至少一个步骤(2)制得的热敏电阻与电子线焊接，再将热敏电阻套入外壳中，并用灌封料或者注塑料填充外壳与热敏电阻之间的空间；
(4)将步骤(3)得到的半成品高温烧结，得到高灵敏流体温度传感器；
(5)对制得的温度传感器进行电阻率测试。
5.根据权利要求4所述的高灵敏流体温度传感器的制作方法，其特征在于：步骤(2)包括以下步骤：
(21)将热敏芯片与引线相焊接；
(22)依次在(21)得到的半成品上套上多个大玻璃壳和小玻璃壳，且大玻璃壳与小玻璃壳间隔套设；
(23)将步骤(22)得到的半成品经高温烧结得到带有多节葫芦状玻璃包裹层的热敏电阻；
(24)对制得的热敏电阻进行电阻率测试。
6.根据权利要求5所述的高灵敏流体温度传感器的制作方法，其特征在于：步骤(23)中，采用网带烧结炉烧结，烧结温度为620±30℃，高温区保温10～30min；经过烧结后的玻璃壳融合并在芯片与引线外形成致密的多节葫芦状的玻璃包裹层。
7.根据权利要求5所述的高灵敏流体温度传感器的制作方法，其特征在于：步骤(21)中，所述引线为杜镁丝线。
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