一种铂薄膜温度传感器的封装方法

1.本发明属于铂温度传感器技术领域，具体涉及一种铂薄膜温度传感器的封装方法。


背景技术：

2.金属铂(pt)的电阻阻值在一定的温度范围内随温度呈现基本线性变化，利用这一特性制作的温度传感器称为pt电阻温度传感器，具有稳定性好、测量范围宽、精确度高、重复性好等很诸多优势。
3.国内薄膜铂热电阻的研究起步较晚，在电阻的准确性、稳定性、线性度等技术性能和量产性方面，与国外同类型产品还有很大的差距。国内市场上绝大部分的高精度薄膜铂热电阻都依赖进口，这对我国工业技术与国防事业的发展都很不利。因此急需研发出具有自主知识产权的铂薄膜温度传感器。现有封装技术中其保护层通常用蒸敷或钢网印刷的方法实现，此种方法制得的保护层薄膜致密性及均匀性差，影响极端温度下的测试稳定性。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种铂薄膜温度传感器的封装方法，以克服现有技术中存在的不足。
5.为实现前述发明目的，本发明实施例采用的技术方案包括：
6.本发明实施例提供了一种铂薄膜温度传感器的封装方法，所述铂薄膜温度传感器包括陶瓷衬底和覆设在陶瓷衬底表面的厚度为300
‑
600nm的铂薄膜电阻，所述封装方法包括：采用磁控溅射法在所述陶瓷衬底上形成能够掩盖铂薄膜电阻的厚度为1
‑
5um的aln保护层，以将铂薄膜电阻与外部环境隔离。
7.进一步地，所述磁控溅射法包括：以高纯铝为靶材，高纯氮气为反应气体，在所述陶瓷衬底上形成aln保护层。
8.进一步地，所述的封装方法，还包括：在所述aln保护层上覆盖厚度为10
‑
300um的高温保护釉层，以将aln保护层与外部环境隔离。
9.更进一步地，在aln保护层上涂覆高温保护釉层的前驱物涂层，之后在850
‑
1000℃进行烧结，从而形成高温保护釉层；其中，所述前驱物涂层由质量比为30
‑
62∶24
‑
56∶38
‑
47的a、b和c三种组分物质混合而成，a组分包括sio2、lico3、zno、b2o3和k2sif6，b组分包括zno、al2o3、b2o3、cr2o3、nio、cuo、co2o3和mno2，c组分为水性粘合剂，通过调节a、b、c成分比例使其热膨胀系数降低，与aln热膨胀系数更加匹配，以避免高温下膨胀分层。
10.进一步地，所述的封装方法，包括：
11.在所述陶瓷衬底表面的第一区域设置所述的铂薄膜电阻；
12.以及，在所述陶瓷衬底表面的第二区域设置连接面，并将引线与所述连界面固定连接；
13.所述第二区域与第一区域邻接或间隔设置。
14.更进一步地，所述的封装方法，具体包括：通过热压焊或超声热压焊方式将引线与连接面固定连接。
15.进一步地，所述的封装方法，还包括：采用钢网印刷的方法设置质量比为30
‑
62∶24
‑
56∶38
‑
47的a、b和c三种组分物质混合而成的固定釉层，a组分包括sio2、lico3、zno、b2o3和k2sif6，b组分包括zno、al2o3、b2o3、cr2o3、nio、cuo、co2o3和mno2，c组分为水性粘合剂，以至少将所述连接面以及连接面与引线的结合处与外部环境隔离。
16.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
17.本发明铂薄膜温度传感器的封装方法，通过磁控溅射的方法在陶瓷衬底上构成铂薄膜电阻的区域形成aln保护层；aln熔点高，热稳定性、导热性好，且用磁控溅射方法形成保护层，膜层均匀性高，结合强度高，控制膜厚实现阻挡高温下釉层分解的材料扩散至铂电阻层的作用，可解决铂薄膜温度传感器在高温800℃以上稳定性及测量精度稳定性的问题。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本技术一实施方式中铂薄膜温度传感器的结构示意图。
20.附图标记说明：1、氧化铝陶瓷衬底，2、铂薄膜电阻，3、aln保护层，4、连接面，5、引线，6、保护釉层，7、固定釉层。
具体实施方式
21.通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本发明。本文中揭示本发明的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本发明的示范性，本发明可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本发明的代表性基础。
22.鉴于现有技术存在的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，其主要是采用磁控溅射工艺制备aln保护层，磁控溅射有低温高速的特点，所制备薄膜内应力小，薄膜紧密，均匀性好；且aln耐高温，抗冲击，导热性好。如下将对该技术方案、其实施过程及原理作进一步的解释说明。
23.本发明实施例的一个方面提供了一种铂薄膜温度传感器的封装方法，所述铂薄膜温度传感器包括陶瓷衬底和覆设在陶瓷衬底表面的厚度为300
‑
600nm的铂薄膜电阻，所述封装方法包括：采用磁控溅射法在所述陶瓷衬底上形成能够掩盖铂薄膜电阻的厚度为1
‑
5um的aln保护层，以将铂薄膜电阻与外部环境隔离。
24.在一些优选实施例中，所述磁控溅射法包括：以高纯铝为靶材，高纯氮气为反应气体，在所述陶瓷衬底上形成aln保护层。
25.在一些更为优选的实施例中，所述磁控溅射法具体包括：先以氩等离子体对靶材进行预溅射，之后通入高纯氮气，待靶材的电流和电压充分稳定后进行沉积，其中采用的工
艺条件包括：ar气流量为3
‑
6cm3/min，高纯氮气流量为4
‑
12cm3/min，射频功率30
‑
120w，溅射气压0.1
‑
1.0pa，靶间距3
‑
10cm。
26.在一些优选实施例中，所述陶瓷衬底由氧化铝组成。
27.在一些优选实施例中，所述的封装方法，还包括：在所述aln保护层上覆盖厚度为10
‑
300um的高温保护釉层，以将aln保护层与外部环境隔离。
28.在一些更为优选的实施例中，所述的封装方法，还包括：在aln保护层上涂覆高温保护釉层的前驱物涂层，之后在850
‑
1000℃进行烧结，从而形成高温保护釉层。
29.在一些优选实施例中，所述的封装方法，具体包括：通过钢网印刷在aln保护层上涂覆高温保护釉层的前驱物涂层，其中，所述前驱物涂层由质量比为30
‑
62∶24
‑
56∶38
‑
47的a、b和c三种组分物质混合而成，a组分包括sio2、lico3、zno、b2o3和k2sif6，b组分包括zno、al2o3、b2o3、cr2o3、nio、cuo、co2o3和mno2，c组分为水性粘合剂。
30.在一些更为优选的实施例中，所述水性粘合剂包括羧甲基纤维素/聚乙烯醇/硫酸铝镁、丙三醇和水。
31.在一些更为优选的实施例中，所述前驱物涂层的厚度为10
‑
300μm。
32.在一些优选实施例中，所述的封装方法，包括：
33.在所述陶瓷衬底表面的第一区域设置所述的铂薄膜电阻；
34.以及，在所述陶瓷衬底表面的第二区域设置连接面，并将引线与所述连界面固定连接；
35.所述第二区域与第一区域邻接或间隔设置。
36.在一些优选实施例中，所述的封装方法，具体包括：通过热压焊或超声热压焊方式将引线与连接面固定连接。
37.在一些优选实施例中，所述引线采用直径为0.2
‑
0.3mm、长度为4
‑
6mm的pt线。
38.在一些优选实施例中，所述的封装方法，还包括：采用钢网印刷的方法设置质量比为30
‑
62∶24
‑
56∶38
‑
47的a、b和c三种组分物质混合而成的固定釉层，a组分包括sio2、lico3、zno、b2o3和k2sif6，b组分包括zno、al2o3、b2o3、cr2o3、nio、cuo、co2o3和mno2，c组分为水性粘合剂，以至少将所述连接面以及连接面与引线的结合处与外部环境隔离。
39.在一些更为优选的实施例中，所述水性粘合剂包括羧甲基纤维素/聚乙烯醇/硫酸铝镁、丙三醇和水。
40.本发明实施例提供的铂薄膜温度传感器的封装方法，通过磁控溅射的方法在陶瓷衬底上构成铂薄膜电阻的区域形成aln保护层；aln熔点高，热稳定性、导热性好，且用磁控溅射方法形成保护层，膜层均匀性高，结合强度高，可解决铂薄膜温度传感器在高温800℃以上时效稳定性的问题。
41.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
42.实施例1
43.参阅图1，本发明实施例提供了一种铂薄膜温度传感器，包括氧化铝陶瓷衬底1，氧化铝陶瓷衬底1表面的第一区域设有厚度为300
‑
600nm的铂薄膜电阻2，在构成铂薄膜电阻2区域的整个面上设有厚度为1
‑
5um的ain保护层3，且ain保护层3上还设置有厚度为10
‑
300um的保护釉层6；氧化铝陶瓷衬底1表面的第二区域设有与铂薄膜电阻2平行的连接面4，
且第二区域与第一区域邻接或间隔设置；连接面4与引线5形成导电连接以取得传感器信号，且连接面4与引线5上还设有一层固定釉层7；本实施例中，引线5选用直径为0.2
‑
0.3mm，长度为4
‑
6mm的pt线。
44.本发明实施例铂薄膜温度传感器的封装方法，包括：
45.通过磁控溅射工艺在氧化铝陶瓷衬底1表面的第一区域形成铂薄膜电阻2；
46.在构成铂薄膜电阻2的区域中，在氧化铝陶瓷衬底1的表面溅射一层ain保护层3，以高纯铝为靶材，高纯氮气为反应气体，先用ar
+
对al靶预溅射15min，通入n2后待靶的电流和电压充分稳定后转开挡板进行沉积；其中，工艺参数范围为：ar的气流量为4cm3/min，n2的气流量8cm3/min，射频功率75w，溅射气压0.6pa，靶间距7cm；通过溅射反应时间控制ain保护层厚度，以使其达到阻挡高温下釉层电化学分解材料扩散至铂电阻层的目的，并在ain保护层3上设置一层厚度为10
‑
300um的保护釉层6，其中保护釉层6由质量比为54∶45∶42的a、b和c三种组分物质混合而成，a组分包括质量比为59∶8∶7∶17∶7的sio2、lico3、zno、b2o3和k2sif6，b组分包括质量比为49.5∶1.7∶45∶3.0∶2.5∶4∶1.7∶1.7的zno、al2o3、b2o3、cr2o3、nio、cuo、co2o3和mno2，c组分包括质量比为3.8∶4.5∶100的羧甲基纤维素、丙三醇和水组成，使其釉面的线膨胀系数不大于平均值为75.0*10
‑7mm/℃，与aln热膨胀系数更加匹配，以避免高温下膨胀分层。
47.在氧化铝陶瓷衬底1表面的第二区域设置与铂薄膜电阻2平行的连接面4，并将连接面4通过热压焊/超声热压焊与直径为0.2
‑
0.3mm，长度为4
‑
6mm的pt线连接；在连接面4与pt线上通过钢网印刷一层固定釉层7，并在1000℃的条件下进行烧结，形成所述的铂薄膜温度传感器，结合强度高。
48.实施例2
49.本实施例提供的铂薄膜温度传感器，其结构与实施例1中的铂薄膜温度传感器的结构相同，封装方法，包括：
50.通过磁控溅射工艺在氧化铝陶瓷衬底1表面的第一区域形成铂薄膜电阻2；
51.在构成铂薄膜电阻2的区域中，在氧化铝陶瓷衬底1的表面溅射一层ain保护层3，以高纯铝为靶材，高纯氮气为反应气体，先用ar
+
对al靶预溅射15min，通入n2后待靶的电流和电压充分稳定后转开挡板进行沉积；其中，工艺参数范围为：ar的气流量为3cm3/min，n2的气流量4cm3/min，射频功率30w，溅射气压0.1pa，靶间距3cm；通过溅射反应时间控制ain保护层厚度，以使其达到阻挡高温下釉层电化学分解材料扩散至铂电阻层的目的，并在ain保护层3上设置一层厚度为10
‑
300um的保护釉层6，其中保护釉层6由质量比为30∶24∶47的a、b和c三种组分物质混合而成，a组分包括质量比为59∶8∶7∶17∶7的sio2、lico3、zno、b2o3和k2sif6，b组分包括质量比为49.5∶1.7∶45∶3.0∶2.5∶4∶1.7∶1.7的zno、al2o3、b2o3、cr2o3、nio、cuo、co2o3和mno2，c组分包括质量比为6.5∶4.5∶100的聚乙烯醇、丙三醇和水组成，使其釉面的线膨胀系数不大于平均值为75.2*10
‑7mm/℃，与aln热膨胀系数更加匹配，以避免高温下膨胀分层。
52.在氧化铝陶瓷衬底1表面的第二区域设置与铂薄膜电阻2平行的连接面4，并将连接面4通过热压焊/超声热压焊与直径为0.2
‑
0.3mm，长度为4
‑
6mm的pt线连接；在连接面4与pt线上通过钢网印刷一层固定釉层7，并在1000℃的条件下进行烧结，形成所述的铂薄膜温度传感器，结合强度高。
53.实施例3
54.本实施例提供的铂薄膜温度传感器，其结构与实施例1中的铂薄膜温度传感器的结构相同，封装方法，包括：
55.通过磁控溅射工艺在氧化铝陶瓷衬底1表面的第一区域形成铂薄膜电阻2；
56.在构成铂薄膜电阻2的区域中，在氧化铝陶瓷衬底1的表面溅射一层ain保护层3，以高纯铝为靶材，高纯氮气为反应气体，先用ar
+
对al靶预溅射15min，通入n2后待靶的电流和电压充分稳定后转开挡板进行沉积；其中，工艺参数范围为：ar的气流量为6cm3/min，n2的气流量12cm3/min，射频功率120w，溅射气压1.0pa，靶间距10cm；通过溅射反应时间控制ain保护层厚度，以使其达到阻挡高温下釉层电化学分解材料扩散至铂电阻层的目的，并在ain保护层3上设置一层厚度为10
‑
300um的保护釉层6，其中保护釉层6由质量比为62∶24∶38的a、b和c三种组分物质混合而成，a组分包括质量比为59∶8∶7∶17∶7的sio2、lico3、zno、b2o3和k2sif6，b组分包括质量比为49.5∶1.7∶45∶3.0∶2.5∶4∶1.7∶1.7的zno、al2o3、b2o3、cr2o3、nio、cuo、co2o3和mno2，c组分包括质量比为3.5∶4.5∶100的硫酸铝镁、丙三醇和水组成，使其釉面的线膨胀系数不大于平均值为75.3*10
‑7mm/℃，，与aln热膨胀系数更加匹配，以避免高温下膨胀分层。
57.在氧化铝陶瓷衬底1表面的第二区域设置与铂薄膜电阻2平行的连接面4，并将连接面4通过热压焊/超声热压焊与直径为0.2
‑
0.3mm，长度为4
‑
6mm的pt线连接；在连接面4与pt线上通过钢网印刷一层固定釉层7，并在1000℃的条件下进行烧结，形成所述的铂薄膜温度传感器，结合强度高。
58.对比例1
59.本对比例提供的铂薄膜温度传感器，与实施例1的铂薄膜温度传感器结构相同，且封装步骤基本相同，区别点在于：本对比例采用金属化烧结方式形成aln层，最终获得的器件与实施例1所获得的器件相比，结合强度不够高，特别是高温结合强度，受温度影响大。
60.此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。
61.尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。