基于可印刷的纳米材料热敏电阻的、用于追踪体温的温度传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明大体上设及体溫计领域，且特别设及基于可印刷的纳米材料热敏电阻的、 用于追踪体溫的溫度传感器。
【背景技术】
[0002] 在传统溫度感测技术的基础上，用于体溫追踪的智能/可穿戴设备正变得越来越 有挑战。典型地，溫度电子传感器由多个微小尖端组成，运些微小尖端由负溫度系数 (negativetemperaturecoefficient，NTC)陶瓷材料、销（PT-100)、或红外光设备制成。由 于热接触面积有限，运些电子传感器穿戴在人身上时感测溫度不够准确。对运些传感器而 言，环境溫度下与人体建立热平衡是有挑战的；因此运些体溫计测量体溫时会花费很长时 间，例如花费10-15分钟或更长。也存在一些柔性薄膜的销溫度传感器，但由于销很贵，它们 的面积局限于因此，难W将传统传感器作为持续监测和追踪生理信号的智能/可 穿戴设备，特别是当人体的生物计量信息几乎每秒都在变化的情况下。
【发明内容】
[0003]在一个方面，基于可印刷型热敏电阻的溫度传感器可包括用于溫度感测的负溫度 系数(NTC)热敏电阻，与该NTC热敏电阻电连接、且用于获取NTC热敏电阻感测的溫度值的控 制电子线路，用于为NTC热敏电阻和控制电子线路供电的电源，W及用于支撑NTC热敏电阻、 控制电子线路和电源的框架元件，其中该框架元件的至少部分是隔热的（thermally insulated)，W在该溫度传感器内建立热平衡。
[0004] NTC热敏电阻可包括基底、印刷在基底上的Si-c膜、W及印刷在基底上且电连接 Si-c膜和控制电子线路的电极。NTC热敏电阻还可包括设置在Si-c膜和电极上的第一层积 物（laminate)，W及设置在该第一层积物的顶表面上的第二层积物，该第二层积物用于防 止水分透入NTC热敏电阻内部。
[0005] 在一些实施例中，控制电子线路可包括与NTC热敏电阻的电极相连的恒流驱动电 路。恒流驱动电路可用一恒定电流、在低偏置下驱动NTC热敏电阻。该情况下，通过NTC热敏 电阻的电流可保持恒定，因此其工作溫度可基本控制在一允许范围内，从而极大地避免Β?ο膜内Si纳米颗粒与C纳米颗粒间的聚合物粘合剂的交联发生降解，且确保印刷型Si-c膜的 膜质量。
[0006]在另一方面，无线溫度传感器可包括用于溫度感测的NTC热敏电阻，与该NTC热敏 电阻电连接、且用于获取热敏电阻感测的溫度值的控制电子线路，接收来自控制电子线 路的溫度值且W无线方式发出该溫度值的无线模块，用于为NTC热敏电阻、无线模块和控制 电子线路供电的电源，W及用于支撑NTC热敏电阻、控制电子线路、无线模块和电源的框架 元件，其中该框架元件的至少部分是隔热的，W在该溫度传感器内建立热平衡。
[0007]NTC热敏电阻可包括依次设置的基底、感测元件、内层积物和外层积物。感测元件 可包括印刷在基底上的Si-c膜和电极，其中电极实现Si-c膜和控制电子线路的连接。内层 积物的WVTR可约为1-lOOg/mV天，且外层积物的WVTR可低于约O.lg/mV天，W便防止水分透 入NTC热敏电阻。
[0008] 控制电子线路可包括用恒定电流驱动NTC热敏电阻的恒流驱动电路，且包括采样 经由NTC热敏电阻的电极输出的感测电压的测量电路。基于恒定电流和NTC热敏电阻的电阻 值确定该感测电压。
[0009] 本发明的各实施例可提供基于可印刷型热敏电阻的溫度传感器。该溫度传感器可 配置有优良的隔热性能，从而当将溫度传感器附到人体上时，使得能够有快速和准确的体 溫追踪。
【附图说明】
[0010] W下结合附图可更好地理解本发明中对各个实施例的详细描述，其中相同结构用 相同标号表示。附图中：
[0011] 图1A是根据本发明第一实施例的溫度传感器的俯视图，其中溫度传感器集成有电 池和印刷电路板组件(printed-circuit-board-assembly，PCBA);
[0012] 图IB是根据本发明第二实施例的溫度传感器的俯视图，其中溫度传感器集成有无 线模块(无线1C)、电池和印刷电路板组件(PCBA);
[0013] 图1C是图1B中溫度传感器的横截面图；
[0014] 图2A是从顶部角度看具有封装的印刷型热敏电阻的透视图；
[0015] 图2B是图2A中的印刷型热敏电阻的横截面图；
[0016] 图3是制造印刷型热敏电阻的印刷工艺的设计图；
[0017] 图4是根据本发明实施例的、制造层积有防潮层(moisturebarrier)的印刷型溫 度传感器的流程图；
[0018] 图5是溫度传感器的控制电子线路的示意图，其中该控制电子线路用作溫度传感 器的可印刷型热敏电阻的驱动电路和读出电路；
[0019]图6是溫度传感器的控制电子线路的电路图；
[0020] 图7A图示了层积有PET的传感器在80°C/90%畑下保持3天后的DC偏置测试结果；
[0021] 图7B图示了层积有A1锥的传感器在80°C/90%RH下保持30天后的DC偏置测试结 果；
[0022] 图8A图示了在80°C/90%畑下保持213小时的加速测试前/后的电流对电压（IV)的 测量结果；
[0023 ] 图8B图示了在80°C/90 %I?H下保持213小时的加速测试前/后的电阻值测量结果；
[0024] 图9图示了溫度升高/降低循环过程中NTC热敏电阻的电阻值对溫度测量结果；
[0025] 图10A图示了在80°C/90%RH下保持250小时的加速测试前/后的电流对电压（IV) 的测量结果；
[0026] 图10B图示了在80°C/90%I?H下保持250小时的加速测试前/后的电阻值测量结果；
[0027] 图11A图示了PET/A1/EVA膜的WVTR测试结果，同时伴有该PET/A1/EVA膜的横截面 沈姻像；
[002引图11B图示了 50皿-厚的LCP膜的WVTR测试结果；
[0029]图12示出了有电流控制(CC模式)和没有电流控制(CV模式）的溫度传感器的溫度 响应；W及
[0030]图13示出了无线体溫计的快速响应，该无线体溫计背侧隔热，且具有大面积的热 敏电阻。
【具体实施方式】
[0031]W下将结合附图和各实施例对本发明做进一步详细说明。
[0032]本发明的各实施例中提供用于体溫追踪的溫度传感器(也可称作体溫计）。通过印 刷纳米颗粒技术可将包含有娃-碳纳米复合材料的溫度感测元件制造成印刷型热敏电阻， 从而准确和快速地测量人体溫度。具有低WVTR和高WVTR的混合层积物可用来封装该印刷型 热敏电阻，W便既获得最佳的印刷型膜固化条件，又获得更好的作为防潮层的层积物。溫度 传感器可与人皮肤表面呈保形接触(conformalcontact)，W用于大面积的溫度感测。该溫 度传感器可在背离人皮肤表面的背侧形成隔热性能，W便能够在体溫计内部建立快速热平 衡，且体溫感测可快至约1-2秒。体溫计还可设置有控制印刷型热敏电阻的工作溫度的恒流 (consent州rrent，CC)驱动电流。
[0033]图1A阐释了根据本发明第一实施例的溫度传感器100,该溫度传感器100可包括 NTC热敏电阻11、电源、控制电子线路12和框架元件14,控制电子线路体现为PCBA，框架元件 用于支撑NTC热敏电阻11、电源和PCBAdNTC热敏电阻11可用于感测穿戴有该溫度传感器100 的用户的体溫。已知的是，热敏电阻在不同溫度下可具有不同电阻值，因此可通过检测NTC 热敏电阻的变化电阻值或NTC热敏电阻两端的变化电压来确定感测的溫度值。控制电子线 路12可读出NTC热敏电阻11感测的溫度值，随后将该溫度值展示给溫度传感器100的用户。 电源可为整个溫度传感器100供电；即，电源可对NTC热敏电阻11、控制电子线路12和溫度传 感器100内的其他电子部件供电。在一些实施例中，薄的裡电池可用作电源，而不会极大地 增大溫度传感器100的厚度。该实施例中的溫度传感器100可进一步配备有用于向用户显示 感测溫度值的显示面板。
[0034]图1B是本发明另一实施例的溫度传感器200。此处的溫度传感器200也可包括NTC 热敏电阻21、电源23、控制电子线路22和框架元件24,溫度传感器200和溫度传感器100感测 溫度的操作过程可大致相同。此外，第二实施例中的溫度传感器200可进一步包括无线模块 25,其用于接收并随后发出获取自控制电子线路22的感测溫度值。无线模块25可与控制电 子线路22-起集成在PCBA中。运样，溫度传感器200可与其他具有无线接收单元的电子设备 合作，W便降低其制造成本并W更灵活地方式来呈现感测结果。本文W下将具体描述具有 无线功能的溫度传感器200,同时其与第一实施例共有的部件也可被应用到第一实施例。
[0035] 如图1C所示，其是溫度传感器200的横截面图。NTC热敏电阻21、电源23和PCBA(包 括控制电子线路22和无线模块25)可支撑在框架元件24上。特别地，运些部件可支撑在框架 元件24的相对两侧。框架元件24可具有面向用户体表的前侧241和背离体表的背侧242,其 中前侧241和背侧242彼此相对配置。NTC热敏电阻21可设置在框架元件24的前侧241上、从 而感测体溫，而PCBA和电源23可设置在框架元件24的背侧242上。NTC热敏电阻21可粘附到 框架元件24上。例如，EVA(或PVB、PMMA、硅胶)膜可充当将NTC热敏电阻21粘附到框架元件24 表面的粘结剂。NTC热敏电阻21也可通过其他方式安装到框架元件24上，安装方式不会对本 发明的范围有限制。
[0036]此处的框架元件24可至少部分隔热，W便在溫度传感器200内建立热平衡。框架元 件24自身可隔热，和/或一隔热结构可附连到或嵌入在框架元件24上，W便建立热平衡。框 架元件24可全部隔