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  • 作家相片Randy W.

[!] 溫度感測器的薄膜化 以及 對應溫度感測器製成的薄膜金屬 加工技術

近年來,在各個領域對溫度感測器的需求越來越大。

例如,為了測量燃料電池汽車上搭載的燃料電池電池的溫度分佈,需要具有高精度、小型和高壽命的溫度感測器。


電子裝置大多取決於裝置本身或使用環境的熱條件與其效能。 因此,溫度感測器需要高測量精度。 另外,由於使用溫度感測器的裝置多樣化,需要考慮搭載性等高附加值的感測器。


這篇文章除了使用金屬的溫度感測器的測溫電阻體的種類和特徵並對其中實現 薄膜溫度感測器的可行性 進行探討:


首先 關於 使用金屬的溫度感測器 主要使用 有熱電偶(Thermocouple)、測溫電阻體(RTDs)、雙金屬溫度計(Bi-Metal) 等 三種原理 ; 其中 測溫電阻體(RTDs) 今後,在需要小型化的電子領域,會變得 越來越有吸引力。

- 有熱電偶(Thermocouple): 透過接觸兩種不同的金屬來形成閉路。 其中一個加熱的話,兩個接觸點會產生溫度差異。 產生溫度差會產生金屬固有的電動電力,電流流動。 這被稱為澤貝克效應,熱電偶是利用這種效應的接觸式溫度感測器。 - 測溫電阻體(RTDs): 是利用根據溫度變動的金屬電阻的溫度感測器。一般來說,金屬的電阻與溫度成正比變化,在低溫的情況下,電阻很小,隨著高溫,電阻會變大。 利用這個原理的是測溫電阻體。與同樣是接觸式溫度感測器的熱電偶相比,靈敏度高是其特徵,擅長測量常溫附近的溫度和極低溫。另外,因為溫度和電阻的關係是眾所周知的,所以精度高也是其特徵之一。另一方面,最高使用溫度比熱電偶低500攝氏度左右,而且對機械衝擊和振動也很弱。

- 雙金屬溫度計(Bi-Metal) :是將熱膨脹率不同的2種薄金屬板粘在一起的溫度感測器。 因為熱膨脹率不同,所以當溫度變化時膠合板會向低熱膨脹側彎曲。 根據這個位移來測量溫度的是雙金屬溫度計。



1. 測溫電阻體的種類和特徵


測溫電阻體根據使用的金屬特性會發生變化,所以選擇金屬變得很重要。

首先溫度感測器需要以下特性:

- 在廣泛的溫度範圍內,溫度和電阻的關係是恆定的。

- 化學上穩定,不容易發生老化。

- 固有阻力大


滿足這些條件的代表性金屬有白金(Pt) 銅(Cu)、鎳(Ni)、白金鈷(Pt/Co)等。


測溫電阻體是將線圈狀的極細電阻線放入絕緣玻璃等,用金屬罩罩覆蓋的結構物。

為了使溫度感測器小型化,必須使電阻線儘可能變細,但細線化也有侷限性,測溫電阻體感測器很難將其極小化。


近年來被要求嵌入到小縫隙和小型零件中,以往的測溫電阻體無法對應。但是,在小型裝置市場,溫度測量的要求逐年增加,極小溫度感測器的登場 業界也非常期待 更小型、薄膜化的 RTDs- 薄膜。


II. 溫度感測器的薄膜化


RTDs- 溫度感測器的薄膜化 是近期業界 針對 小型電子穿戴產品 等用途上 需求 的重點開發 方向之一、 其內部構造 也根據需求與 加工設定 有差異、 例如 Liu, Tan, Kou & Zhang (2018) 年 發表的 『A Flexible Temperature Sensor Based on Reduced Graphene Oxide for Robot Skin Used in Internet of Things 』

提出的 溫度感測器的薄膜 概念:

Figure 1. Man exercising. Adapted from "A Flexible Temperature Sensor Based on Reduced Graphene Oxide for Robot Skin Used in Internet of Things," by Liu et al., Copyright 2018


Fabrication process of the temperature sensors: (a) 用丙酮、酒精和去離子(DI)水清洗聚對苯二甲酸乙二酯(PET); (b) O₂電漿蝕刻; (c) 印刷兩條導電薄線; (d) 使用氣體噴塗塗層製作敏感層; (e) 絕緣層的製作過程; (f) 溫度感測器的薄膜化 其中、 C&T 擁有實現薄而高搭載自由度的薄膜型溫度感測器使用上的極低電阻率 PET 或 PEN, pA, PI 等功能性材料 適用於 絕緣層 的材料方案。 詳細 歡迎致電 C&T.





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