一种薄膜化微型温度探测器的制作方法

本实用新型涉及一种温度探测器，更具体的涉及一种薄膜化微型温度探测器，属于电子设备温度监控技术领域。

背景技术：

目前，液晶屏的应用已经十分广泛，但是受液晶材料性能的限制，液晶屏只能在很窄的温度范围内正常工作，故液晶屏的使用效果与温度环境息息相关。基于平板显示器中对液晶屏的温度控制技术就成为液晶屏研究的重点内容。工程上，温度监控的全过程可分解为以下四个阶段：①温度信号采集→②信号传输→③信号处理→④温度控制。在温度信号采集阶段，将温度信号参量转变为另一物理量，可以是温差电动势，也可以是温差电阻信号；在信号传输阶段，将采样得到并转化后的模拟电信号经传输线传输至信号处理器；在信号处理阶段，将采样得到并转化后的模拟电信号用传输线进行传输并送达至信号处理器输入端；在信号处理阶段，将达到信号处理器输入端的采集信号进行一系列滤波、整形、放大及模数转换等处理；在控制阶段，将事先确定的标准温度参数与达到信号处理器输入端的采集信号进行比较，根据比较结果再对实施温度控制的部件进行冷却或加热，完成一次循环控制，然后如此循环往复的进行控制下去，形成闭环控制。温度探测技术就是针对上述阶段中的“温度信号采集”及“信号传输”两个阶段。

众所周知，若要对平板电脑的液晶显示屏进行温度控制，就必须在液晶玻璃显示屏内部装入温度传感器部件，然而由于液晶屏的多层紧密平板结构，要想在其内部插放入传感器及传输线是一件十分困难的事情。经过检索发现，专利号为2013206052833的中国专利公开了一种液晶显示器智能温控系统，该系统能够检测液晶显示器所处使用环境的温度，不过该系统是将温度传感器设置在液晶屏外部，只能测量液晶屏外部的温度，不能准确测量其内部温度。由于液晶屏构造的特殊性，传统的温度传感器和信号传输线无法直接探测及传输液晶屏内部的温度参数。显然，为了能够准确测量液晶屏内部温度，温度传感器及传输线本身的薄形平板化就是必须的。

同样地，在许多实际应用情形中，温度传感器取样空间的厚度非常有限，有时甚至只有两片薄纸的厚度，而且传输线通过的信号传输通道只能是扁平的狭缝，有时甚至都不到一张薄纸的厚度。现有技术中，传感器只能做到毫米级厚度，一般都超过了几个毫米的厚度，无法嵌入到平板型的薄膜部件中。同时，传统的信号传输线的线径也较粗，且一般的圆形导线无法承受两平板面之间的巨大压力，在这种压力下导线很容易损坏，无法将信号在薄膜及狭缝中传输。所以，传统意义的传感器及传输线是无法解决在狭缝中采集与传输信号的问题。

技术实现要素：

本实用新型目的在于针对现有技术存在的上述难题，提供一种薄膜化微型温度探测器，能对非常狭小的空间进行温度探测及传输，进而可以根据检测到的温度对液晶屏进行可靠地加热和冷却，以解决液晶屏的宽温工作问题。

为了达到以上目的，本实用新型提供了一种薄膜化微型温度探测器，包括至少一个减薄的温度传感器，所述减薄的温度传感器与平面传输线的输入端连接，所述平面传输线包括上绝缘层和下绝缘层，在所述上绝缘层与下绝缘层之间设置有输入电极、输出电极和金属引线，所述金属引线的一端连接输入电极，另一端连接输出电极，所述输出电极连接信号处理器，所述输入电极与减薄的温度传感器固定连接。

本实用新型提供了一种能在很狭窄的薄膜中采集温度信号及通过狭缝和薄膜等扁平狭窄空间将信号可靠、方便传输出去的装置。该装置的温度传感器采用扁平化减薄处理，体积不大于0.5x0.5x0.6mm，属薄膜化后的微型器件；传输线采用平面柔性印制工艺制成，再经过进一步的扁平化减薄处理，使其厚度小于0.2mm，在扁平化传输线的两面涂敷有聚先亚铵聚酰亚胺耐高压绝缘层，即可耐1000vAc高电压击穿,也可耐100kg/m²的机械压力，又可防止尖端刺穿。本实用新型将上述两者集成为一体，构成了一套温度信号的薄膜化采集及传输的装置，该装置可靠性高、结构简洁，便于在各类需要通过狭缝探测温度的仪器设备中使用，尤其适用于平板型显示器探测液晶屏内部的温度使用。

本实用新型技术方案的进一步限定为，所述上绝缘层、下绝缘层的一端对齐，所述下绝缘层的另一端长出上绝缘层一部分，在长出部分设置有输出电极。

进一步地，所述上绝缘层和下绝缘层包裹减薄的温度传感器、输入电极和金属引线。

这样，传感器与传输线为一体化结构，采用平面贴片法将两者机电结合成一体，且传感器的整体被完整的密封于传输线的绝缘层内，与外界环境及空气隔离。

进一步地，在所述上绝缘层的下表面和下绝缘层的上表面分别设置有一封接胶层。

进一步地，所述输入电极具有两个输入引脚，两个输入引脚并排安装在一个减薄的温度传感器上，所述输出电极具有两个输出引脚，各个输入引脚分别通过单根金属引线与输出引脚一一对应连接。

进一步地，所述输入电极具有八个输入引脚，八个输入引脚对称安装在一个减薄的温度传感器上，所述输出电极具有八个输出引脚，各个输入引脚分别通过单根金属引线与输出引脚一一对应连接。

进一步地，所述温度探测器包括四个减薄的温度传感器，每个减薄的温度传感器连接一根平面传输线，每根平面传输线的输入电极具有两个输入引脚，两个输入引脚并排安装在一个减薄的温度传感器上，其输出电极具有两个输出引脚，各个输入引脚分别通过单根金属引线与输出引脚一一对应连接。

综上可知，本实用新型的温度探测器可以有单路或多路串、并联传感器，且一个探测器中可设置4-7路各类型的传感器。在传输线中，通常情况下采用多线并排走线的方法，一般采用5-20线，特殊情况下采用内部共地的单根走线的方法。

进一步地，所述上绝缘层、下绝缘层的材质为聚酰亚胺，所述上绝缘层、下绝缘层的厚度小于0.08mm。聚酰亚胺为特种柔性材料，聚酰亚胺制成的绝缘层柔性好，可在很宽的温度范围内任意弯曲，超薄，单层厚度小于0.08mm，击穿电压大于1000vAc，抗压、防刺穿，能适应- 100℃ ～ +200℃的温度冲击且不老化，绝缘强度高，机械强度好，可经受100kg/m²以上的的机械压力不损坏，防刺穿性好。

进一步地，所述平面传输线的厚度小于0.2mm；所述减薄的温度传感器的厚度小于0.5mm。

上述结构中，平面传输线能够通过任何非紧密配合的狭缝，该狭缝的高度范围为0.05-0.2mm；减薄的传感器可被夹持于两平面之间的高度不大于0.5mm的狭小空间内，几乎不影响平面的平整度。

本实用新型的有益效果如下：

1.薄膜化后的传感器的体积可达到0.6x0.5x0.5mm以内，属微型结构，整个温度探测器组件可以很方便地插入缝隙很小的液晶屏光学膜平板之间，而且传输距离不受限制，取样精准、方便、可靠；

2.可方便地用平面印刷法制成多路探测器，造价低，工艺简单，可方便批量生产；

3.测试调整简单，电磁兼容性好，即不受各种信号及电路的干扰，也不对周围的电路产生干扰，环境适宣性好，可通过100℃沸水蒸煮2小时的试验，水蒸煮后，薄膜化微型温度探测器完好无损，可靠性高；

4.柔性薄膜制成的传输线非常牢固，可任意弯曲、弯折不损坏，可承受很大力量拉扯不断裂，可承受平面重压力不变形，可耐受1000vAc高电压不击穿，可长期工作在-65℃～+190℃的环境温度下不老化，机械及电器特性都非常优良；

5.可推广至各类具有平板型结构的仪器设备中做为温度探测器应用，最高可探测至160℃的高温。

总之，本实用新型的探测器体积微小，韧性好，适合狭小空间的温度探测传输。

附图说明

图1为本实用新型中负温度系数热敏电阻减薄前后的对比示意图。

图2为本实用新型实施例1中温度探测器的结构示意图。

图3为图2的B-B向剖视图。

图4为本实用新型实施例2中温度探测器的结构示意图。

图5为本实用新型中采用4路传感器的温度探测器的结构示意图。

图6为本实用新型中液晶屏的结构示意图。

图7为本实用新型中温度探测器的电路原理框图。

图中：1^，. 引出电极，2^，.封装层，1.输入电极，1-1.输入电极一，1-2.输入电极二，1-3.输入电极三，1-4.输入电极四，2.输出电极，2-1.输出电极一，2-2.输出电极二，2-3.输出电极三，2-4.输出电极四， 3.金属引线，4.基础绝缘层，5.封接胶层，6.温度传感器，7.上绝缘层，8.下绝缘层，9.液晶屏，10.AR镀层，11.前防护玻璃，12.光学复合胶，13.前偏光片，14.RGB滤色膜，15.液晶层，16.TFT玻璃，17.后偏光片，18.温度探测器，19.背光源组件。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

实施例1

本实施例提供了一种薄膜化微型温度探测器，其结构如图2和图3所示（图2中虚线表示温度探测器的长短可根据实际情况确定），包括一个减薄的温度传感器6，减薄的温度传感器6与平面传输线的输入端连接，平面传输线的厚度小于0.2mm，减薄的温度传感器6的厚度小于0.5mm。平面传输线包括上绝缘层7和下绝缘层8，在上绝缘层7与下绝缘层8之间设置有输入电极1、输出电极2和金属引线3，金属引线3为铜制导线，金属引线3的一端连接输入电极1，另一端连接输出电极2，输出电极2连接信号处理器，输入电极1与减薄的温度传感器6固定连接。其中，上绝缘层7、下绝缘层8的材质为既能耐受近200℃高温烘烤不变形又能在-55℃下保持柔韧性不脆化的聚酰亚胺，上绝缘层7、下绝缘层8的厚度小于0.08mm。上绝缘层7、下绝缘层8的一端对齐，下绝缘层8的另一端长出上绝缘层7一部分，在长出部分设置有输出电极2，这样上绝缘层7和下绝缘层8包裹减薄的温度传感器6、输入电极1和金属引线3，而输出电极2裸露在外。另外，在上绝缘层7的下表面和下绝缘层8的上表面分别设置有一封接胶层5，封接胶层5采用耐高温密封胶，固化后的温度特性应接近绝缘层材料，封接胶层5用于粘附输入电极1、输出电极2和金属引线3。

本实施例的输入电极1具有两个输入引脚，两个并排的输入引脚上焊接有一个减薄的温度传感器6，输出电极2具有两个输出引脚，各个输入引脚分别通过单根金属引线3与输出引脚一一对应连接。

一种温度信号的薄膜化采集传输方法，包括以下步骤：

第一步、选择温度传感器：根据液晶屏的尺寸大小及屏内的温度分布等温线确定传感器的数目，通常情况下，20英寸以上的液晶屏采用8路传感器，10-19英寸的液晶屏采用4路传感器，6-10英寸的液晶屏采用2路传感器，5英寸以下的液晶屏采用1路传感器。本实施例以1路温度传感器为例来进行说明。温度传感器有多种规格，根据需要可选择传感器的种类规格，一般选择扁平结构、体积微小的集成温度传感器或贴片式负温度系数热敏电阻为宜。本实施例选择贴片式热敏器件作为温度传感器6。

第二步、减薄温度传感器：当电性能、机械性能和温度特性均满足要求时，可对温度传感器进行减薄处理。通常采用机械研磨、切削、抛光或化学腐蚀的方法对传感器进行减薄处理，减薄程度视传感器的封装材料、工艺来决定，通常减薄程度可达10%-30%。一般来讲，采用机械研磨的方法对贴片封装的热敏电阻和塑封的集成传感器进行研磨减薄，原则上可将厚度降低约30%左右。如图1所示，图1中a为减薄前负温度系数热敏电阻的示意图，引出电极1^，稍微高出封装层2^，；b为减薄后负温度系数热敏电阻的示意图。以0201封装的热敏元件来说，电子元器件的封装层可以被减薄，只要不伤及内部电路即可，因此采用机械研磨法将引出电极1^，和封装层2^，研磨掉一部分，使引出电极1^，与封装层2^，齐平，这就可以降低热敏电阻约20%的厚度，即减薄前热敏元件厚度为0.7mm，机械研磨后，其厚度降为约0.5mm。研磨后，将被减薄过的热敏电阻清洗干净并采用无水酒精脱水处理后方能使用。

第三步、制作绝缘膜电极层：采用平面柔性印制工艺制做金属引线和电极。输入电极1、输出电极2均为2管脚封装的镀锌焊盘，其中一个输入管脚通过金属引线3与一个输出管脚连接组成单条金属电极，采用曝光法制作两条金属电极的掩膜底版后，通过掩膜底版采用光刻法将两条金属电极刻印到下绝缘层8上，得到无上保护层的单面绝缘柔性传输线，同时由于温度信号属微安级的小电流，故金属电极的厚度可控制在0.01mm以内。

第四步、传感器贴片：将温度传感器6贴敷于输入电极1上时，一般是采用手工贴片，烘箱温度不高于190℃，另在上绝缘层7的下表面以及下绝缘层8的上表面涂覆封接胶层5，用于粘附金属引线3、输入电极1、输出电极2。当温度传感器6与传输线组装批量较大时，还可采用贴片机进行贴片，贴片工艺时要注意焊接温度不超过上绝缘层7和下绝缘层8的耐受温度极限。

第五步、密封及组装探测器：将减薄的温度传感器6采用贴片法贴敷于无上保护层的单面绝缘柔性传输线的输入端，再将温度传感器6及无上保护层的单面绝缘柔性传输线贴敷上绝缘层7，二者之间采用封接胶层5密封，使温度传感器6及所有裸露的导线条都完全置于柔性绝缘膜的覆盖及保护之下，与外界空气隔绝，完成温度探测器的一体化组装。之后即可进行探测器的测试及各项检验。组装后传感器部分的厚度应小于0.6mm，柔性传输线部分的厚度应小于0.2mm。此时，可对探测器进行100℃沸水蒸煮2小时的试验，之后再进行各项电性能测试。

将温度探测器嵌入平板型仪器设备的测温区内，再将其传输线通过平板的狭缝引出。输出电极2与处理器连接，便于将温度传感器6采集到的信号传输到各种型号的处理器。如图6所示，多层平面结构的液晶屏为一多层三明治夹心结构，由液晶屏面组件、温度探测器18和背光源组件19组成，液晶屏面组件包括防反射AR镀层10、前防护玻璃11、光学复合胶12、前偏光片13、RGB滤色膜14、液晶层15、TFT玻璃16和后偏光片17。在三明治夹心结构中层与层之间紧密贴近，缝隙很小，若要准确地探测屏面温度，则最好的方法和最佳的探温位置就是将温度传感器6的感温面紧贴于液晶屏内侧的后偏光片8上，然而背光源组件19与后偏光片17之间的缝隙非常薄。嵌入温度探测器时，需将薄膜化的微型传感器的探头小心的嵌入两平面间，再用光学胶将其固定于后偏光片17上，安装好探头后，就可将传输线引出。在装完探头后，液晶屏后偏光片17与传输线的平面保特一致，将传输线夹持于后偏光片17与背光源组件19之间即可顺利引出。另外，由于传输线的扁平超薄结构，将其夹特于两平面之间时，只要在操作过程中不过多的弯曲打折(空间较充分时可弯折)，就不会影响到液晶显示屏的光学性能。

另外，液晶屏一般至少要探测屏面2-4处的温度，也就是在一个薄膜化温度探测器上做有多个传感器探头，同样的，都可用上述方法安装多头探测器。

实际使用过程中，如图7所示，温度探测器采集到的温度信号，作为一种模拟电信号通过薄膜传输线传输到信号处理器，处理器接收到这个信号后，进行一系列滤波、整形、放大及模数转换等处理，并与事先设定好的温度进行比较，判断是否控制加热器或制冷器对液晶屏进行加热或降温处理。温度探测器一直采集温度信号，加热或降温处理都会使温度发生变化，而信号处理器也在接收来自温度探测器传来的不同温度信号后与设定的温度比较，控制温度控制器。如此循环往复，形成闭环控制，将液晶屏温度控制在一个稳定的温度环境下，使液晶显示器的显示效果达到最佳状态。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：如图4所示，温度探测器的传输线包括输入电极1和输出电极2，输入电极1、输出电极2均为8管脚封装的镀锡焊盘，即输入电极1具有八个输入引脚，八个输入引脚对称安装在一个减薄的温度传感器6上，输出电极2具有八个输出引脚，各个输入引脚分别通过单根金属引线3与输出引脚一一对应连接。

另外，在实际应用中，探测温度用传感器可以采用负温度系数热敏电阻也可采用温度采集芯片，如DS18B20、AD590、TMP35、TMP36等芯片，若温度采集芯片选择SO表贴封装，同样可以进行研磨减薄处理，再根据所选芯片的规格设计满足其封装的输入输出电极。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于：以15英寸液晶屏为例，若要采集屏幕内的温度需要4路传感器才能准确采集到屏幕内的温度，且4路传感器放在屏幕的四角是采集温度最稳定的方式。如图5所示，以热敏电阻作为传感器的温度探测器，该温度探测器包括四个减薄的温度传感器6，四个温度传感器6分别布置在液晶屏9的四角，用于探测屏面四角的温度。每个减薄的温度传感器6连接一根平面传输线，每根平面传输线的输入电极1具有两个输入引脚，两个输入引脚并排安装在一个减薄的温度传感器6上，其输出电极2具有两个输出引脚，各个输入引脚分别通过单根金属引线3与输出引脚一一对应连接。即该温度探测器包括四个输入电极和四个输出电极，四个输入电极分别为输入电极一1-1、输入电极二1-2、输入电极三1-3、输入电极四1-4，四个输出电极分别为输出电极一2-1、输出电极二2-2、输出电极三2-3、输出电极四2-4。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。