一种NTC温度传感器的制作方法

一种ntc温度传感器
技术领域
1.本实用新型涉及温度传感器领域，尤其是一种ntc温度传感器。


背景技术：

2.储能电池上设置有对极柱温度（或其它位置的温度）进行检测的温度传感器，这些温度传感器大都采用热敏材料制成，热敏材料的封装方式一般有玻璃封装和塑料封装两类。
3.玻璃封装是指：在热敏材料的两个电极上分别通过银浆焊接引线，再通过玻璃烧结进行玻封，玻封后的温度传感器放置到ot端子里，用环氧胶再次封装，达到密封效果，之后将带温度传感的ot端子用螺丝固定在电池的极柱上。这种封装方式制成的温度传感器在进行温度检测时，被测物体的温度需要通过多层介质间接的给热敏材料传热，热传导性能差，影响了温度传感效率，导致温度采集响应慢。此外，这类温度传感器在一些恶劣的环境中长期使用时，还会发生银迁移的问题，影响温度采集的精度，严重的还会导致传感器失效。
4.塑料封装是指：在热敏材料的两个电极上分别通过银浆焊接引线，再通过环氧树脂进行封装，这类传感器大都通过导电胶贴装的方式安装在被测物上，在贴装过程中，导电胶容易发生溢胶，从而爬到热敏材料的周边，影响电阻阻值，使阻值漂移和不稳定，需要通过后续老化筛选出不同阻值的传感器，导致一致性差。并且在后续长期使用过程中，同样会出现银迁移的问题，导致电阻阻值发生变化，影响传感器的精度，严重的还可能导致传感器失效。
5.作为必要的说明，上文中的银迁移是指：在银浆的贴装过程中，由于银浆本身的特性，导致银浆往热敏材料周边爬移，且由于银浆的量不容易控制，银浆的爬移高度都不一样，这就会改变热敏电阻的阻值，并且阻值的一致性很差，所以就会出现后续的温度漂移和银迁移等一系列问题。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是解决现有技术中热敏材料封装结构不合理，导致温度传感器阻值一致性差和温度响应慢的问题。
7.首先，本实用新型提供一种ntc温度传感器，包括由导热材料制成的导热底板，设置在导热底板上、且由热敏材料制成的热敏电阻，热敏电阻和导热底板之间通过金锡共晶层连接，金锡共晶层完全覆盖热敏电阻朝向导热底板那侧的表面。
8.作为优选，热敏电阻具有第一电极层和第二电极层，所述的金锡共晶层覆盖在第二电极层的表面。
9.作为优选，第一电极层上设置有第一电极引脚。
10.作为优选，所述的第一电极引脚与第一电极层之间通过引线连接。
11.作为优选，所述的第一电极引脚设置有多个，并且分别通过各自的引线与第一电
极层连接；引线为金线或铜线。
12.作为优选，导热底板上设置有第二电极引脚；所述的第二电极引脚一体成型在导热底板上；所述的第二电极引脚有多个，并且对称的设置在导热底板上。
13.作为优选，导热底板包括连接部和设置在连接部上并向外延伸的延伸部，所述的热敏电阻设置在连接部上，连接部用于与被测物接触向热敏电阻传递温度变化，延伸部用于使连接部与被测物的位置固定；
14.连接部和延伸部之间设置有热传导缓冲孔，热传导缓冲孔贯穿导热底板相对的两侧，以减小连接部和延伸部的连接面积。
15.作为优选，热敏电阻的外部设置有硅脂。
16.作为优选，热敏电阻和导热底板的外侧设置有环氧树脂。
17.作为优选，第一电极层的厚度为0.01~0.06mm；第二电极层的厚度为0.01~0.06mm；金锡共晶层的厚度为0.03~0.06mm；导热底板的厚度为0.2~0.5mm。
18.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过金锡共晶层将热敏电阻基体和导热底板连接在一起，不再像现有技术中那样使用银浆，因此不会出现银迁移等问题，温度传感器的阻值一致性好。其次，被测物体的温度可以认为直接通过导热底板传递给热敏电阻基体，相对于现有技术中需要通过多层介质间接传递而言，提高了热传递的效率，提高检测结果的准确性。
附图说明
19.图1为热敏电阻的剖面图。
20.图2为热敏电阻安装在导热底板上的示意图。
21.图3为热敏电阻初步封装在导热底板上的示意图。
22.图4为温度传感器的立体图。
23.图5为图4中温度传感器的俯视图。
24.图6为图4中温度传感器的爆炸图。
具体实施方式
25.本技术中的温度传感器是利用热敏材料对不同温度具有不同电阻的特性制成的传感器，其中，热敏材料可以是ntc（负温度系数热敏材料）。
26.图1示出了热敏电阻4的剖面图，在图1中，热敏电阻基体41的上下表面上分别设置有第一电极层42和第二电极层43，在本实施例中，第一电极层42和第二电极层43的材质均为金，因为金的导电性和导热性都比较好，且不易被氧化，也不发生银迁移的问题。但在某些实施例中，第一电极层42的材质可以为银。第一电极层42和第二电极层43分别铺满热敏电阻4的上下表面，并且各个电极层的厚度均匀，约为0.03mm。第一电极层42和第二电极层43作为热敏电阻基体41的两个电极，便于后续温度传感器的接线。第二电极层43的底部设置有金锡共晶层44，金锡共晶层44将第二电极层43的底部（也可以认为是热敏电阻基体41的底部）完全覆盖，金锡共晶层44厚度均匀，为0.03~0.06mm。
27.需要说明的是，所谓的金锡共晶是通过电解作用，将镀液中的亚金和亚锡离子按照质量分数au80%、sn20%的含量沉积在定制的位置上。金锡共晶层44具有高强度、高耐腐蚀
性、高抗蠕变性和良好的导热性、浸润性、导电性。
28.此外，第一电极层42的位置并不局限于设置在热敏电阻基体41的上表面上，也可以设置在热敏电阻基体41的周向的侧面，但需要设计合理的面积，具体地说，电极的设计和侧面的截面积是根据热敏电阻传感器参数来设计的，因此在改变电极位置的同时需要兼顾传感器参数和设计。
29.继续参见图1，金锡共晶层44的底部连接在一块导热底板5上，导热底板5可以为（铜、铜镀镍）等导热性能较好的材料，导热底板5作为温度传感器与被测物体接触的部件，在本实施例中，导热底板5为片状结构，厚度较小（0.2~0.5mm），并且底面为平面，便于与被测物连接。使用时，将导热底板5的底面固定在被测物体上，从而被测物体的温度依次传递给导热底板5、金锡共晶层44和第二电极层43，最终传递到热敏电阻基体41，从而使得热敏电阻基体41的电阻发生变化。
30.热敏电阻基体41通过金锡共晶层44与导热底板5连接具有以下优点：首先，金锡共晶层44具有高抗蠕变性和良好的导热性及导电性，因此不会像现有技术中采用银浆，而出现银迁移和爬胶的问题，这种结构的温度传感器阻值可控，并且一致性好。此外，虽然热敏电阻基体41和导热底板5之间还存在金锡共晶层44和第二电极层43，但注意到金锡共晶层44和第二电极层43的厚度非常小，仅有微米级，因此可以认为温度是从导热底板5直接传递给热敏电阻基体41的，这样的结构避免了像现有技术中需要通过其它多层介质来传导间接的传感热，大大提升了热传递效果。
31.结合图2，导热底板5包括用于与被测物接触放入连接部51和设置在连接部51上并向外延伸的延伸部52，延伸部52用于将导热底板5相对固定的进行安装，使连接部51能始终连接在被测物上。在本实施例中，延伸部52有两个，并朝向相反的方向延伸，从而使得连接部51位于导热底板5的中间位置。但在其它实施例中，延伸部52的数量可以为一个或者三个以上，并且延伸部52的外形不做限定，可以是如图2中那样以直线向外延伸，也可以是以折线、曲线的形式向外延伸。
32.需要说明的是，这里的延伸部52和连接部51是相对而言的，即热敏电阻4安装在导热底板5附近的位置即可定义为连接部51，连接部51的外围区域即可定义为延伸部52，因此不排除某些实施例中，仅有连接部51而没有延伸部52的情况。
33.如图2所示，本实施例中，热敏电阻4设置在连接部51的上端面且靠近中央的位置，这样使得无论连接部51哪个位置的温度产生变化，都能快速的被热敏电阻4感应到，提升温度传感器的灵敏度。
34.此外，考虑到延伸部52通常也会直接固定在被测物上，尤其是将温度传感器安装在电池极柱上检测极柱温度的情形，为了尽可能避免由于延伸部52的温度变化，连接部51的温度产生变化，在延伸部52和连接部51之间设置有热传导缓冲孔53，从而使得延伸部52和连接部51之间的接触面积减小，这样能降低热传导的速度，减小来自延伸部52的温度变化。作为优选，热传导缓冲孔53的数量为1~3个，在保证缓冲效果的同时确保延伸部52和连接部51之间的连接强度。热传导缓冲孔53最好贯穿导热底板5的上下表面，以进一步减小延伸部52和连接部51之间的连接面积。
35.继续参见图2，导热底板5上还固定连接有多个第二电极引脚501、502、503、504，在本实施例中，这些第二电极引脚一体成型在导热底板5上。这些第二电极引脚通常为金属材
质，例如铝或铜，从而第二电极引脚依次通过导热底板和金锡共晶层44连接在第二电极层43上，即第二电极引脚作为温度传感器的一个接线端。此外，注意到上述的第二电极引脚直接连接在导热底板5上，因此当导热底板5安装在电池极柱上时，第二电极引脚还可以采集电池的电压信息。
36.第一电极层42上设置有引线201、202（可以是金线，也可以是铜线），引线201、202的另一端连接有第一电极引脚505、506，从而第一电极引脚间接的连接在第一电极层42上，即第一电极引脚作为温度传感器的另一个接线端。为了避免传感器接线时的方向问题，本实施例中，第一电极引脚有两个并且对称的设置在导热底板5上。
37.如图3所示，在设置了上述的引线201、202之后，为了避免后续环氧树脂1封装中的应力对热敏电阻4造成损坏，热敏电阻4的外侧设置有一层硅脂3，来缓冲应力。硅脂3包覆在热敏电阻4裸露的部分。
38.如图4和6所示，导热底板5和热敏电阻4的外侧还包裹有一层环氧树脂1，实现温度传感器的封装，达到密封效果。第一电极引脚和第二电极引脚的外端均伸出到环氧树脂1的外侧，以便于后续温度传感器的接线，同时也能提高第一电极引脚和第二电极引脚连接强度，尤其是将第一电极引脚的位置相对固定。
39.本实施例中，以温度传感器安装在电池的极柱上说明如何实现温度传感器的安装和检测。首先，将导热底板5的连接部51的底面安装到极柱的外表面上，使两者紧密贴合，然后通过激光焊接的方式将延伸部52固定在极柱的外表面上，从而实现温度传感器的固定。然后进行接线，例如将其中一根温度采集线连接在第二电极引脚501上，另一根温度采集线连接在第一电极引脚505上，则可以实现极柱温度的采集。
40.本实用新型的温度传感器具有以下技术效果：通过金锡共晶层44将热敏电阻基体41和导热底板5连接在一起，不再像现有技术中那样使用银浆，因此不会出现银迁移等问题，温度传感器的阻值一致性好。其次，被测物体的温度可以认为直接通过导热底板5传递给热敏电阻基体41，相对于现有技术中需要通过多层介质间接传递而言，提高了热传递的效率，提高检测结果的准确性。
41.本实用新型还提供一种制造上述温度传感器的方法，依次通过以下步骤：
42.s1：在热敏电阻基体41的上下表面上分别印刷一层厚度约为0.03mm的金层，之后通过高温烧结的方式，在热敏电阻基体41的上下表面分别形成具有良好附着力和导电性的第一电极层42和第二电极层43。
43.s2：在第二电极层43上印刷一层金锡合金材料，之后通过高温烧结的方式，形成金锡共晶层44；或者在第二电极层43上电镀一层金锡共晶层44；所形成的金锡共晶层44的厚度在0.03~0.06mm之间。
44.s3：以贴装的方式，将上述热敏电阻4的金锡共晶层44与导热底板5连接，贴装后通过300℃~310℃的温度进行焊接。
45.s4：在第一电极层42上使用打线工艺，用引线201、202连接第一电极引脚505、506。
46.s5：在热敏电阻4上点一层硅脂3。
47.s6：通过环氧树脂1对热敏电阻4和导热底板5进行封装。
48.上述制造方法具有以下技术效果：通过高温烧结的方式能确保第一电极层42和第二电极层43稳固连接在热敏电阻基体41的外表面上，防止脱落。金锡共晶层44环绕导热底
板5之间通过先贴装再焊接的方式进行固定，确保热敏电阻4能准确且稳固的安装在导热底板5上。第一电极引脚505、506通过引线201、202与第一电极层42连接，提高了使用时的可靠性，具体的，通过在一个电极上同时连接了两根引脚，如果一个引脚出现故障，那么另外一个引脚依然可以工作。通过设置硅脂3能缓冲应力，避免后续环氧树脂1封装中的应力对热敏电阻4造成损坏。
49.以上为对本实用新型实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施列，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种ntc温度传感器，其特征在于，包括由导热材料制成的导热底板（5），设置在导热底板（5）上、且由热敏材料制成的热敏电阻（4），热敏电阻（4）和导热底板（5）之间通过金锡共晶层（44）连接，金锡共晶层（44）完全覆盖热敏电阻（4）朝向导热底板（5）那侧的表面。2.根据权利要求1所述的ntc温度传感器，其特征在于，热敏电阻（4）具有第一电极层（42）和第二电极层（43），所述的金锡共晶层（44）覆盖在第二电极层（43）的表面。3.根据权利要求2所述的ntc温度传感器，其特征在于，第一电极层（42）上设置有第一电极引脚（505、506）。4.根据权利要求3所述的ntc温度传感器，其特征在于，所述的第一电极引脚（505、506）与第一电极层（42）之间通过引线（201、202）连接。5.根据权利要求4所述的ntc温度传感器，其特征在于，所述的第一电极引脚（505、506）设置有多个，并且分别通过各自的引线（201、202）与第一电极层（42）连接；引线（201、202）为金线或铜线。6.根据权利要求1所述的ntc温度传感器，其特征在于，导热底板（5）上设置有第二电极引脚（501、502、503、504）；所述的第二电极引脚（501、502、503、504）一体成型在导热底板（5）上；所述的第二电极引脚（501、502、503、504）有多个，并且对称的设置在导热底板（5）上。7.根据权利要求1所述的ntc温度传感器，其特征在于，导热底板（5）包括连接部（51）和设置在连接部（51）上并向外延伸的延伸部（52），所述的热敏电阻（4）设置在连接部（51）上，连接部（51）用于与被测物接触向热敏电阻（4）传递温度变化，延伸部（52）用于使连接部（51）与被测物的位置固定；连接部（51）和延伸部（52）之间设置有热传导缓冲孔（53），热传导缓冲孔（53）贯穿导热底板（5）相对的两侧，以减小连接部（51）和延伸部（52）的连接面积。8.根据权利要求1所述的ntc温度传感器，其特征在于，热敏电阻（4）的外部设置有硅脂（3）。9.根据权利要求1所述的ntc温度传感器，其特征在于，热敏电阻（4）和导热底板（5）的外侧设置有环氧树脂（1）。10.根据权利要求1所述的ntc温度传感器，其特征在于，第一电极层（42）的厚度为0.01~0.06mm；第二电极层（43）的厚度为0.01~0.06mm；金锡共晶层（44）的厚度为0.03~0.06mm；导热底板（5）的厚度为0.2~0.5mm。

技术总结
本实用新型涉及温度传感器领域，尤其是一种NTC温度传感器，包括由导热材料制成的导热底板，设置在导热底板上、且由热敏材料制成的热敏电阻，热敏电阻和导热底板之间通过金锡共晶层连接，金锡共晶层完全覆盖热敏电阻朝向导热底板那侧的表面。通过金锡共晶层将热敏电阻基体和导热底板连接在一起，不再像现有技术中那样使用银浆，因此不会出现银迁移等问题，温度传感器的阻值一致性好。其次，被测物体的温度可以认为直接通过导热底板传递给热敏电阻基体，相对于现有技术中需要通过多层介质间接传递而言，提高了热传递的效率，提高检测结果的准确性。的准确性。的准确性。


技术研发人员：朱利安 郑益 夏晨强 李哲楠
受保护的技术使用者：杭州高特电子设备股份有限公司
技术研发日：2023.01.13
技术公布日：2023/7/27