CN213180395U - 薄膜热传感器和电子设备 - Google Patents

Abstract

一种薄膜热传感器和电子设备，该薄膜热传感器包括：基板，基板包括相背的第一表面和第二表面；第一薄膜，设置在第一表面，第一薄膜包括多个热电偶，多个热电偶依次首尾搭接，热电偶的两个电极搭接处形成第一结点，相邻两个热电偶搭接处形成第二结点，多个第一结点位于基板的第一侧，多个第二结点位于基板的远离第一侧的第二侧；以及第二薄膜，设置在第二表面，第二薄膜的结构与第一薄膜相同。通过设置多个热电偶搭接，能放大薄膜热传感器的输出信号，不仅设置第一薄膜，还设置与第一薄膜结构相同的第二薄膜，从而可从基板的第一表面和第二表面进行热流密度的测量，进一步的提高测量灵敏度和精度。

Description

薄膜热传感器和电子设备

技术领域

本实用新型属于热测量技术领域，尤其涉及一种薄膜热传感器和电子设备。

背景技术

温度是物体的基本物理量，对温度的测量是基本的需求。现有各种各样的温度传感器，但多数存在体积大、结构复杂等缺陷。为解决上述缺陷，逐渐发展了薄膜热电偶温度传感器，整体呈薄膜状，结构简单。

但目前的薄膜热电偶温度传感器普遍存在灵敏度和精度不足的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种薄膜热传感器和电子设备，能解决灵敏度和精度不足的问题。

为实现本实用新型的目的，本实用新型提供了如下的技术方案：

第一方面，本实用新型提供一种薄膜热传感器，包括：基板，所述基板包括相背的第一表面和第二表面；第一薄膜，设置在所述第一表面，所述第一薄膜包括多个热电偶，多个所述热电偶依次首尾搭接，所述热电偶的两个电极搭接处形成第一结点，相邻两个所述热电偶搭接处形成第二结点，多个所述第一结点位于所述基板的第一侧，多个所述第二结点位于所述基板的远离所述第一侧的第二侧；以及第二薄膜，设置在所述第二表面，所述第二薄膜的结构与所述第一薄膜相同。

通过设置多个热电偶搭接，能放大薄膜热传感器的输出信号，不仅设置第一薄膜，还设置与第一薄膜结构相同的第二薄膜，从而可从基板的第一表面和第二表面进行热流密度的测量，进一步的提高测量灵敏度和精度。

一种实施方式中，所述热电偶包括同层设置的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极的延伸方向相同，且所述第一电极和所述第二电极的同一侧端部搭接而形成所述第一结点，形成的第一薄膜的结构较为规则，便于与待测物体进行连接以测温。

一种实施方式中，多个所述热电偶的整体形状为方形、圆形、波浪形或蛇形中的任意一种。

一种实施方式中，所述第一电极和所述第二电极的材质为铋-锑、铂-铂铑、铁-康铜、铜-康铜、铁-铜镍、镍铬-镍铝、钯-锑、铬-铋或铬-金组合中的任意一种。

一种实施方式中，所述薄膜热传感器还包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部设置在所述第一表面，所述第二连接部设置在所述第二表面，所述第一连接部包括第一子连接部和第二子连接部，多个所述热电偶的一端与所述第一子连接部连接，多个所述热电偶的另一端与所述第二子连接部连接，所述第一子连接部和所述第二子连接部均设于靠近多个所述第二结点的一侧，所述第二连接部的结构和所述第一连接部相同。第一连接部和第二连接部用于与外部电极(如柔性电路板)连接，以输出信号。第一连接部设置在第二结点的一侧，能方便薄膜热传感器的使用，可将第一结点与待测物体接触，而第二结点和第一连接部做恒温处理，能保护第一连接部及外部电极。

一种实施方式中，所述第一连接部的材质与所述热电偶的其中一种材质相同，可减少材料类型。

一种实施方式中，所述基板开设有贯穿所述第一表面和所述第二表面的通孔，所述第一连接部的所述第一子连接部和所述第二连接部的所述第一子连接部通过设置于所述通孔内的第一导通部连接，所述第一连接部的所述第二子连接部和所述第二连接部的所述第二子连接部通过设置于所述通孔内的第二导通部连接。通过开设通孔并通过第一导通部和第二导通部分别连接第一连接部和第二连接部的第一子连接部和第二自连接部，只需与一个外部电极进行一次绑定，操作方便，也节省了一个外部电极，降低了成本。

一种实施方式中，所述第一连接部、所述第一导通部、所述第二导通部和所述第二连接部为同一金属材质，可降低不同金属材质之间的阻抗。

一种实施方式中，所述薄膜热传感器还包括第一保护层和第二保护层，所述第一保护层包覆在所述第一薄膜上，并露出所述第一连接部；所述第二保护层的结构与所述第一保护层相同。第一保护层包覆第一薄膜，并露出第一连接部，使得第一连接部可以与外部电极进行绑定，实现信号传输，第二保护层同样包覆第二薄膜，并露出第二连接部，使得第二连接部可以与外部电极进行绑定，实现信号传输。

第二方面，本实用新型还提供一种电子设备，包括第一方面各种实施方式中任一项所述的薄膜热传感器。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种实施例的薄膜热传感器的剖视结构示意图；

图2是一种实施例的薄膜热传感器的平面结构示意图，图中省略了第一保护层；

图3是一种实施例的薄膜热传感器的剖视结构示意图；

图4a是一种实施例的薄膜热传感器的平面结构示意图；

图4b是一种实施例的薄膜热传感器的平面结构示意图；

图4c是一种实施例的薄膜热传感器的平面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1和图2，本实用新型实施例提供一种薄膜热传感器，包括基板10、第一薄膜20和第二薄膜50。

基板10可为柔性基板，其材质例如为聚酰亚胺薄膜。基板10包括相背的第一表面11和第二表面12，第一表面11和第二表面12可互相平行。

第一薄膜20设置在第一表面11，第一薄膜20包括多个热电偶，多个热电偶依次首尾搭接，热电偶的两个电极搭接处形成第一结点23，相邻两个热电偶搭接处形成第二结点24。多个第一结点23位于基板10的第一侧，多个第二结点24位于基板10的远离第一侧的第二侧。

第二薄膜50设置在第二表面12，第二薄膜50的结构与第一薄膜20相同。

以两个搭接的热电偶为例说明测量温度的原理：将本实施例的薄膜热传感器贴设到待测物体表面，并设置第一结点23和第二结点24的其中一个结点处于恒温环境(可通过外敷隔热材料等手段实现)，另一个结点接触待测物体并感测热量。由于第一结点23和第二结点24存在温度差，根据塞贝克效应，就会有相应的电势输出(表现为电压)，热电偶的输出电势与热流密度相关，从而实现对热流密度的瞬态测量，也即实现温度的测量，灵敏度高。

本实施例中，通过设置多个热电偶搭接，能放大薄膜热传感器的输出信号。具体实施时，可通过增加热电偶的个数来提高薄膜热传感器的灵敏度，不需要再进行信号放大处理。

本实施例中，不仅设置第一薄膜20，还设置与第一薄膜20结构相同的第二薄膜50，从而可从基板10的第一表面11和第二表面12进行热流密度的测量，进一步的提高测量灵敏度和精度。

一种实施例中，热电偶包括同层设置的第一电极21和第二电极22，第一电极21和第二电极22的延伸方向相同，且第一电极21和第二电极22的同一侧端部搭接而形成第一结点23。

本实施例中，第一电极21和第二电极22的一端搭接而构成一个热电偶，搭接的具体结构可以为在第一电极21和第二电极22的端部设置两个连接部，两个连接部层叠连接。一个热电偶与另一个热电偶通过首尾搭接的方式连接，多个热电偶依次搭接形成的整体又称为热电堆。换而言之，热电堆是多个热电偶串联形成，热电偶是第一电极21和第二电极22串联形成。

本实施例中，还可通过改变第一电极21和第二电极22的形状和尺寸等调节测量的精度，由于电阻也会影响到电势，故可改变第一电极21和/或第二电极22的长度、宽度等尺寸以改变其电阻。一种实施例中，如图2所示的，多个第二电极22的长度和宽度大致相同，而多个第一电极21的长度大致相同，宽度有的较宽，有的较窄。本实施例并不对其中的具体形状和尺寸做具体限定，应当理解，根据需要可进行适合的形状和尺寸的设置即可，不再赘述。

本实施例中，通过设置第一电极21和第二电极22的延伸方向相同，且第一电极21和第二电极22的同一侧端部搭接而形成第一结点23，形成的第一薄膜20的结构较为规则，便于与待测物体进行连接以测温。

一种实施例中，多个热电偶的整体构成的热电堆的形状为方形、圆形、波浪形或蛇形中的任意一种。可选的，如图2所示的，多个热电偶的整体构成的热电堆的形状为蛇形(又可称为“Z”字型或“S”字型)。如图4a所示的，多个热电偶的整体构成的热电堆的形状为方形，如图4b所示的，多个热电偶的整体构成的热电堆的形状为圆形，如图4c所示的，多个热电偶的整体构成的热电堆的形状为波浪形。当然，上述形状只是示例性的，多个热电偶构成的热电堆的形状可根据具体需要进行设置，不局限于附图中所示以及前文所举例的形状。

一种实施例中，热电偶中的第一电极21和第二电极22的材质分别为两种不同的材质，其具体组合可为铋-锑、铂-铂铑、铁-康铜、铜-康铜、铁-铜镍、镍铬-镍铝、钯-锑、铬-铋或铬-金组合中的任意一种。可选的，采用塞贝克系数较大的两种材料作为热电堆的材料，可以实现超高灵敏度的热流测量。其中，铋(Bi)和锑(Sb)的塞贝克系数差高达122μV/K，将铋(Bi)和锑(Sb)作为热电堆的两种材料，可以实现超高灵敏度的热流测量，并且成本非常低。而铜-康铜是常见的材料，容易取得，成本低。

一种实施例中，薄膜热传感器还包括第一连接部30，第一连接部30设置在第一表面11。第一连接部30包括第一子连接部31和第二子连接部32，多个热电偶的一端与第一子连接部31连接，多个热电偶的另一端与第二子连接部32连接，第一子连接部31和第二子连接部32均设于靠近多个第二结点24的一侧。

本实施例中，请结合参考图3，第一连接部30用于与外部电极90(如柔性电路板)连接，以输出信号。第一连接部30设置在基板10靠近第二结点24的一侧，能方便薄膜热传感器的使用，可将第一结点23与待测物体接触，而第二结点24和第一连接部30做恒温处理，能保护第一连接部30及外部电极90。

本实施例中，请参考图1，薄膜传感器还包括第二连接部60，第二连接部60设置在第二表面12，第二连接部60的结构和第一连接部30相同。第二连接部60用于与第二薄膜50的热电偶连接，参考第一连接部30与第一薄膜20的热电偶的连接即可。通过设置第二连接部60，用于与外部电极90连接，以输出信号。

一种实施例中，第一连接部30的材质与热电偶的其中一种材质相同。由于热电偶的第一电极21和第二电极22分别为两种不同的材质，而第一连接部30采用热电偶的其中一种材质，可减少材料类型。此外，第一连接部30与热电偶的连接可以为一端搭接，另一端一体成型。如图2所示的，第一子连接部31与热电偶搭接，第二子连接部32与热电偶为一体成型的结构。

一种实施例中，请参考图3，基板10开设有贯穿第一表面11和第二表面12的通孔13，第一连接部30和第二连接部60通过设置于通孔13内的导通部80连接。

具体的，导通部80包括互不电性连接的第一导通部(图中未示出)和第二导通部(图中未示出)，第一连接部30的第一子连接部31和第二连接部60的第一子连接部通过设置于通孔13内的第一导通部连接，第一连接部30的第二子连接部32和第二连接部60的第二子连接部通过设置于通孔13内的第二导通部连接。

本实施例中，请参考图1，当未设置通孔13及导通部80时，第一连接部30和第二连接部60需各自与一个外部电极90连接，以分别输出信号。此方式需与两个外部电极90进行两次绑定，操作不便。本实施例中，如图3所示，通过开设通孔13并通过导通部80连接第一连接部30和第二连接部60，只需与一个外部电极90进行一次绑定，操作方便，也节省了一个外部电极90，降低了成本。

一种实施例中，第一连接部30、导通部80和第二连接部60为同一金属材质，可降低不同金属材质之间的阻抗。可选的，第一连接部30和导通部80，或者，第二连接部60和导通部80为一体成型工艺制作形成。

一种实施例中，请参考图1和图3，薄膜热传感器还包括第一保护层40和第二保护层70，第一保护层40包覆在第一薄膜20上，并露出第一连接部30；第二保护层70的结构与第一保护层40相同。

第一保护层40和第二保护层70用于保护热电偶的结构，减少热电偶受到外界环境的干扰破坏。第一保护层40和第二保护层70的材质可为聚酰亚胺或其他绝缘材料。

第一保护层40包覆第一薄膜20，并露出第一连接部30，使得第一连接部30可以与外部电极90进行绑定，实现信号传输，第二保护层70同样包覆第二薄膜50，并露出第二连接部60，使得第二连接部60可以与外部电极90进行绑定，实现信号传输。

本实用新型实施例还提供一种电子设备，该电子设备包括本实用新型实施例提供的薄膜热传感器。该电子设备例如为温度测量仪、可穿戴设备、智能手机等。

本实用新型的电子设备，通过采用本实用新型实施例提供的薄膜热传感器，薄膜热传感器设置多个热电偶搭接，能放大薄膜热传感器的输出信号。具体实施时，可通过增加热电偶的个数来提高薄膜热传感器的灵敏度，不需要再进行信号放大处理。

请参考图1至图3，下面简要介绍本实用新型实施例的薄膜热传感器的制作工艺。

1、在基板10的第一表面11形成第一薄膜20，以及在第二表面12形成第二薄膜50。

具体的，在第一表面11镀制第一金属层，并通过设光阻、曝光、显影、蚀刻、剥膜等工艺形成多个第一电极21。此后，在第一表面11镀制第二金属层，通过设光阻、曝光、显影、蚀刻、剥膜等工艺形成多个第二电极22，其中，第一电极21和第二电极22的一端搭接形成热电偶，相邻两个热电偶的首尾搭接，最终形成第一薄膜20。在第二表面12形成第二薄膜50的工艺与在第一表面11形成第一薄膜20的相同，参考以上即可。

2、形成第一连接部30和第二连接部60。

具体的，形成第一连接部30和第二连接部60的工艺可采用在第一表面11形成第一薄膜20的相同工艺。

可选的，可在形成第一电极21或第二电极22时一体成型第一连接部30。

在设有通孔13及导通部80的实施例中，还包括在基板10上开设通孔13的工艺，形成第一连接部30和第二连接部60时，可同时形成导通部80。

3、形成第一保护层40和第二保护层70。

具体的，形成第一保护层40的工艺可为在第一薄膜20上设绝缘层，通过图案化绝缘层形成第一保护层40，使得第一保护层40覆盖第一薄膜20，并露出第一连接部30，采用同样的工艺形成第二保护层70。

自此，完成本申请实施例的薄膜热传感器的制作，后续使用时，将外部电极90与第一连接部30和/或第二连接部60连接，实现信号传输。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施方式而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施方式的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种薄膜热传感器，其特征在于，包括：

基板，所述基板包括相背的第一表面和第二表面；

第一薄膜，设置在所述第一表面，所述第一薄膜包括多个热电偶，多个所述热电偶依次首尾搭接，所述热电偶的两个电极搭接处形成第一结点，相邻两个所述热电偶搭接处形成第二结点，多个所述第一结点位于所述基板的第一侧，多个所述第二结点位于所述基板的远离所述第一侧的第二侧；以及

第二薄膜，设置在所述第二表面，所述第二薄膜的结构与所述第一薄膜相同。

2.如权利要求1所述的薄膜热传感器，其特征在于，所述热电偶包括同层设置的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极的延伸方向相同，且所述第一电极和所述第二电极的同一侧端部搭接而形成所述第一结点。

3.如权利要求2所述的薄膜热传感器，其特征在于，多个所述热电偶的整体形状为方形、圆形、波浪形或蛇形中的任意一种。

4.如权利要求2所述的薄膜热传感器，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极的材质为铋-锑、铂-铂铑、铁-康铜、铜-康铜、铁-铜镍、镍铬-镍铝、钯-锑、铬-铋或铬-金组合中的任意一种。

5.如权利要求1至4任一项所述的薄膜热传感器，其特征在于，所述薄膜热传感器还包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部设置在所述第一表面，所述第二连接部设置在所述第二表面，所述第一连接部包括第一子连接部和第二子连接部，多个所述热电偶的一端与所述第一子连接部连接，另一端与所述第二子连接部连接，所述第一子连接部和所述第二子连接部均设于靠近多个所述第二结点的一侧，所述第二连接部的结构和所述第一连接部相同。

6.如权利要求5所述的薄膜热传感器，其特征在于，所述第一连接部的材质与所述热电偶的其中一种材质相同。

7.如权利要求5所述的薄膜热传感器，其特征在于，所述基板开设有贯穿所述第一表面和所述第二表面的通孔，所述第一连接部的所述第一子连接部和所述第二连接部的所述第一子连接部通过设置于所述通孔内的第一导通部连接，所述第一连接部的所述第二子连接部和所述第二连接部的所述第二子连接部通过设置于所述通孔内的第二导通部连接。

8.如权利要求7所述的薄膜热传感器，其特征在于，所述第一连接部、所述第一导通部、所述第二导通部和所述第二连接部为同一金属材质。

9.如权利要求5所述的薄膜热传感器，其特征在于，所述薄膜热传感器还包括第一保护层和第二保护层，所述第一保护层包覆在所述第一薄膜上，并露出所述第一连接部；所述第二保护层的结构与所述第一保护层相同。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的薄膜热传感器。

Images