超薄等刚度面阵温敏传感器结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种超薄等刚度面阵温敏传感器结构及其制备方法。

背景技术

相关技术中，电池表面温度监测手段主要是通过将热电偶、金属热电阻、热敏电阻以及接触式光纤等类型的温度传感器粘贴于电池外壳表面，然后通过温度传感元件的温度特性来获取电池表面温度变化信息。

其中，为了实现电池表面多点温度测量甚至面温度测量的需求，需要贴附足够数量的温度传感器，但是传感器接线数量急剧增加不利于与后端采集仪器的连接，且目前商业化的温度传感器探头的单元面积大，无法实现高分辨率的电池表面的面温度信息的采集，因此，如何更好地实现对电池表面的面温度的精准监测成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种超薄等刚度面阵温敏传感器结构，该超薄等刚度面阵温敏传感器结构通过在柔性绝缘层的导电电路上布置高密度的温敏传感器可实现电池表面的面温度监测，且通过在柔性绝缘层的形成导电电路集成减少温敏传感器信号引线数量，降低温敏传感器与后端采集设备的连接难度，以及电路板的可弯曲特性使得温敏传感器阵列能够有效贴附各种类型的电池表面，此外，通过等刚度的柔性封装设计避免刚性温敏传感器在电池运行及失控条件下，由于发生电池膨胀而挤压电池外壳表面造成电解液泄露的问题。

本发明的第二个目的在于提出一种超薄等刚度面阵温敏传感器结构的制备方法。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出的超薄等刚度面阵温敏传感器结构，包括：

柔性绝缘层；

形成于所述柔性绝缘层上的导电线路；

设置在所述导电线路的固定区域的温敏传感器；

形成于所述温敏传感器上的导热胶层；

设置在所述柔性绝缘层无所述温敏传感器区域的柔性填充层；

形成于所述导热胶层和所述柔性填充层表面的柔性封装层。

根据本发明实施例的超薄等刚度面阵温敏传感器结构，通过在柔性绝缘层的导电电路上布置高密度的温敏传感器可实现电池表面的面温度监测，且通过在柔性绝缘层的形成导电电路集成减少温敏传感器信号引线数量，降低温敏传感器与后端采集设备的连接难度，以及电路板的可弯曲特性使得温敏传感器阵列能够有效贴附各种类型的电池表面，此外，通过等刚度的柔性封装设计避免刚性温敏传感器在电池运行及失控条件下，由于发生电池膨胀而挤压电池外壳表面造成电解液泄露的问题。

根据本发明的一个实施例，还包括：根据所述导热胶层的导热胶的热导率、所述柔性封装层的热导率、所述导热胶的厚度及所述柔性封装层的厚度，确定所述温敏传感器检测的分辨率。

根据本发明的一个实施例，所述柔性绝缘层的厚度为10um～20um。

根据本发明的一个实施例，所述导热胶层的厚度为10um～20um。

根据本发明的一个实施例，所述柔性封装层贴于电池表面，所述柔性封装层的厚度为5um～10um。

根据本发明的一个实施例，所述柔性填充层的厚度为所述导电线路、所述温敏传感器和所述导热胶层的厚度之和。

根据本发明的一个实施例，所述导电线路包括最小线宽大于100um的所述导线线路和最小线宽小于100um的所述导电线路，其中，采用印刷电路板制造方式形成所述最小线宽大于100um的所述导线线路，采用微电子光刻方式形成所述最小线宽小于100um的所述导电线路。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出的超薄等刚度面阵温敏传感器结构的制备方法，包括：

将柔性绝缘层表面的杂质去除；

对所述柔性绝缘层进行选择性蚀刻其表面的铜箔形成导电线路；

在所述柔性绝缘层上所述导电线路的固定区域印刷导电介质，贴装温敏传感器，并固化所述导电介质；

在所述温敏传感器区域表面印刷导热胶并固化；

在所述柔性绝缘层上无所述温敏传感器区域印刷柔性填充层并热固化；

在所述导热胶层和所述柔性填充层的表面沉积柔性封装层。

根据本发明实施例的超薄等刚度面阵温敏传感器结构的制备方法，通过在柔性绝缘层的导电电路上布置高密度的温敏传感器可实现电池表面的面温度监测，且通过在柔性绝缘层的形成导电电路集成减少温敏传感器信号引线数量，降低温敏传感器与后端采集设备的连接难度，以及电路板的可弯曲特性使得温敏传感器阵列能够有效贴附各种类型的电池表面，此外，通过等刚度的柔性封装设计避免刚性温敏传感器在电池运行及失控条件下，由于发生电池膨胀而挤压电池外壳表面造成电解液泄露的问题。

根据本发明的一个实施例，所述导电线路包括最小线宽大于100um的所述导线线路和最小线宽小于100um的所述导电线路，其中，对所述柔性绝缘层进行选择性蚀刻其表面的铜箔形成导电线路，包括：采用印刷电路板制造方式形成所述最小线宽大于100um的所述导线线路，采用微电子光刻方式形成所述最小线宽小于100um的所述导电线路。

根据本发明的一个实施例，所述柔性绝缘层的厚度为10um～20um。

根据本发明的一个实施例，所述导热胶层的厚度为10um～20um。

根据本发明的一个实施例，所述柔性封装层贴于电池表面，所述柔性封装层的厚度为5um～10um。根据本发明的一个实施例，所述柔性填充层的厚度为所述导电线路、所述温敏传感器和所述导热胶层的厚度之和。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的超薄等刚度面阵温敏传感器结构的结构示意图；

图2是根据本发明一个超薄等刚度面阵温敏传感器结构的截面结构示意图；

图3是根据本发明一个温敏传感器的电路示意图；

图4是根据本发明一个实施例的超薄等刚度面阵温敏传感器结构的制备方法的流程图。

附图标记：

1、柔性绝缘层；2、导电线路；3、温敏传感器；4、导热胶层；5、柔性填充层；6、柔性封装层。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

锂离子电池作为一种清洁能源载体，因其高能量密度和优异的循环性能而被广泛应用于移动电子设备和电动汽车领域。然而，锂离子电池由于其高能量密度的特点，使其在过充过放、机械力滥用等工况下极易引起电池温度陡升。高温会导致电池膨胀、电解液分解等问题，从而引发电池自燃或爆炸等安全事故。目前，锂离子电池的热管理主要是通过在电池表面贴附温度传感器来实现对电池表面温度的监测，进而将温度信息反馈给外部散热系统，从而确保电池在不同工况下的安全稳定运行。

相关技术中，电池表面温度监测手段主要是通过将热电偶、金属热电阻、热敏电阻以及接触式光纤等类型的温度传感器粘贴于电池外壳表面，然后通过温度传感元件的温度特性来获取电池表面温度变化信息。

其中，为了实现电池表面多点温度测量以及面温度测量的需求，需要贴附足够数量的温度传感器，但是传感器接线数量急剧增加不利于与后端采集仪器的连接，且目前商业化的温度传感器探头的单元面积大，无法实现高分辨率的电池表面的面温度信息的采集，因此，如何更好地实现对电池表面的面温度的精准监测成为亟待解决的问题。

为此，本发明提出了一种超薄等刚度面阵温敏传感器结构及其制备方法。具体地，下面参考附图描述本发明实施例的超薄等刚度面阵温敏传感器结构及其制备方法。

如图1-图3所示，根据本发明实施例的超薄等刚度面阵温敏传感器结构包括：柔性绝缘层1、导电线路2、温敏传感器3、导热胶层4、柔性填充层5和柔性封装层6。

其中，该超薄等刚度面阵温敏传感器结构具体为：柔性绝缘层1；形成于柔性绝缘层1上的导电线路2；设置在导电线路2的固定区域的温敏传感器3；形成于温敏传感器3上的导热胶层4；设置在柔性绝缘层1无温敏传感器3区域的柔性填充层5；形成于导热胶层4和柔性填充层5表面的柔性封装层6。

其中，柔性绝缘层1的材料可为具备电气绝缘性能的柔性薄膜材料，例如包括但不仅限于聚酰亚胺、涤纶薄膜等，其中，柔性绝缘层的厚度为10um～20um。

为了确保温敏传感器3阵列能够有效贴附各种类型的电池，在本发明的实施例中，对柔性绝缘层1进行选择性蚀刻其表面的铜箔可形成导电线路2，可采用印刷电路板制造方式或微电子光刻方式对铜箔层进行图案化，对应地，形成于柔性绝缘层1上的导电线路2。

其中，在本发明的实施例中，导电线路包括最小线宽大于100um的导线线路和最小线宽小于100um的导电线路，其中，采用印刷电路板制造方式形成最小线宽大于100um的导线线路，采用微电子光刻方式形成最小线宽小于100um的导电线路。

例如，印刷电路板制造方式可包括贴干膜、曝光、显影、蚀刻、去胶等；微电子光刻方式可包括涂光刻胶、曝光、显影、蚀刻、去胶等。

在本发明的实施例中，设置在导电线路2的固定区域的温敏传感器3，其中，固定区域可理解为导线线路2的焊盘区域。

例如，在柔性绝缘层1上的导电线路2的焊盘区域采用丝网印刷技术印刷导电银浆或锡膏，使用手动或自动贴片机对温敏传感器3进行贴装，之后采用回流焊技术固化导电银浆或锡膏。

其中，温敏传感器包括但不仅限于NTC温度传感器、PTC温度传感器、热电偶温度传感器、镍热电阻温度传感器、铜热电阻温度传感器和铂热电阻温度传感器等。

为了减少电池表面温度传导至温敏传感器3过程中热量散失，在本发明的实施例中，形成于温敏传感器3上的导热胶层4，例如，可采用丝网印刷方式在温敏传感器3区域上表面印刷导热胶并固化。实现了导热胶层4能够减少电池表面温度传导至温敏传感器3过程中热量散失，使得导热胶层4的柔性确保温敏传感器3与电池表面的共形。

其中，导热胶层4的材料可为高导热材料，例如包括但不仅限于导热硅胶、无硅导热胶，其中，导热胶层4中导热胶包括但不仅限于油脂状、膏状、贴片。

其中，导热胶层4的厚度为10um～20um。

为了降低器件的表面压力分布均匀的问题，在本发明的实施例中，可通过在柔性绝缘层1无温敏传感器3区域的设置柔性填充层5。例如，采用丝网印刷在柔性绝缘层1上非温敏传感器3区域印刷柔性填充层5并热固化。实现了柔性填充层5通过补偿温度传感器3和结构带来的高度差，能够极大降低器件的表面压力分布均匀的问题，进而实现器件表面等刚度。

此外，通过在柔性绝缘层1无温敏传感器3区域的设置柔性填充层5，柔性填充层5能够在电池发生膨胀的过程中，避免刚性的温敏传感器3对电池外壳的挤压导致电池外壳破损的问题。

其中，柔性填充层5的材料可为具备电绝缘且柔性的材料，例如包括但不仅限于聚二甲基硅氧烷、Ecoflex、聚氨酯、热塑性橡胶SEBS(Styrene Ethylene Butylene Styrene，苯乙烯嵌段共聚物)、硅橡胶、天然橡胶。

其中，柔性填充层5的厚度为导电线路2、温敏传感器3和导热胶层4的厚度之和。

在本发明的实施例中，形成于导热胶层4和柔性填充层5表面的柔性封装层6，例如，可采用气相沉积旋涂、涂覆等工艺在导热胶层4和柔性填充层5表面沉积柔性封装层6。

其中，柔性封装层6的材料可为具备电绝缘且柔性的材料，例如包括但不仅限于聚酰亚胺、聚对二甲苯。

其中，柔性封装层6贴于电池表面，柔性封装层6的厚度为5um～10um。

在本发明的一个实施例中，根据导热胶层4的导热胶的热导率、所述柔性封装层6的热导率、导热胶的厚度及所述柔性封装层6的厚度，确定温敏传感器3检测的分辨率。

需要说明的是，温敏传感器3的分辨率取决于待测表面材料的性质与温敏传感器传感器3本身的性质。其中，根据热传导规律，热传导速率是由材料热导率、传导面积以及传导距离共同决定的。当待测表面局部小区域发生温度变化，待测材料本身以及待测材料与温敏传感器3都会发生热传导，待测材料热传导速率等于待测材料与温敏传感器之间的热传导速率时，就是温敏传感器3所能达到的测温分辨率。

也就是说，待测材料的热传导速率要与热传导至温敏传感器3单元表面的速率匹配，不然会导致临近温敏传感器3单元所检测到的温度为其他区域传导过来的。由于温敏传感器3是多层结构，待测材料表面温度传导至温敏传感器3表面需要通过柔性封装层6和导热胶层4的导热胶，因此上述两种结构材料的热导率以及厚度就会影响热传导速率，从而影响温敏传感器3的测温分辨率。

根据本发明实施例的超薄等刚度面阵温敏传感器结构，通过在柔性绝缘层的导电电路上布置高密度的温敏传感器可实现电池表面的面温度监测，且通过在柔性绝缘层的形成导电电路集成减少温敏传感器信号引线数量，降低温敏传感器与后端采集设备的连接难度，以及电路板的可弯曲特性使得温敏传感器阵列能够有效贴附各种类型的电池表面，此外，通过等刚度的柔性封装设计避免刚性温敏传感器在电池运行及失控条件下，由于发生电池膨胀而挤压电池外壳表面造成电解液泄露的问题。

为了实现上述实施例，本发明还提出了一种超薄等刚度面阵温敏传感器结构的制备方法。

图4是根据本发明一个实施例的超薄等刚度面阵温敏传感器结构的制备方法的流程图。如图4所示，超薄等刚度面阵温敏传感器结构的制备方法包括：

S410，将柔性绝缘层表面的杂质去除。

其中，柔性绝缘层的材料包括但不仅限于聚酰亚胺、涤纶薄膜等，其中，柔性绝缘层的厚度为10um～20um。

举例而言，可通过对覆铜的聚酰亚胺膜进行酒精和去离子水的超声波清洗，以确保表面的杂质去除，其中聚酰亚胺层可为柔性绝缘层。

S420，对柔性绝缘层进行选择性蚀刻其表面的铜箔形成导电线路。

例如，对覆铜的聚酰亚胺膜进行选择性蚀刻其表面的铜箔形成导电线路，其中，可采用印刷电路板制造方式或微电子光刻方式对铜箔层进行图案化。

其中，在本发明的实施例中，导电线路包括最小线宽大于100um的导线线路和最小线宽小于100um的导电线路，其中，采用印刷电路板制造方式形成最小线宽大于100um的导线线路，采用微电子光刻方式形成最小线宽小于100um的导电线路。

例如，印刷电路板制造方式可包括贴干膜、曝光、显影、蚀刻、去胶等；微电子光刻方式可包括涂光刻胶、曝光、显影、蚀刻、去胶等。

S430，在柔性绝缘层上导电线路的固定区域印刷导电介质，贴装温敏传感器，并固化导电介质。

其中，固定区域可理解为导线线路的焊盘区域。

例如，导电介质可为导电银浆或锡膏。

例如，在柔性绝缘层上的导电线路的焊盘区域采用丝网印刷技术印刷导电银浆或锡膏，使用手动或自动贴片机对温敏传感器3进行贴装，之后采用回流焊技术固化导电银浆或锡膏。

其中，温敏传感器包括但不仅限于NTC温度传感器、PTC温度传感器、热电偶温度传感器、镍热电阻温度传感器、铜热电阻温度传感器和铂热电阻温度传感器等。

S440，在温敏传感器区域表面印刷导热胶并固化。

其中，导热胶层的材料包括但不仅限于导热硅胶、无硅导热胶，其中，其中，导热胶层中导热胶包括但不仅限于油脂状、膏状和贴片。

其中，导热胶层的厚度为10um～20um。

为了减少电池表面温度传导至温敏传感器过程中热量散失，在本发明的实施例中，形成于温敏传感器上的导热胶层，例如，可采用丝网印刷工艺在贴片NTC热敏电阻区域表面印刷导热硅胶并固化，其中，导热硅胶可采用卡夫特K-5205导热硅胶，其中导热硅胶为导热胶层。实现了导热胶层能够减少电池表面温度传导至温敏传感器过程中热量散失，使得导热胶层的柔性确保温敏传感器与电池表面的共形。

S450，在柔性绝缘层上无温敏传感器区域印刷柔性填充层并热固化。

其中，柔性填充层的材料包括但不仅限于聚二甲基硅氧烷、Ecoflex、聚氨酯、热塑性橡胶SEBS、硅橡胶、天然橡胶。

其中，柔性填充层的厚度为导电线路、温敏传感器和导热胶层的厚度之和。

为了降低器件的表面压力分布均匀的问题，在本发明的实施例中，可通过在柔性绝缘层无温敏传感器区域的设置柔性填充层。

例如，采用丝网印刷在柔性绝缘层上非温敏传感器区域印刷柔性填充层并热固化。实现了柔性填充层通过补偿温度传感器和结构带来的高度差，能够极大降低器件的表面压力分布均匀的问题，进而实现器件表面等刚度。

S460，在导热胶层和柔性填充层的表面沉积柔性封装层。

例如，可采用真空气相沉积旋涂、涂覆等工艺在导热胶层和柔性填充层表面沉积柔性封装层。

其中，柔性封装层的材料包括但不仅限于聚酰亚胺、聚对二甲苯。

其中，柔性封装层贴于电池表面，柔性封装层的厚度为5um～10um。

根据本发明实施例的超薄等刚度面阵温敏传感器结构的制备方法，通过在柔性绝缘层的导电电路上布置高密度的温敏传感器可实现电池表面的面温度监测，且通过在柔性绝缘层的形成导电电路集成减少温敏传感器信号引线数量，降低温敏传感器与后端采集设备的连接难度，以及电路板的可弯曲特性使得温敏传感器阵列能够有效贴附各种类型的电池表面，此外，通过等刚度的柔性封装设计避免刚性温敏传感器在电池运行及失控条件下，由于发生电池膨胀而挤压电池外壳表面造成电解液泄露的问题。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。