本发明属于传感器技术领域，具体的是涉及一种嵌入多层pcb板的薄膜热电偶温度传感器、瞬态温度监测系统和方法，其适用于监测多层pcb板运行和加工过程中温度的高精密测量领域。
背景技术：
随着计算机、移动设备、通讯设施等行业的高速发展，相关电子产品正向着智能化、高密度、集成化、小型化的方向发展，印制电路板(pcb)作为电子元器件的连接和支撑体，在电子产品中起中继传输作用，高密度集成化的电子产品对pcb板的质量提出了更高的要求。其中，pcb板的层间温度是影响pcb板质量和各种电子产品寿命的一个重要因素，pcb板层间温度一直是业界所关心以及很难解决的技术难题，在pcb板钻削加工过程中过高的层间温度可能导致钻孔质量降低甚至造成pcb板绝缘和联接失效等问题。运行过程中一旦pcb板的层间温度超过pcb板所能承受的阈值则会引起pcb板烧毁、电路的短路、断路等情况，给生命财产造成巨大损失。
目前，pcb板温度测量方法主要是非接触式红外线测量和接触式感温涂层测量。其中，非接触式红外线测量主要测量的是pcb板表面的平均温度，不能测量中间各层的准确温度数据，而接触式感温涂层测量虽能直接测量每层的温度数据，但在用显微镜观察其显色直径过程中存在较大误差从而导致测量温度数据的较大误差。以上各测量方法很难满足测量要求且目前尚无准确测量的有效方法。
技术实现要素：
鉴于现有技术无法对多层pcb板的层间瞬态温度进行准确、实时测量的技术难题，本发明提出了一种嵌入多层pcb板的薄膜热电偶温度传感器、瞬态温度监测系统和方法，以解决现有技术中所存在的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案：
一种嵌入多层pcb板的薄膜热电偶温度传感器，其特征在于，包括：
单层覆铜板；
沉积于所述单层覆铜板表面的绝缘薄膜；
沉积于所述绝缘薄膜上的第一薄膜热电极；
与所述第一薄膜热电极相互搭接以构成热接点的第二薄膜热电极；
沉积于薄膜热电偶热接点表面的保护薄膜；
作为第一薄膜热电极的引线的第一补偿导线；
作为第二薄膜热电极的引线的第二补偿导线；
以及与所述镀有薄膜热电偶的单层覆铜板进行压合以构成薄膜热电偶传感器保护板的单层覆铜板。
进一步的，所述第一薄膜热电极为两个分别沿热电偶轴线对称分布的矩形薄膜热电极；所述第二薄膜热电极为沿热电偶轴线对称分布的一端与两个第一薄膜热电极均相互搭接的t型薄膜热电极，两个热电极相搭接重合的部分为热接点。
进一步的，所述单层覆铜板由铜箔材料层-半固化片-铜箔材料层根据pcb板压合工艺和参数依次叠加压合而成。
进一步的，所述半固化片为经过处理的玻璃纤维布，浸渍上环氧树脂胶液，再经热处理(预烘)制成的薄片材料。
进一步的，所述绝缘薄膜为采用直流脉冲磁控溅射加射频偏压间歇性沉积制备而成的sio2薄膜；所述第一薄膜热电极以及第一补偿导线均采用镍铬合金材料制备；所述第二薄膜热电极以及第二补偿导线均采用镍硅合金材料制备；所述保护薄膜为采用直流脉冲磁控溅射加射频偏压间歇性沉积制备而成的sioxny保护薄膜。
本发明的另一目的是要提供一种基于所述薄膜热电偶传感器的瞬态温度检测系统，其包括：
位于任意需要监测瞬态温度的pcb板之间的薄膜热电偶传感器，且所述薄膜热电偶传感器经由pcb板压合工艺和参数与所述多个半固化片和pcb板压合成整体；
多个pcb板；
多个半固化片，每一半固化片均位于两个所述pcb板之间；
与所述薄膜热电偶传感器连接的冷端补偿器；
与所述冷端补偿器连接的信号放大模块；
与所述信号放大模块连接的数据采集模块；
以及计算机上位机软件，其用于对所述薄膜热电偶传感器感应的温度数据进行实时采集、存储以及监测。
本发明的另一目的是要提供一种基于所述薄膜热电偶传感器的瞬态温度检测方法，其包括：
s1、根据实际需要将多个半固化片和pcb板以及至少一个所述薄膜热电偶传感器根据pcb板压合工艺和参数压合成整体，所述薄膜热电偶传感器被置于任意两个需要监测瞬态温度的半固化片和中间层pcb板之间；
s2、通过导线与所述薄膜热电偶传感器的第一补偿导线、第二补偿导线分别连接，在对连接点绝缘处理后放置于冷端补偿器中；使得从冷端补偿器中引出的导线与信号放大器输入端连接；信号放大器输出端与数据采集模块连接；数据采集模块与计算机连接，计算机安装有用于对所述薄膜热电偶传感器感应的温度数据进行实时采集、存储以及监测的上位机软件；
s3、通过计算机上位机软件对热电偶传感器的数据进行实时监测。
进一步的，所述数据采集模块为多通道采集模块，其能够同时与多个薄膜热电偶传感器连接。
进一步的，所述每一个热电偶传感器包含两个薄膜热电偶独立工作，能够对同一温度点进行两次测量，可进一步提高测量精度。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明通过将在单层覆铜板上镀有薄膜热电偶构成的薄膜热电偶传感器直接嵌入在任意两个需要监测温度的pcb板层内，当与监测系统连接时可以实现对pcb板层间温度的实时准确测量；具有响应迅速、定位准确方便、测量精度高等优点。
附图说明
图1是本发明所述的薄膜热电偶传感器整体结构图；
图2是本发明薄膜热电偶传感器分层显示图；
图3是薄膜热电偶薄膜电极细节图；
图4是本发明在多层pcb板温度测量中的安装示意图；
图5是本发明瞬态温度检测系统的工作框图。
图中：1.作为保护板的单层覆铜板，2.sioxny保护薄膜，3.第一薄膜热电极，4.绝缘保护胶，5.第一补偿导线，6.单层覆铜板，7.第二薄膜热电极，8.第二补偿导线，9.sio2绝缘薄膜，10.导电银胶，11.半固化片，12.中间不同层数的pcb板，a、b.薄膜热电偶热接点，m.嵌入多层pcb板薄膜热电偶传感器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
如图1-图4所示，本发明提出了一种在pcb板嵌入薄膜热电偶的薄膜热电偶传感器，其特征在于，包括：经过清洗抛光的单层覆铜板6；沉积于所述单层覆铜板上的薄膜热电偶；以及与所述单层覆铜板根据pcb板压合工艺和参数进行压合以构成薄膜热电偶传感器的单层覆铜板保护板1。
进一步的实例1，所述薄膜热电偶包括：沉积于pcb基板表面的绝缘薄膜；沉积于所述绝缘薄膜上的第一薄膜热电极3；与所述第一薄膜热电极相互搭接以构成热接点a、b的第二薄膜热电极7；作为第一薄膜热电极的引线的第一补偿导线；作为第二薄膜热电极的引线的第二补偿导线；以及保护薄膜。
结合实例1进一步的实例2，所述第一薄膜热电极为两个分别沿热电偶轴线对称分布的矩形薄膜热电极；所述第二薄膜热电极为沿热电偶轴线对称分布的一端与两个第一薄膜热电极均相互搭接的t型薄膜热电极；其中，所述第一薄膜热电极与第二薄膜热电极沿热电偶轴线对称分布且两者连接形成沿热电偶轴线对称分布的矩形重合部分称为热接点(即测量端)，所述保护薄膜沉积于所述除两种薄膜热电极与补偿导线连接点之外的薄膜热电极表面上。
结合实例2进一步的实例3，所述绝缘薄膜为采用直流脉冲磁控溅射加射频偏压间歇性沉积制备而成的sio2绝缘薄膜9；所述第一薄膜热电极3以及第一补偿导线5均采用镍铬合金材料即nicr合金材料制备；所述第二薄膜热电极7以及第二补偿导线8均采用镍硅合金材料即nisi合金材料制备；所述保护薄膜为在热接点上采用直流脉冲磁控溅射加射频偏压间歇性沉积制备而成的sioxny保护薄膜2，；其中，所述的热接点为形状呈矩形且沿传感器轴向对称分布的面积为2mm×2mm的热接点，可以根据测量精度及响应时间需要通过镀膜过程中掩膜来加以控制，且可以通过两个对称的热接点对同一温度数据进行测量以增加测量精度，所述sio2绝缘薄膜厚度为2.5μm，第一薄膜热电极为镍铬薄膜热电极，其厚度为800nm，第二薄膜热电极为镍硅薄膜热电极，其厚度为800nm，sioxny保护薄膜厚度为1μm，第一补偿导线为镍铬补偿导线，第二补偿导线为镍硅补偿导线。
结合实例3进一步的实例4，所述单层覆铜板由铜箔材料层-半固化片-铜箔材料层根据pcb板压合工艺和参数依次叠加压合而成；将作为保护板的单层覆铜板按照pcb板压合工艺和参数与镀有薄膜热电偶的单层覆铜板进行压合组成薄膜热电偶传感器整体m；且压合后薄膜热电偶传感器的第一薄膜热电极与第一补偿导线用导电胶粘接并用绝缘胶进行保护，第二薄膜热电极与第二补偿导线用导电胶粘接并用绝缘胶进行保护；所述导电胶为常温快干导电银胶10，绝缘保护胶4采用单组份室温固化硅橡胶绝缘保护胶；作为保护板的单层覆铜板用于保护薄膜热电偶，该保护板在薄膜热电偶引线处留有缺口。
如图5所示，本发明还提出了一种基于所述薄膜热电偶传感器的瞬态温度监测系统，其包括：
多个半固化片，多个pcb板；
位于任意两个需要监测瞬态温度的pcb板之间的薄膜热电偶传感器，且所述薄膜热电偶传感器经由pcb板压合工艺和参数与所述多个半固化片和pcb板压合成整体；
与所述薄膜热电偶传感器连接的冷端补偿器；
与所述冷端补偿器连接的信号放大模块；
与所述信号放大模块连接的数据采集模块；
以及计算机上位机软件，其用于对所述薄膜热电偶传感器感应的温度数据进行实时采集、存储以及监测。
进一步的，如图4、图5所示：所述系统包括拥有两个热接点构成的独立的两个的薄膜热电偶传感器m所述数据采集模块为多通道采集模块，其能够同时与多个薄膜热电偶传感器连接；将普通铜导线与镍铬补偿导线-镍硅补偿导线分别连接，连接点绝缘处理后放置与冷端补偿器中；从冷端补偿器中引出的铜导线与信号放大器输入端连接；所述的冷端补偿器为武汉普朗克精密仪表公司的6190a热电偶冰点仪；所述的信号放大模块为以ad620芯片为主控的精密仪表放大模块。所述的数据采集模块为ni-pxi-6071e高速、多通道数据采集设备；所述的计算机上位机软件为基于labview的温度监测系统。
本发明还提出了一种基于所述薄膜热电偶传感器的瞬态温度监测方法，其包括：
s1、根据实际需要将半固化片和pcb板与至少一个所述薄膜热电偶传感器根据pcb板压合工艺和参数压合成整体，所述薄膜热电偶传感器被置于任意两个需要瞬态温度监测的pcb板之间，位于半固化片11之间；
s2、通过导线与所述薄膜热电偶传感器的第一补偿导线、第二补偿导线分别连接，在对连接点绝缘处理后放置于冷端补偿器中；使得从冷端补偿器中引出的导线与信号放大器输入端连接；信号放大器输出端与数据采集模块连接；数据采集模块与计算机连接，计算机安装有用于对所述薄膜热电偶传感器所感应的温度进行实时采集、存储以及监测的上位机软件；
s3、通过计算机上位机软件对热电偶传感器的数据进行实时监测。
进一步的，本发明所提供的用于薄膜热电偶传感器的制作过程，包括：
步骤1、预处理：为了保证钻削过程中温度的准确性，本发明的单层覆铜板、半固化片均采用与待测温度pcb板相同的材料制成；裁剪好的待镀薄膜热电偶的单层覆铜板表面首先需要在抛光机上用不同粒度的抛光膏进行抛光处理，然后再进行传感器结构的制作；
步骤2、绝缘薄膜的制备：将经过抛光处理的单层覆铜板置于超声波清洗机内分别用丙酮、酒精和去离子水清洗两次，用n2气吹干后放入jzfzj-50s高真空多功能复合镀膜机的真空溅射室内，关闭溅射室；为保证所制备的绝缘薄膜结合力、致密性、绝缘性更好，优选sio2绝缘薄膜作为热电偶的绝缘薄膜，并采用直流脉冲磁控溅射加射频偏压间歇性沉积法制备所述sio2绝缘薄膜9，对应的工艺参数为在直流脉冲磁控溅射基础上加60v射频偏压，并且每溅射20分钟，暂停5分钟；每溅射1小时，暂停20分钟；
步骤3、薄膜热电极的制备：在制备好的sio2绝缘薄膜9上对称于单层覆铜板中心轴线两侧覆盖nicr掩模，采用直流脉冲磁控溅射法沉积第一薄膜热电极3，其制备过程所涉及的工艺参数参考sio2绝缘薄膜9；再在制备好的第一薄膜热电极3上覆盖nisi掩模并采用直流脉冲磁控溅射法沉积第二薄膜热电极7，其制备过程和第一薄膜热电极3相同；同时第一薄膜热电极3与第二薄膜热电极7形成的两个重合区域形成热电偶的热接点a、b；
步骤4、保护薄膜的制备：将第一薄膜热电极3与第二薄膜热电极7的引脚部分用铝箔纸包裹严实，让其余热电极裸露出来后，再在除第一薄膜热电极3与第二薄膜热电极7与第一补偿导线5、第二补偿导线8连接点之外的热电极表面上采用直流脉冲磁控溅射沉积sioxny保护薄膜2，其制备过程与参考第一薄膜热电极3或者第二薄膜热电极7的制备过程；
步骤5、将第一补偿导线5与第一薄膜热电极3用导电银胶粘接并在常温静置一小时，将两根第二补偿导线铰接后与第二薄膜热电极7用导电银胶粘接并静置一小时；待粘接牢固后在导电银胶10上涂覆适量单组份室温固化硅橡胶绝缘保护胶4以保护引脚粘接处；
步骤6、薄膜热电偶传感器的安装：在制备好的薄膜热电偶传感器m之间根据测试需要放入不同层数的pcb板12，然后将半固化片11和薄膜热电偶传感器m按照半固化片-薄膜热电偶传感器-半固化片的顺序与pcb板整齐叠合后一起放入pcb板压合机进行压合加工操作，在需要测试温度时，将薄膜热电偶传感器m按图5依次与测试元件连接即可进行温度监测实验。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。