CN113945295B - 柔性热电堆式传感器及其制造方法 - Google Patents

柔性热电堆式传感器及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种柔性热电堆式传感器及其制造方法，其中，柔性热电堆式传感器通过采用柔性基底能够实现传感器可弯折，从而能够更好地适应被测物件异形的工况；通过在柔性基底上划分线路区和非线路区，并将线路区包围于非线路区，能够通过非线路区对线路区的元件起到保护作用以防外部氧化渗透；柔性基底的康铜箔与单面铜箔之间通过盲孔上镀有的铜镀层实现电连接，因此能够提高传感器板面的平整度，以使得传感器能够更好地贴合被测物件，且减小了传感器的厚度，因此，本发明的柔性热电堆式传感器减小了体积且能够弯曲以贴合异形物件，因此能够应用于空间狭窄且被测物件异形的工况。

Description

柔性热电堆式传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及但不限于传感器领域，尤其涉及一种柔性热电堆式传感器及其制造方法。
背景技术
热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表转换成被测介质的温度，在日常工作应用中，热电偶往往需要在空间狭窄、被测物件异形的工况下工作，而相关技术中的热电偶由于体积较大且型状固定而无法适应此类工况。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种柔性热电堆式传感器及其制造方法，减小了体积且能够弯曲以贴合异形物件，因此能够应用于空间狭窄且被测物件异形的工况。
根据本发明第一方面实施例的柔性热电堆式传感器，包括：
柔性基底，所述柔性基底分为线路区与非线路区，所述线路区包围于所述非线路区，所述线路区的柔性基底包括第一胶层和包覆于所述第一胶层的康铜箔，所述康铜箔上设置有内层线路；
热电偶单元，在所述线路区设置有多个，且各个所述热电偶单元通过所述内层线路一一串联，所述柔性基底对应所述热电偶单元的区域的两面贴合有单面铜箔，所述热电偶单元包括在所述单面铜箔设置的通孔、在所述柔性基底上对应所述通孔设置的盲孔、铜镀层以及对应所述热电偶单元所在区域的所述内层线路，所述铜镀层镀于所述单面铜箔、所述通孔和所述盲孔，以使得所述康铜箔、所述内层线路以及所述单面铜箔通过所述铜镀层电连接。
根据本发明第一方面实施例的柔性热电堆式传感器，至少具有如下有益效果：
本发明实施例的柔性热电堆式传感器通过采用柔性基底能够实现传感器可弯折，从而能够更好地适应被测物件异形的工况；通过在柔性基底上划分线路区和非线路区，并将线路区包围于非线路区，能够通过非线路区对线路区的元件起到保护作用以防外部氧化渗透；柔性基底的康铜箔与单面铜箔之间是通过盲孔上镀有的铜镀层实现电连接的，因此能够提高传感器板面的平整度，以使得传感器能够更好地贴合被测物件，且减小了传感器的厚度，因此，本发明第一方面实施例的柔性热电堆式传感器减小了体积且能够弯曲以贴合异形物件，因此能够应用于空间狭窄且被测物件异形的工况。
在一实施例中，所述单面铜箔包括PI层和贴合于所述PI层的铜层，所述铜层贴合于所述铜镀层，所述PI层贴合于所述第一胶层。
在一实施例中，所述柔性基底一面的单面铜箔上设置有集热器以形成集热面，所述柔性基底另一面的单面铜箔上设置有散热器以形成散热面，所述集热面的铜镀层与所述集热器连接，所述散热面的铜镀层与所述散热器连接。
在一实施例中，所述内层线路和所述铜镀层均设置有弯折部，以降低所述热电偶单元占用的面积以及各所述热电偶单元之间的间距，所述弯折部的形状为圆角；所述内层线路或所述铜镀层连接有用于进行信号校准的校准导线。
在一实施例中，所述集热面贴合有用于保护所述热电偶单元的第一保护层，所述散热面贴合有用于保护所述热电偶单元的第二保护层。
在一实施例中，所述柔性基底还设置有露铜区，所述露铜区设置有与所述热电偶单元连接的导电触片以使得所述热电偶单元的数据能够通过所述导电触片进行采集，所述导电触片镀有用于抗氧化的镍金保护层。
在一实施例中，所述柔性基底的散热面设置有用于区分所述散热面和所述集热面的参考点，其中，所述参考点设置于所述非线路区。
根据本发明第二方面实施例的柔性热电堆式传感器，包括：
柔性热电堆式传感器制造方法，包括：
将柔性基底与单面铜箔贴合以得到双层板，其中，所述柔性基底包括康铜箔，所述单面铜箔包括铜层，所述铜层暴露于所述双层板外侧；
以所述康铜箔背向所述单面铜箔的一面为基底制作内层线路；
将另一所述单面铜箔贴合于所述康铜箔设置有所述内层线路的一面以得到三层板，并使得各个所述单面铜箔的铜层均暴露于所述三层板的外侧；
向两个所述单面铜箔钻盲孔，以使所述康铜箔成为所述盲孔的孔底；
在所述铜层上镀铜，以使所述铜层和所述盲孔的孔底及孔壁覆盖有铜镀层，所述内层线路、所述康铜箔和所述铜层通过所述铜镀层电连接；
在所述三层板的一侧刻蚀集热器，并在所述三层板的另一侧刻蚀散热器。
根据本发明第二方面实施例的柔性热电堆式传感器制造方法，至少具有如下有益效果：
通过采用柔性基底能够实现传感器可弯折，从而能够更好地适应被测物件异形的工况；柔性基底的康铜箔与单面铜箔的铜层之间是通过盲孔上镀有的铜镀层实现电连接的，因此能够提高传感器板面的平整度，以使得传感器能够更好地贴合被测物件，且减小了传感器的厚度，因此，根据本发明第二方面实施例的柔性热电堆式传感器制造方法所制造的柔性热电堆式传感器减小了体积且能够弯曲以贴合异形物件，因此能够应用于空间狭窄且被测物件异形的工况。
在一实施例中，柔性热电堆式传感器制造方法，还包括：向所述铜镀层贴保护层。
在一实施例中，柔性热电堆式传感器制造方法，还包括：在所述柔性基底设置有所述散热器的一面刻蚀参考点。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1是本发明实施例提供的柔性热电堆式传感器的示意图；
图2是本发明实施例提供的热电偶单元的剖面结构示意图。
附图标记：柔性热电堆式传感器100、柔性基底101、线路区102、非线路区103、露铜区104、导电触片105、参考点106、单面铜箔200、铜层201、PI层202、康铜箔203、第一胶层204、保护膜205、铜镀层206、内层线路207、通孔208、盲孔209。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供了一种柔性热电堆式传感器，包括：
柔性基底，柔性基底分为线路区与非线路区，线路区包围于非线路区，线路区的柔性基底包括第一胶层和包覆于第一胶层的康铜箔，康铜箔上设置有内层线路；
热电偶单元，在线路区设置有多个，且各个热电偶单元通过内层线路一一串联，柔性基底对应热电偶单元的区域的两面贴合有单面铜箔，热电偶单元包括在单面铜箔设置的通孔、在柔性基底上对应通孔设置的盲孔、铜镀层以及对应热电偶单元所在区域的内层线路，铜镀层镀于单面铜箔、通孔和盲孔，以使得康铜箔、内层线路以及单面铜箔通过铜镀层电连接。
需要说明的是， 热电偶单元设置在柔性基底的线路区，对应线路区的柔性基底设置有内层线路；线路区中对应热电偶单元的区域的内层线路，是该热电偶单元的组成部分；相邻两个热电偶单元之间通过内层线路串联，串联两个热电偶单元的内层线路不属于任一热电偶单元，属于柔性基底的一部分。
本发明实施例的柔性热电堆式传感器通过采用柔性基底能够实现传感器可弯折，从而能够更好地适应被测物件异形的工况；通过在柔性基底上划分线路区和非线路区，并将线路区包围于非线路区，能够通过非线路区对线路区的元件起到保护作用以防外部氧化渗透；柔性基底的康铜箔与单面铜箔之间是通过盲孔上镀有的铜镀层实现电连接的，因此能够提高传感器板面的平整度，以使得传感器能够更好地贴合被测物件，且减小了传感器的厚度，因此，本发明第一方面实施例的柔性热电堆式传感器减小了体积且能够弯曲以贴合异形物件，因此能够应用于空间狭窄且被测物件异形的工况。
下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
如图1所示，图1是本发明实施例提供的柔性热电堆式传感器100的示意图。
在图1的示例中，本发明实施例的柔性热电堆式传感器100包括柔性基底101，柔性基底101分为线路区102与非线路区103，线路区102包围于非线路区103。
通过在柔性基底101上划分线路区102和非线路区103，并将线路区102包围于非线路区103，能够通过非线路区103对线路区102的元件起到保护作用以防外部氧化渗透。
具体地，由于柔性热电堆式传感器100的往往工作于高温环境，为了防止铜在高温下接触到空气，产生氧化影响测量精度，线路区102中的线路边缘与柔性基底101的边缘距离在3mm以上，也即非线路区103的单侧宽度在3mm以上，因此能够有效防止外部氧化渗透。
参照图1，在一实施例中，柔性基底101还设置有露铜区104，露铜区104设置有与线路区102中的热电偶单元连接的导电触片105以使得热电偶单元测得的数据能够通过导电触片105进行采集，导电触片105镀有用于抗氧化的镍金保护层。
参照图1，柔性基底101的散热面设置有用于区分散热面和集热面的参考点106，其中，参考点106设置于非线路区103。
在一实施例中，线路区102设置有多个一一串联的热电偶单元，从而形成热电堆。
参照图2，图2是本发明实施例提供的热电偶单元的结构示意图，在图2的示例中，线路区102的柔性基底101包括第一胶层204和包覆于第一胶层204的康铜箔203，康铜箔203上设置有内层线路207，柔性基底101对应热电偶单元的区域的两面贴合有单面铜箔200；热电偶单元包括在单面铜箔200设置的通孔208、在柔性基底101上对应通孔208设置的盲孔209、铜镀层206以及对应热电偶单元所在区域的内层线路207，铜镀层206镀于单面铜箔200、通孔208和盲孔209，以使得康铜箔203、内层线路207以及单面铜箔200通过铜镀层206电连接。
通过采用柔性基底101能够实现传感器可弯折，从而能够更好地适应被测物件异形的工况；通过在柔性基底101上划分线路区102和非线路区103，并将线路区102包围于非线路区103，能够通过非线路区103对线路区102的元件起到保护作用以防外部氧化渗透；柔性基底101的康铜箔203与单面铜箔200之间是通过盲孔209上镀有的铜镀层206实现电连接的，因此能够提高传感器板面的平整度，以使得传感器能够更好地贴合被测物件，且减小了传感器的厚度，因此，本发明第一方面实施例的柔性热电堆式传感器100减小了体积且能够弯曲以贴合异形物件，因此能够应用于空间狭窄且被测物件异形的工况。
具体地，康铜（Constantan）是一种铜镍合金，由55%的铜和45%镍所组成。
具体地，热电偶单元为T型热电偶，T型热电偶又称铜-康铜热电偶，是一种最佳的测量低温的廉金属的热电偶。250℃下以及负温测量一般用T型电偶，在低温时T型热电偶稳定而且精度高。
参照图2，单面铜箔200包括聚酰亚胺（Polyimide，PI）层和贴合于PI层202的铜层201，铜层201贴合于铜镀层206，PI层202贴合于第一胶层204。
可以理解的是，柔性基底101一面的单面铜箔200上设置有集热器以形成集热面，柔性基底101另一面的单面铜箔200上设置有散热器以形成散热面，集热面的铜镀层206与集热器连接，散热面的铜镀层206与散热器连接。
可以理解的是，内层线路207和铜镀层206均设置有弯折部，以降低热电偶单元占用的面积以及各热电偶单元之间的间距；内层线路207或铜镀层206连接有用于进行信号校准的校准导线。
具体地，内层线路207和铜镀层206均设置有弯折部能够降低热电偶单元占用的面积以及各热电偶单元之间的间距，从而减小传感器的体积，此外，为了防止热电堆里的线路在反复弯曲的过程中容易发生应力集中现象而产生撕裂，内层线路207和铜镀层206的弯折部的型状采用圆角，以免发生应力集中现象。
具体地，内层线路207或铜镀层206连接有用于进行信号校准的校准导线，通过引出校准导线作为电流中端的输出监控，能够用于热电堆测量校对，从而提高传感器的精确度。
参照图2，铜镀层206上贴合有用于保护热电偶单元的保护膜205。
具体地，集热面贴合有用于保护热电偶单元的第一保护层,散热面贴合有用于保护热电偶单元的第二保护层。
具体地，第一保护层上还贴合有吸热层，吸热层设置为黑色以提高吸热性能。
可以理解的是，第一保护层的颜色和材料可以根据热传递的具体形式进行调整，本发明实施例对此不做具体限定。
另外，本发明实施例还提供了一种柔性热电堆式传感器制造方法，包括：
将柔性基底与单面铜箔贴合以得到双层板，其中，柔性基底包括康铜箔，单面铜箔包括铜层，铜层暴露于双层板外侧；
以康铜箔背向单面铜箔的一面为基底制作内层线路；
将另一单面铜箔贴合于康铜箔设置有内层线路的一面以得到三层板，并使得各个单面铜箔的铜层均暴露于三层板的外侧；
向两个单面铜箔钻盲孔，以使康铜箔成为盲孔的孔底；
在铜层上镀铜，以使铜层和盲孔的孔底及孔壁覆盖有铜镀层，内层线路、康铜箔和铜层通过铜镀层电连接
在三层板的一侧刻蚀集热器，并在三层板的另一侧刻蚀散热器。
在一实施例中，柔性热电堆式传感器制造方法还包括：
向铜镀层贴保护层。
在一实施例中，柔性热电堆式传感器制造方法还包括：在柔性基底设置有散热器的一面刻蚀参考点。
通过采用柔性基底能够实现传感器可弯折，从而能够更好地适应被测物件异形的工况；柔性基底的康铜箔与单面铜箔的铜层之间是通过盲孔上镀有的铜镀层实现电连接的，因此能够提高传感器板面的平整度，以使得传感器能够更好地贴合被测物件，且减小了传感器的厚度，因此，根据本发明第二方面实施例的柔性热电堆式传感器制造方法所制造的柔性热电堆式传感器减小了体积且能够弯曲以贴合异形物件，因此能够应用于空间狭窄且被测物件异形的工况。
以上是对本发明的较佳实施方式进行的具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。

Claims (2)

1.柔性热电堆式传感器，其特征在于，包括：
柔性基底，所述柔性基底分为线路区与非线路区，所述线路区包围于所述非线路区，对应所述线路区的柔性基底包括第一胶层和包覆于所述第一胶层的康铜箔，所述康铜箔上设置有内层线路；
热电偶单元，在所述线路区设置有多个，且各个所述热电偶单元通过所述内层线路一一串联，所述柔性基底对应所述热电偶单元的区域的两面贴合有单面铜箔，所述热电偶单元包括在所述单面铜箔设置的通孔、在所述柔性基底上对应所述通孔设置的盲孔、铜镀层以及对应所述热电偶单元所在区域的所述内层线路，所述铜镀层镀于所述单面铜箔、所述通孔和所述盲孔，以使得所述康铜箔、所述内层线路以及所述单面铜箔通过所述铜镀层电连接；
其中：
所述单面铜箔包括PI层和贴合于所述PI层的铜层，所述铜层贴合于所述铜镀层，所述PI层贴合于所述第一胶层；所述柔性基底一面的单面铜箔上设置有集热器以形成集热面，所述柔性基底另一面的单面铜箔上设置有散热器以形成散热面，所述集热面的铜镀层与所述集热器连接，所述散热面的铜镀层与所述散热器连接；所述内层线路和所述铜镀层均设置有弯折部，以降低所述热电偶单元占用的面积以及各所述热电偶单元之间的间距，所述弯折部的形状为圆角；所述内层线路或所述铜镀层连接有用于进行信号校准的校准导线；所述集热面贴合有用于保护所述热电偶单元的第一保护层,所述散热面贴合有用于保护所述热电偶单元的第二保护层；所述柔性基底还设置有露铜区，所述露铜区设置有与所述热电偶单元连接的导电触片以使得所述热电偶单元的数据能够通过所述导电触片进行采集，所述导电触片镀有用于抗氧化的镍金保护层；所述柔性基底的散热面设置有用于区分所述散热面和所述集热面的参考点，其中，所述参考点设置于所述非线路区。
2.柔性热电堆式传感器制造方法，其特征在于，用于制作权利要求1所述的柔性热电堆式传感器，包括：
将柔性基底与单面铜箔贴合以得到双层板，其中，所述柔性基底包括康铜箔，所述单面铜箔包括铜层，所述铜层暴露于所述双层板外侧；
以所述康铜箔背向所述单面铜箔的一面为基底制作内层线路；
将另一所述单面铜箔贴合于所述康铜箔设置有所述内层线路的一面以得到三层板，并使得各个所述单面铜箔的铜层均暴露于所述三层板的外侧；
向两个所述单面铜箔钻盲孔，以使所述康铜箔成为所述盲孔的孔底；
在所述铜层上镀铜，以使所述铜层和所述盲孔的孔底及孔壁覆盖有铜镀层，所述内层线路、所述康铜箔和所述铜层通过所述铜镀层电连接；
在所述三层板的一侧刻蚀集热器，并在所述三层板的另一侧刻蚀散热器；
在所述柔性基底设置有所述散热器的一面刻蚀参考点；
向所述铜镀层贴保护层。
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