CN110657899A - 一种应用于海洋观测的温度传感器的封装工艺 - Google Patents

一种应用于海洋观测的温度传感器的封装工艺 Download PDF

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宋有为
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    • H01C7/008—Thermistors

Abstract

本发明涉及海洋观测技术领域，且公开了一种应用于海洋观测的温度传感器的封装工艺，通过外壳采用钛合金材质，在具有极强硬度的同时，能够使用更小的结构和更薄的外壁，从而使得温度传感器有更广泛的应用范围，同时提高了温度测量的灵敏度，降低了传感器的响应时间，且钛合金的外壳具有良好的耐腐蚀性，可以应用于长时间的海洋环境中，通过两个双层密封O型圈和两个环形槽相互组合形成的双层密封平台，能够完全保证温度传感器和仪器配合的水密问题，同时也增加了安装结构上的稳定性，通过非螺纹的固定方式设计，再配合上两层的密封平台，实际使用中的外部水压会将传感器牢牢固定在仪器壳体上。

Description

一种应用于海洋观测的温度传感器的封装工艺
技术领域
本发明涉及海洋观测技术领域，具体为一种应用于海洋观测的温度传感器的封装工艺。
背景技术
海水温度是海洋水文状况中最重要的因子之一，常作为研究水团性质，描述水团运动的基本指标。研究、掌握海水温度的时空分布及变化规律，是海洋学的重要内容，对于科学调查，水下资源勘测，海上捕捞、水产养殖，及海上作战等都有重要意义，对气象、航海和水声等学科也很重要。
现有温度探头的封装工艺和设计不够规范，存在在导热胶内留有气泡、温度探头厚度不规范等问题，导致影响温度探头的实际使用效果。因此亟需一种应用于海洋观测的温度传感器来解决上述问题。
发明内容
解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种应用于海洋观测的温度传感器的封装工艺，具备增加温度探头的实际使用效果等优点，解决了现有温度探头的封装工艺和设计不够规范，存在在导热胶内留有气泡、温度探头厚度不规范等的问题。
(二)技术方案
为实现上述增加温度探头的实际使用效果目的，本发明提供如下技术方案：一种应用于海洋观测的温度传感器的封装工艺，包括以下步骤：
(1)外壳加工：使用数控机床制作外壳，加工外壳形状呈顶端为半球形的圆柱体，且外壳上半部分外壁直径为1-3CM，外壳下半部分外壁直径为2-6CM，外壳高度11-13CM，外壳底面开设槽，槽深8-10CM，槽直径为0.95CM-2.95CM，使槽直径与外壳外壁直径控制在0.75mm以内，外壳下半部分外壁开设两个环形槽。
(2)清洗：将刚加工的外壳清洗10-15min，清洗后使用干燥且干净的超细纤维无尘布进行擦干。
(3)热敏电阻封装：将热敏电阻封装进外壳，采用双层热缩套管形式，先用双层热缩套管保护热敏电阻的一根引脚，然后再用双层热缩套管将两根引脚都封进去。
(4)引脚焊接：热敏电阻需要另外焊接两根引线，在热敏电阻的引脚底端设置两个引脚焊接点，两个引脚焊接点的位置采用交错的方式，两个引脚焊接点分别与两个引线焊接，引线采用镀银导线。
(5)填充和除气泡：先将导热胶填充在外壳内部，填充量在30％-50％，然后再把已经焊接好导线的热敏电阻缓慢浸入导热胶中。
将热敏电阻放进钛合金外壳中需要缓慢浸入导热胶中，并且放置过程中将外壳放置在抖动装置上轻幅抖动，放置好热敏电阻后，再填充灌封胶，灌封胶采用环氧树脂，灌封胶需要灌封灌封到倒角孔内壁处的位置，然后放在真空罐里面放置30min-40min。
(6)在外壳的环形槽内固定连接密封圈。
优选的，所述外壳材质采用钛合金。
优选的，所述步骤(1)中的外壳底面开设倒角孔。
优选的，所述步骤(2)中的清洗方式为将外壳放入超声波清洗机中进行。
优选的，所述步骤(4)中的镀银导线的外皮采用的是特氟龙，内部采用单芯镀银导线。
优选的，所述步骤(5)中的导热胶的时候要选择导热性良好，能够固化，绝缘，并且具有很好流动性的导热胶。
优选的，所述步骤(6)中的密封圈采用双层密封O型圈。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种应用于海洋观测的温度传感器的封装工艺，具备以下有益效果：
1、该应用于海洋观测的温度传感器的封装工艺，通过外壳采用钛合金材质，在具有极强硬度的同时，能够使用更小的结构和更薄的外壁，从而使得温度传感器有更广泛的应用范围，同时提高了温度测量的灵敏度，降低了传感器的响应时间，且钛合金的外壳具有良好的耐腐蚀性，可以应用于长时间的海洋环境中。
2、该应用于海洋观测的温度传感器的封装工艺，通过两个双层密封O型圈和两个环形槽相互组合形成的双层密封平台，能够完全保证温度传感器和仪器配合的水密问题，同时也增加了安装结构上的稳定性。
3、该应用于海洋观测的温度传感器的封装工艺，通过非螺纹的固定方式设计，再配合上两层的密封平台，实际使用中的外部水压会将传感器牢牢固定在仪器壳体上，从而能够抵抗住深海(6000米)巨大的压力，对比螺纹方式的结构，螺纹方式的结构更加复杂，并且因为需要拧动所以需要加上拧动平台，加工步骤会因此增加，同时要考虑此处放在仪器上的配合问题，此外螺纹也会使加工步骤和难度增加，而且螺纹的结构会使空间增大，不仅温度探头会因为螺纹结构而增大空间，仪器上面也需要配合螺纹从而增大空间和仪器的加工难度和精度，而本设计非螺纹的温度探头是利用海水巨大的压力将温度探头固定，没有拧动平台，而且没有螺纹体积和加工难度也会小很多，所配合的仪器也不用考虑螺纹的问题，节省了很大的空间，也节省了加工成本。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：一种应用于海洋观测的温度传感器的封装工艺，包括以下步骤：
(1)外壳加工：使用数控机床制作外壳，外壳材质采用钛合金，加工外壳形状呈顶端为半球形的圆柱体，且外壳上半部分外壁直径为1-CM，外壳下半部分外壁直径为2CM，外壳高度11CM，外壳底面开设槽，槽深8CM，槽直径为0.95CMCM，使槽直径与外壳外壁直径控制在0.75mm以内，外壳下半部分外壁开设两个环形槽，外壳底面开设倒角孔。
(2)清洗：将刚加工的外壳放入超声波清洗机中清洗10min，清理在加工过程中遗留角落里的微小碎屑和油污，清洗后使用干燥且干净的超细纤维无尘布进行擦干。
(3)热敏电阻封装：将热敏电阻封装进外壳，热敏电阻封装时考虑到热敏电阻的引脚不能相互接触而且不能接触到钛合金外壳，同时热敏电阻在封上双层热缩套管时会因为体积过大的原因而不好引入钛合金外壳里面的缘故，因此采用双层热缩套管形式，先用双层热缩套管保护热敏电阻的一根引脚，然后再用双层热缩套管将两根引脚都封进去，这样就会避免两根引脚相互接触且不会接触到钛合金外壳，而且封装好的热敏电阻体积很小，较容易塞进钛合金外壳中。
(4)引脚焊接：热敏电阻需要另外焊接两根引线，在热敏电阻的引脚底端设置两个引脚焊接点，两个引脚焊接点的位置采用交错的方式，位置交错的方式相较于并排的方式，可以避免因为并排而造成的体积过大，从而不好安装进传感器外壳里，同时这里需要考虑热敏电阻快速的导热速度，因此引线采用镀银导线从而提高温度传感器的响应速度减小随时间的误差漂移，两个引脚焊接点分别与两个引线焊接，镀银导线的外皮采用的是特氟龙，内部采用单芯镀银导线，保证导线整体硬度，从而便于穿过温度探头内部减少导线的弯曲度。
(5)填充和除气泡：先将导热胶填充在外壳内部，填充量在30％，然后再把已经焊接好导线的热敏电阻缓慢浸入导热胶中，这样的优点是可以尽量避免因为先放温度探头而导致导热胶针头无法伸进去。
在选导热胶的时候要选择导热性良好，能够固化，绝缘，并且具有很好流动性的，因为导热性是选择导热胶的依据，导热系数至少要比玻璃高；能够固化是为了让热敏电阻不会因为外面的磕碰而晃动，从而影响热敏电阻的精度；热敏电阻有两根引脚伸出来，而钛合金外壳是导电的，所以就要求导热胶绝缘防止因为电信号而影响测量精度；流动性良好是为了灌胶可以容易灌进去，并且如果流动性不好的话不容易消除气泡。
将热敏电阻放进钛合金外壳中需要缓慢浸入导热胶中，并且放置过程中将外壳放置在抖动装置上轻幅抖动，可以减少因为在放置过程中而产生的气泡，放置好热敏电阻后，再填充灌封胶，灌封胶采用环氧树脂，灌封胶需要灌封灌封到倒角孔内壁处的位置，然后放在真空罐里面放置30min，使用灌封胶密封是因为导热胶的凝固后的硬度太差，在壳体受到较大的冲击力时可能会引起探头里面的热敏电阻可能会晃动进而影响测量精度和稳定性，所以综合考虑决定在探头的尾部使用环氧树脂对温度探头封装，这样可以使里面的导热胶与热敏电阻保持稳定，这样可有效去除导热胶和环氧树脂里面的气泡，从而提高温度传感器的响应速度、增强其稳定性，减小随时间的误差漂移。
(6)在外壳的环形槽内固定连接密封圈，密封圈采用双层密封O型圈。
实施例二：一种应用于海洋观测的温度传感器的封装工艺，包括以下步骤：
(1)外壳加工：使用数控机床制作外壳，外壳材质采用钛合金，加工外壳形状呈顶端为半球形的圆柱体，且外壳上半部分外壁直径为3CM，外壳下半部分外壁直径为6CM，外壳高度13CM，外壳底面开设槽，槽深10CM，槽直径为2.95CM，使槽直径与外壳外壁直径控制在0.75mm以内，外壳下半部分外壁开设两个环形槽，外壳底面开设倒角孔。
(2)清洗：将刚加工的外壳放入超声波清洗机中清洗15min，清理在加工过程中遗留角落里的微小碎屑和油污，清洗后使用干燥且干净的超细纤维无尘布进行擦干。
(3)热敏电阻封装：将热敏电阻封装进外壳，热敏电阻封装时考虑到热敏电阻的引脚不能相互接触而且不能接触到钛合金外壳，同时热敏电阻在封上双层热缩套管时会因为体积过大的原因而不好引入钛合金外壳里面的缘故，因此采用双层热缩套管形式，先用双层热缩套管保护热敏电阻的一根引脚，然后再用双层热缩套管将两根引脚都封进去，这样就会避免两根引脚相互接触且不会接触到钛合金外壳，而且封装好的热敏电阻体积很小，较容易塞进钛合金外壳中。
(4)引脚焊接：热敏电阻需要另外焊接两根引线，在热敏电阻的引脚底端设置两个引脚焊接点，两个引脚焊接点的位置采用交错的方式，位置交错的方式相较于并排的方式，可以避免因为并排而造成的体积过大，从而不好安装进传感器外壳里，同时这里需要考虑热敏电阻快速的导热速度，因此引线采用镀银导线从而提高温度传感器的响应速度减小随时间的误差漂移，两个引脚焊接点分别与两个引线焊接，镀银导线的外皮采用的是特氟龙，内部采用单芯镀银导线，保证导线整体硬度，从而便于穿过温度探头内部减少导线的弯曲度。
(5)填充和除气泡：先将导热胶填充在外壳内部，填充量在50％，然后再把已经焊接好导线的热敏电阻缓慢浸入导热胶中，这样的优点是可以尽量避免因为先放温度探头而导致导热胶针头无法伸进去。
在选导热胶的时候要选择导热性良好，能够固化，绝缘，并且具有很好流动性的，因为导热性是选择导热胶的依据，导热系数至少要比玻璃高；能够固化是为了让热敏电阻不会因为外面的磕碰而晃动，从而影响热敏电阻的精度；热敏电阻有两根引脚伸出来，而钛合金外壳是导电的，所以就要求导热胶绝缘防止因为电信号而影响测量精度；流动性良好是为了灌胶可以容易灌进去，并且如果流动性不好的话不容易消除气泡。
将热敏电阻放进钛合金外壳中需要缓慢浸入导热胶中，并且放置过程中将外壳放置在抖动装置上轻幅抖动，可以减少因为在放置过程中而产生的气泡，放置好热敏电阻后，再填充灌封胶，灌封胶采用环氧树脂，灌封胶需要灌封灌封到倒角孔内壁处的位置，然后放在真空罐里面放置40min，使用灌封胶密封是因为导热胶的凝固后的硬度太差，在壳体受到较大的冲击力时可能会引起探头里面的热敏电阻可能会晃动进而影响测量精度和稳定性，所以综合考虑决定在探头的尾部使用环氧树脂对温度探头封装，这样可以使里面的导热胶与热敏电阻保持稳定，这样可有效去除导热胶和环氧树脂里面的气泡，从而提高温度传感器的响应速度、增强其稳定性，减小随时间的误差漂移。
(6)在外壳的环形槽内固定连接密封圈，密封圈采用双层密封O型圈。
实施例三：一种应用于海洋观测的温度传感器的封装工艺，包括以下步骤：
(1)外壳加工：使用数控机床制作外壳，外壳材质采用钛合金，加工外壳形状呈顶端为半球形的圆柱体，且外壳上半部分外壁直径为2CM，外壳下半部分外壁直径为4CM，外壳高度12CM，外壳底面开设槽，槽深9CM，槽直径为1.95CM，使槽直径与外壳外壁直径控制在0.75mm以内，外壳下半部分外壁开设两个环形槽，外壳底面开设倒角孔。
(2)清洗：将刚加工的外壳放入超声波清洗机中清洗12min，清理在加工过程中遗留角落里的微小碎屑和油污，清洗后使用干燥且干净的超细纤维无尘布进行擦干。
(3)热敏电阻封装：将热敏电阻封装进外壳，热敏电阻封装时考虑到热敏电阻的引脚不能相互接触而且不能接触到钛合金外壳，同时热敏电阻在封上双层热缩套管时会因为体积过大的原因而不好引入钛合金外壳里面的缘故，因此采用双层热缩套管形式，先用双层热缩套管保护热敏电阻的一根引脚，然后再用双层热缩套管将两根引脚都封进去，这样就会避免两根引脚相互接触且不会接触到钛合金外壳，而且封装好的热敏电阻体积很小，较容易塞进钛合金外壳中。
(4)引脚焊接：热敏电阻需要另外焊接两根引线，在热敏电阻的引脚底端设置两个引脚焊接点，两个引脚焊接点的位置采用交错的方式，位置交错的方式相较于并排的方式，可以避免因为并排而造成的体积过大，从而不好安装进传感器外壳里，同时这里需要考虑热敏电阻快速的导热速度，因此引线采用镀银导线从而提高温度传感器的响应速度减小随时间的误差漂移，两个引脚焊接点分别与两个引线焊接，镀银导线的外皮采用的是特氟龙，内部采用单芯镀银导线，保证导线整体硬度，从而便于穿过温度探头内部减少导线的弯曲度。
(5)填充和除气泡：先将导热胶填充在外壳内部，填充量在40％，然后再把已经焊接好导线的热敏电阻缓慢浸入导热胶中，这样的优点是可以尽量避免因为先放温度探头而导致导热胶针头无法伸进去。
在选导热胶的时候要选择导热性良好，能够固化，绝缘，并且具有很好流动性的，因为导热性是选择导热胶的依据，导热系数至少要比玻璃高；能够固化是为了让热敏电阻不会因为外面的磕碰而晃动，从而影响热敏电阻的精度；热敏电阻有两根引脚伸出来，而钛合金外壳是导电的，所以就要求导热胶绝缘防止因为电信号而影响测量精度；流动性良好是为了灌胶可以容易灌进去，并且如果流动性不好的话不容易消除气泡。
将热敏电阻放进钛合金外壳中需要缓慢浸入导热胶中，并且放置过程中将外壳放置在抖动装置上轻幅抖动，可以减少因为在放置过程中而产生的气泡，放置好热敏电阻后，再填充灌封胶，灌封胶采用环氧树脂，灌封胶需要灌封灌封到倒角孔内壁处的位置，然后放在真空罐里面放置35min，使用灌封胶密封是因为导热胶的凝固后的硬度太差，在壳体受到较大的冲击力时可能会引起探头里面的热敏电阻可能会晃动进而影响测量精度和稳定性，所以综合考虑决定在探头的尾部使用环氧树脂对温度探头封装，这样可以使里面的导热胶与热敏电阻保持稳定，这样可有效去除导热胶和环氧树脂里面的气泡，从而提高温度传感器的响应速度、增强其稳定性，减小随时间的误差漂移。
(6)在外壳的环形槽内固定连接密封圈，密封圈采用双层密封O型圈。
本发明的有益效果是：采用体积小的外壳，减少温度探头的体积，可以应用于不同产品和仪器中，也适应于各种环境中，主要可以应用于深海探测的CTD上面；外壳采用钛合金材质，钛合金材质非常的轻而且硬，相对于其他材料它会有更薄的壁厚，这就会使温度传感器的响应速度更快，更加敏感和准确，且钛合金具有非常好的抗腐蚀性，这完全可以应用于长时间的海洋环境中；采用非螺纹的结构设计，能够抵抗深海巨大的压力，设计深度可以达到6000米深，利用海水巨大的压力将温度探头固定，没有拧动平台，而且没有螺纹体积和加工难度也会小很多，所配合的仪器也不用考虑螺纹的问题，节省了很大的空间，也节省了加工成本，两个双层密封O型圈和两个环形槽相互组合形成的双层密封平台具有良好的密闭性，而且非螺纹的方式可以减小体积，更加容易安装；由于传感器的体积小，壁薄，而且里面填充物质导热性能好，所以它的响应速度很快。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种应用于海洋观测的温度传感器的封装工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)外壳加工：使用数控机床制作外壳，加工外壳形状呈顶端为半球形的圆柱体，外壳底面开设槽，外壳下半部分外壁开设两个环形槽，外壳底面开设倒角孔；
(2)清洗：将刚加工的外壳放入超声波清洗机中清洗10-15min，清洗后使用干燥且干净的超细纤维无尘布进行擦干；
(3)热敏电阻封装：先用双层热缩套管保护热敏电阻的一根引脚，然后再用双层热缩套管将两根引脚都封进去；
(4)引脚焊接：热敏电阻需要另外焊接两根引线，在热敏电阻的引脚底端设置两个引脚焊接点，两个引脚焊接点分别与两个引线焊接；
(5)填充和除气泡：先将导热胶填充在外壳内部，然后再把已经焊接好导线的热敏电阻缓慢浸入导热胶中；
将热敏电阻放进钛合金外壳中需要缓慢浸入导热胶中，再填充灌封胶，灌封胶需要灌封灌封到倒角孔内壁处的位置，然后放在真空罐里面放置30min-40min；
(6)在外壳的环形槽内固定连接密封圈。
2.根据权利要求1所述的一种应用于海洋观测的温度传感器的封装工艺，其特征在于：所述步骤(1)中的外壳上半部分外壁直径为1-3CM，外壳下半部分外壁直径为2-6CM，外壳高度11-13CM，槽深8-10CM，槽直径为0.95CM-2.95CM，使槽直径与外壳外壁直径控制在0.75mm以内。
3.根据权利要求1所述的一种应用于海洋观测的温度传感器的封装工艺，其特征在于：所述步骤(4)中的两个引脚焊接点的位置采用交错的方式。
4.根据权利要求1所述的一种应用于海洋观测的温度传感器的封装工艺，其特征在于：所述步骤(5)中的导热胶填充量在30％-50％。
5.根据权利要求1所述的一种应用于海洋观测的温度传感器的封装工艺，其特征在于：所述步骤(5)中的热敏电阻放置过程中放置过程中将外壳放置在抖动装置上轻幅抖动。
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