提供一种生成温度感应器件的方法。该方法包括至少一个硅层和至少一个电极或接触件以限定热敏电阻器结构。至少所述硅层通过印刷形成，而所述硅层和所述电极或接触件中的至少一个在其印刷期间由一衬底支撑。优选地，采用包括尺寸范围在10纳米至100微米中的硅颗粒以及由粘合剂和合适的溶剂构成的液态载体的墨，通过印刷形成多个电极或接触件。在一些实施例中，衬底为其温度待测量的对象物。替换地，衬底可以是模板，可以是保护性地，或者可以是柔性或者刚性的材料。公开了各种器件的几何形状。
Printing temperature sensor
A method of generating a temperature sensing device. The method includes at least one silicon layer and at least one electrode or contact to define a thermistor structure. At least the silicon layer is formed by printing, and at least one of the silicon layer and the electrode or contact member is supported by a substrate during printing. Preferably, a plurality of electrodes or contacts are formed by printing the silicon particles with a size ranging from 10 nm to 100 microns and a liquid carrier consisting of an adhesive and a suitable solvent. In some embodiments, the substrate is an object for which the temperature is to be measured. Alternatively, the substrate may be a template, may be protective, or may be flexible or rigid material. Various device geometries are disclosed.
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种温度感应器件以及一种生产此器件的方法。具体地，本专利技术涉及一种负温度系数热敏电阻器。
技术介绍
功能墨的印刷是电子设备领域中的长期传统。例如，基于颜料的墨用来在印刷电路板上丝网印刷内部连线和电阻器。在这些应用中，所采用的厚膜墨分别包括银和碳的载体和颜料，其中颜料颗粒可以具有纳米范围的尺寸。传统地，已经通过诸如丝网印刷的传统印刷技术印刷大多数功能材料。最近的技术开发旨在印刷电路的不仅无源元件，而且有源元件。例如，在国际专利申请案W02004/068536中公开了纳米颗粒硅印刷元件，其公开了半导体层在如太阳能电池和晶体管的有源器件中的印刷。然而，对于半导体厚膜糊剂的应用的一个公知示例是依赖于温度的电阻器的制造，已知的如热敏电阻器。这种器件通常被认定为无源电子元件。当然这里具体相关的是具有电阻的负温度系数的热敏电阻器，已知的如NTC热敏电阻器，意味着它们的电阻随着温度增加而大致按指数规律地降低。这种常用类型的现有热敏电阻器由包括化合物半导体材料粉末和粘合剂材料的糊剂组成，诸如玻璃粉。这种糊剂可以丝网印刷至陶瓷衬底上也可以铸造以形成生还，形成生坯后其被高温烧结以形成半导体材料大体积浇筑层或体。不变地，由于热处理期间的变形，在厚膜热敏电阻器的情况下，在金属化之前需要对该材料进一步修坯以获取正确电阻。所采用的制造工艺对可以使用的衬底材料具有限制，不包括诸如纸张或者聚合体膜的多种轻质柔性材料的使用。传统地，用于制造热敏电阻器的厚膜墨由诸如硫化铅的重金属硫化物和/或碲化物组成，并且不符合诸如欧洲有害物质的限制使用(ROHS)的当代立法。近来引入的可选材料包括稀土和过渡金属氧化物的化学混合物，诸如二氧化锰。硅基热敏电阻器通过是从重掺杂硅晶片上切割下来，并且具有电阻的正温度系数。本专利技术的目的在于提供一种可选温度感应器件和一种制造这些器件的方法。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种生成温度感应器件的方法，所述方法包括形成至少一个硅层和至少两个导电电极或接触件以限定热敏电阻器结构，至少所述硅层通过印刷形成，而所述硅层和导电电极或接触件中的至少一个在其印刷期间由一衬底材料支撑。温度感应器件可以是负温度系数(NTC)热敏电阻器。为了本专利技术的目的，“印刷”应该以它的广义进行解释，如任何将液体或者胶粒混合物沉积在固态衬底上的方法，并且因此包括诸如滴铸、窄缝涂敷、旋转涂敷和喷敷的涂敷方法。虽然以通过模版印刷设计或者涂层的方式直接图案化是理想的，但是如果衬底材料具有正确的尺寸和形式则这不是必要的。具体地，印刷的定义应该包括所有类型的:包括但不限于苯胺印刷和凸版印刷的凸版印刷术，诸如凹版印刷的凹版印刷术，以及诸如平版印刷、静电复印和凹凸印刷的平版印刷术。所预期的平版印刷术方法包括所有胶印工艺，其中设计首先被传输至橡皮布辊，诸如胶平版印刷或者胶凹版印刷，或者被传输至如压印中的棉球。最后，术语印刷应该包含传统模版方法，这些方法通常被定义为印刷，和具体地丝网印刷，以及诸如喷墨印刷、气溶胶喷涂、和电液动态喷涂的非接触印刷方法。至少硅层，并且优选地多个电极或接触件，应该通过如上所述的印刷沉积。所述至少一个硅层和至少两个导电电极或接触件可以被直接应用至温度待测量的对象物，从而对象物自身形成衬底。可选地，衬底可以是任何金属的，或者其它电传导本体，这样衬底形成用于热敏电阻器的接触件中的一个。另外的，衬底可以是任何材料或者其上可以沉积接触件和硅层的材料的组合。在一个优选实施例中，衬底包括柔性片，柔性片可以例如包括诸如金属箔或聚合物片材的固态膜、诸如纸片或者毡类材料的纤维材料、或者织物。在没有使接触件中的一个形成至器件的金属或导电衬底的情况中，通过以油漆、墨、清漆或光漆的形式或者通过诸如氧化、渗碳、渗氮或阳极氧化的公知表面处理工艺敷用中间绝缘层，衬底的表面可以被认为是非导电的。在另一个优选实施例中，衬底包括刚性片，所述刚性片包括诸如金属片、玻璃或者聚合物片材或者半导体晶片的固体材料、诸如纸片和毡类材料的含有纤维或颗粒材料的复合物、或者含有织物的复合物。仅以示例的方式，可以构成衬底的可行材料包括铜、铝、金、银、以及它们的合金、硅、锗、金刚砂、含铅玻璃、冕玻璃、硼硅玻璃、石英、纸板、棉、玻璃纤维、聚酰亚胺、聚酯及其衍生物、其它塑料、纤维素、以及许多其它材料。在本体的待测量温度的地方不会形成衬底，该衬底可以形成用于热敏电阻器结构的永久支撑件。可选地，衬底可以在热敏电阻器结构的生产期间形成用于热敏电阻器结构的临时支撑件或者模板。在此情况下，衬底可以是保护性的并且在所述热敏电阻器结构的印刷之后通过化学方式、热方式或者机械方式移除，或者它可以形成可重复使用的模板。在一个优选实施例中，硅层由包括硅颗粒以及由粘合剂和合适的溶剂构成的液态载体的墨形成。在一些情况中，取决于印刷工艺，可以省略溶剂，或者可以添加在墨的配方中常用的额外化合物，诸如干燥剂或稳定剂。硅颗粒的尺寸范围应该在10纳米至100微米，并且优选应该在50纳米和250纳米之间的特性尺寸。硅颗粒优选应该具有允许在颗粒之间传递电荷的表面。这可以通过如国际专利申请案W02007/004014中的氧物种、羟基物种或氢物种的表面悬浮结合物的适当终止而实现。通过形成在印刷硅层之内的硅纳米颗粒网络的电传导假设是通过跳频渗流过程发生的，其中单个颗粒或者颗粒堆之间、或者半导体材料和导电电荷之间电荷的传输限于热激活方法。因此电阻的温度系统主要由颗粒特性(特别是它们的表面和界面)决定。通过吸收易被离子化的其它物质(特别是小分子)引入或去除捕获状态的表面的变化，或者由其它材料(特别是大有机分子)的部分氧化或吸收所引起的界面势垒的厚度的变化，因此也可以被用来改变材料的温度反应。另一种公知有助于电阻的温度依赖性的机理是载体在本征半导体或者微掺杂半导体中的热生成。因此理想的是通过用常规掺杂N型和P型材料制造它们或者在表面上吸收权离子化离子物种而选择硅颗粒的适宜掺杂水平，正如在国际专利申请案W02007/023362中所描述的。通过硅块的机械属性或者诸如包括甲硅烷和乙硅烷以及它们的衍生物的任何硅烷气体的高温分解的任何其它方法，可以生产合适的硅纳米颗粒，其中通过排除氧气或者减少副化学计量氧化物防止全氧化，正如在国际专利申请案W02009/125370中所描述的。通过硅层的电流的全面传输沿着互连颗粒和颗粒堆之间的逾渗通路。因此，主要通过硅层的微观结构(更具体的是互连颗粒的数量)控制标称或者室温、电阻性。这不仅可以通过选择印刷工艺及其参数而且可以通过经变化硅与粘合剂的比率或者添加诸如硅石或其它陶瓷纳米颗粒的绝缘阶段或者导电金属纳米颗粒以改变墨的组分而改变。本方法可以包括:通过改变墨的成分、通过变化硅与粘合剂之间的比例、或者增加诸如硅石或其它陶质纳米颗粒的绝缘相或者导电或半导电相至所述墨，增加至硅颗粒的至少一个额外的导电路径，从而有效增加相对不依赖于温度的内部电阻，所述内部电阻与热敏电阻器结构的依赖于温度的电阻并联。将额外导电路径增加到硅颗粒层中具有增加与热敏电阻器结构的依赖于温度的电阻并联的相对不依赖于温度的内部电阻的效果。这种结合还可以被用来改变器件的温度传感性能。在此理念的扩展下，额外的相可以包括不同掺杂硅的纳米颗粒或者另本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·托马斯·布里顿，马尔吉特·黑廷，
申请(专利权)人：PST传感器私人有限公司，
类型：
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。