一种在线监测紫外固化系统紫外光强的紫外传感探头的制作方法

本实用新型专利涉及一种在线监测紫外固化系统紫外光强的紫外传感探头，属于半导体光电子器件技术领域。

背景技术：

紫外(uv)固化技术是利用紫外线照射，使材料产生辐射聚合、辐射交联等反应，使液膜发生固化。uv固化技术能有效控制空气的污染，特别是voc(有机挥发物)的排放，而且固化速度快、生产效率高、运行能耗低、固化产品性能优异，被誉为一种“面向21世纪的绿色工业新技术”，具有高效(efficient)、适应性广(enabling)、节能(energysaving)、环境友好(environmental-friendly)、经济(economical)等特点，在半导体芯片制程、现代化工、涂料和特种印刷行业具有举足轻重的地位，已经触及到普通人生活的各个层面，产业规模庞大。例如：uv光固化胶粘剂具有固化快、耗能少、无溶剂污染等优点，是一种新型的节能环保胶粘剂，应用于医疗卫生、电子组件及日常生活等领域。此外，紫外光固化对于丝网印刷来说，其优点是速度快捷并不需使用溶剂，因此得到了广泛应用。

紫外光源作为紫外固化系统的重要组成部分，光源的紫外光功率会严重影响uv固化效果。紫外光功率密度过大时，在较短的时间内即可获得足够的uv能量，然而，由于时间过短，会导致固化深度不够，从而产生固化材料表面硬化，内部尚未有效固化，若增加uv照射时间，则会对材料的表面造成uv老化；紫外光功率密度过小时，为获得足够的uv能量，则需要增长uv固化时间，不仅会影响固化效率，同时固化产品长时间处于高温环境，会引起固化产品的变形。目前市场上固化设备常采用的光源主要为高压汞灯，波长为365nm、375nm、385nm、395nm以及405nm的uvled，在长时间的使用过程中，这些光源均会发生衰减，导致输出紫外光功率密度降低，影响到固化效果。因此，在uv固化过程中，对uv光功率密度进行监测确保工艺的可重复性和一致性，对uv固化效果是至关重要的。

目前uv固化市场上通常采用体积较大的紫外功率计或紫外探头对uv光功率进行检测，存在诸多不利因素：1、体积较大，无法集成在固化设备上实现实时在线监测；2、无法长时间承受高温环境；3、价格昂贵，成本高；4、定期人工检测uv光功率，高人力成本，检测流程复杂；5、uv光功率检测结果人为因素影响较大，检测结果一致性差。由于uv固化的光功率密度很高，在固化的过程中，uv灯在发射高功率密度紫外光的同时，会产生大量的热，其环境温度可达到上百摄氏度，对紫外传感器有极高的技术要求。针对uv固化存在的这些问题，当前uv固化市场上尚未有一个切实有效的解决方案。

技术实现要素：

为解决现有uv固化中紫外功率计或紫外探头等体积大，无法长时间工作在高温环境，不利于集成在uv固化系统中进行实时监测紫外光功率的缺点，本实用新型提出一种用于紫外固化强度在线监测的紫外传感探头。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种在线监测紫外固化系统紫外光强的紫外传感探头，由紫外石英光纤与紫外探测器耦合集成。

本实用新型通过将紫外石英光纤与紫外探测器耦合集成在一起，通过紫外石英光纤将紫外光导入到紫外探测器表面，由于紫外石英光纤直径尺寸很小，其直径通常在微米到毫米数量级，而且紫外石英光纤耐高温，可以在连续500℃的高温下稳定工作，本实用新型的紫外传感探头可实现在线监测uv固化光功率。

上述紫外传感探头具有体积小、耐高温、成本低、检测简单、人为因素影响小、检测结果一致性好。

为了便于测量，上述线监测紫外固化系统紫外光强的紫外传感探头，包括探头外壳、紫外光接收端口、紫外石英光纤、紫外光输出端口、紫外传感器和金属导线，其中，紫外光接收端口、紫外石英光纤、紫外光输出端口、紫外传感器和金属导线依次相接，紫外光输出端口和紫外传感器装设在探头外壳内，金属导线一端与紫外传感器连接并装设在探头外壳内、另一端伸出探头外壳。

使用时，将金属导线伸出探头外壳的一端连接至固化设备系统中的电路模块上，紫外石英光纤的紫外光接收端口固定在紫外固化系统中、监测紫外光源，紫外光通过紫外石英光纤，经紫外光输出端口将紫外光传输至紫外传感器，将光信号转换为电流信号，经过金属导线将电流信号传输至固化设备的紫外监测系统中。

为了控制紫外石英光纤照射至紫外探测器表面的光强，紫外光输出端口和紫外传感器之间设有定位器。紫外石英光纤与紫外探测器之间的间距可通过不同高度的定位器进行调节，当然定位器的高度可以是0，也即没有定位器。

也即紫外石英光纤与紫外探测器之间的距离是可调的，通过在紫外石英光纤与紫外探测器之间加装一个定位器，通过定位器调整紫外石英光纤与紫外探测器之间的距离，控制紫外石英光纤照射至紫外探测器表面的光强。

为了提高在线监测紫外固化系统紫外光强的紫外传感探头的使用稳定性，上述探头外壳内的紫外传感器和金属导线均采用固定胶固定；紫外光输出端口通过穿过探头外壳、并与紫外光输出端口的侧壁相抵的螺栓固定。

为了保证探测的灵敏性，上述紫外探测器为半导体探测器。

上述紫外探测元器件为半导体探测器，可以是(in)gan、(al)gan、sic等宽禁带半导体紫外探测器，也可以是si等第一代半导体紫外探测器(窄带隙半导体材质的紫外传感器)。紫外探测器的封装形式可以是贴片式、直插式、平板式或板上芯片封装式。

作为另一种实现方案，上述在线监测紫外固化系统紫外光强的紫外传感探头，由紫外石英光纤与带有紫外探测器的紫外传感模块耦合集成。

也即本申请紫外传感探头中的紫外探测器可以是紫外探测器元件，也可以是紫外探测模组(紫外传感模块)。若为紫外探测器元件，紫外探测器元件直接将光信号转换为电信号后直接输出电流信号到uv固化系统中进行信号处理和监控。紫外探测模组则是含有紫外探测器元件和ic芯片的模块，紫外探测器元件将光信号转换为电信号后，在信号输入至uv固化系统之前通过ic芯片将紫外探测元器元件产生的光电流转换为0-5v(0-10v)电压、4-20ma(0-20ma)电流等模拟信号或数字信号，然后将电压、电流等模拟信号或数字信号输入到uv固化系统中进行信号处理和监控。

进一步，紫外传感模块装设在探头外壳中的紫外探测器和金属导线之间；紫外传感模块通过固定胶固定固定在探头外壳中。

上述紫外石英光纤为单芯紫外石英光纤或多芯紫外石英光纤；多芯紫外石英光纤包括两根以上的紫外石英光纤，当为紫外石英光纤为多芯紫外石英光纤时，每根紫外石英光纤对应一个紫外光接收端口，也即每根紫外石英光纤均连接有一个紫外光接收端口。在相同的uv固化光强下，紫外探测器输出信号强度与紫外石英光纤的芯数成正比，即单芯光纤与紫外探测器耦合，输出信号强度为s时，多芯光纤(含有n个单芯光纤)与紫外探测器耦合时，输出的信号强度则为n*s。

耦合单芯紫外石英光纤的紫外探测器可对uv固化系统中的单个位置进行紫外光强监测；耦合多芯紫外石英光纤(含有n个单芯光纤)的紫外探测器可对uv固化系统中的n个位置进行紫外光强监测(每个位置对应一个单芯光纤)。

本实用新型未提及的技术均参照现有技术。

本实用新型在线监测紫外固化系统紫外光强的紫外传感探头，解决了当前uv固化系统中，由于光功率很强、固化环境温度高，且uv固化系统光效高利用率的特点，导致目前市场上常用的紫外功率计、紫外探头或者半导体紫外探测器不利于集成在uv固化系统中、实现实时在线监测紫外光功率的缺点，通过将高温稳定性好、体积小、抗干扰能力强的紫外石英光纤与紫外探测器耦合集成在一起，在实现uv固化系统紫外光功率实时在线监测的同时，极大的降低了uv固化系统中紫外监测系统的体积、提升了紫外监测系统的一致性、精确性和长期稳定性，有效降低了uv固化系统的成本、难度和差异性。

附图说明

图1为实施例1中单芯紫外石英光纤与紫外传感器耦合集成的紫外传感探头的结构示意图；

图2为实施例2中多芯紫外石英光纤与紫外传感模块耦合集成的紫外传感探头的结构示意图；

图中，101为紫外光接收端口，102为紫外石英光纤，103为紫外光输出端口，104为螺纹孔，105为定位器，106为探头外壳，107为固定胶，108为紫外传感器，109为金属导线，201为紫外传感模块。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步阐明本实用新型的内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

如图1所示，单芯紫外石英光纤与紫外传感器耦合集成的紫外传感探头，包括：耦合集成紫外石英光纤102和to封装的gan基半导体紫外传感器108的探头外壳106，将调节紫外石英光纤102与to封装的gan基半导体紫外传感器108间距的定位器105安装在探头外壳106内部，定位器105有不同的高度，通过更换不同高度的定位器105，可有效调节紫外光输出端口103与to封装的gan基半导体紫外传感器108之间的间距，从而调节照射在gan基半导体紫外传感器108上的紫外光强度，采用固定胶107将to封装的gan基半导体紫外传感器108固定在探头外壳106中，同时，通过金属导线109将to封装的gan基半导体紫外传感连接至固化设备系统中的电路模块上，紫外光输出端口103通过穿过螺纹孔104的螺栓固定在探头外壳106内，紫外光接收端口101固定在紫外固化系统中、监测紫外光源，紫外光通过紫外石英传输光纤102，经紫外光输出端口103将紫外光传输至to封装的gan基半导体紫外传感器108，将光信号转换为电流信号，经过金属导线109将电流信号传输至固化设备的紫外监测系统中。上述将单芯紫外石英光纤与to封装的gan基半导体紫外传感器耦合集成的紫外传感探头，在实现uv固化系统紫外光功率实时在线监测的同时，极大的降低了uv固化系统中紫外监测系统的体积、提升了紫外监测系统的一致性、精确性和长期稳定性，有效降低了uv固化系统的成本、难度和差异性。

实施例2

如图2所示，多芯(3芯)紫外石英光纤与紫外传感器耦合集成的紫外传感探头，包括：耦合集成多芯(3芯)紫外石英光纤102和to封装的sic基半导体紫外传感器108的探头外壳106，将调节多芯(3芯)紫外石英光纤102与to封装的sic基半导体紫外传感器108间距的定位器105安装在探头外壳106内部，定位器105有不同的高度，通过更换不同高度的定位器105，可有效调节多芯(3芯)紫外石英光纤紫外光输出端口103与to封装的sic基半导体紫外传感器108之间的间距，从而调节照射在sic基半导体紫外传感器108上的紫外光强度，sic基半导体紫外传感器108连接在紫外传感模块201上，紫外传感模块201将sic基半导体紫外传感器108产生的光电流信号转换为电压信号、4-20ma电流信号、0-20ma电流信号等模拟信号或者数字信号。使用固定胶107将to封装的sic基半导体紫外传感器108及紫外传感模块201固定在探头外壳106中，同时，通过金属导线109将紫外传感模块201输出的模拟信号或数字信号传输至固化设备系统中的信号处理模块上，紫外石英光纤紫外光输出端口103通过穿过螺纹孔104的螺栓固定在探头外壳106上，多芯(3芯)紫外石英光纤紫外光接收端口101固定在紫外固化系统中、监测紫外光源，紫外光通过紫外石英传输光纤102，经紫外光输出端口103将紫外光传输至to封装的sic基半导体紫外传感器108，将光信号转换为电流信号后进入紫外传感模块201将光生电流信号处理为模拟信号或数字信号，经过金属导线109将紫外传感模块201处理后的模拟信号或数字信号传输至固化设备的紫外监测系统中。上述将多芯(3芯)紫外石英光纤与紫外传感器耦合集成的紫外传感探头，可同时对uv固化系统中的多个(3个)位置进行监测，多芯(3芯)紫外石英光纤中紫外传感器108产生的光生电流是单芯紫外石英光纤中紫外传感器108产生的光生电流的3倍。在实现uv固化系统紫外光功率实时在线监测的同时，极大的降低了uv固化系统中紫外监测系统的体积、提升了紫外监测系统的一致性、精确性和长期稳定性，有效降低了uv固化系统的成本、难度和差异性。

上述各例中的在线监测紫外固化系统紫外光强的紫外传感探头，解决了在紫外固化系统紫外光强监测方面，当前紫外监测系统体积大、耐高温差，不利于在线集成的缺点，将高温稳定性好、体积小、抗干扰能力强的紫外石英光纤与紫外探测器耦合集成在一起，在实现uv固化系统紫外光功率实时在线监测的同时，极大的降低了uv固化系统中紫外监测系统的体积、提升了紫外监测系统的一致性、精确性和长期稳定性，有效降低了uv固化系统的成本、难度和差异性。