[发明专利]一种快速响应薄膜热电偶温度传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜式热电偶温度传感器及其制造方法，具体是一种用于测量瞬变温度的快速响应薄膜热电偶温度传感器及其制造方法。

背景技术

传统的高温温度测量方式，是利用两种不同材料将其中一端焊接在一起做成热电偶后在温度场下焊接结点(热结点)处产生电动势实现温度的测量，如S型、R型、和K型等丝状铠装热电偶温度传感器。传统热电偶温度传感器由于受材料的线径大小限制，已难以进一步减小热结点的大小，而热结点的大小直接影响传感器的响应时间快慢。

薄膜热电偶温度传感器(Thin Film Thermo Couple，TFTC)是一种先进的测量瞬变温度的测温传感器。由于薄膜热电偶温度传感器的热结点多为微米级的薄膜，它具有热容量小、响应迅速、耐腐蚀等特点，能够快速而准确地测量瞬态温度的变化，适合于高速飞行器表面、高温工业炉窑和化工等领域的温度测量。此外，由于薄膜热电偶温度传感器对原有温场影响小，抗干扰能力强，能够抗高振动冲击，可靠性高等优点，在这种极端条件下，传统的温度传感器根本无法相比。快速响应薄膜温度传感器的研制成功将填补国内快速响应高温测量领域的空白，不断缩小与国外先进技术的差距，为我国的高温测试应用提供强有力的保障。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种快速响应薄膜热电偶温度传感器及其制造方法，提高热电偶温度传感器的耐腐蚀性和可靠性，减少对温度场的影响，实现温度场的快速响应和测量。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种快速响应薄膜热电偶温度传感器，陶瓷衬底(11)的上表面沉积有AlN缓冲层(12)，AlN缓冲层(12)上沉积有功能薄膜(13)，功能薄膜(13)包括Pt薄膜和PtRh13薄膜，Pt薄膜和PtRh13薄膜重叠搭接处有热结点(14)，功能薄膜(13)靠近热结点(14)的一端和热结点(14)上有Al₂O₃绝缘保护膜(15)，功能薄膜(13)远离热结点(14)的一端为引线区域(19)，引线区域(19)上设有引线(16)，Al₂O₃绝缘保护膜(15)远离热结点(14)一端的表面上有由Pt浆料组成的导电胶层(17)，导电胶层(17)将引线区域(19)与引线(16)连接起来，导电胶层(17)上覆盖有A1₂O₃釉料层(18)；所述陶瓷衬底(11)材料为Al₂O₃。

一种快速响应薄膜热电偶温度传感器的制造方法，该方法为：

1)在陶瓷衬底的主表面上沉积一层AlN缓冲层，利用光刻技术在AlN缓冲层表面均匀涂敷一层光刻胶；

2)通过对光刻胶进行图形曝光与显影，得到PtRh13薄膜沉积之前所需形状的图形；

3)在陶瓷衬底上表面沉积一层0.5um～10um厚的PtRh13薄膜，并用剥离法去除图形以外的光刻胶和PtRh13薄膜；

4)利用光刻技术在AlN缓冲层表面均匀涂敷一层光刻胶，通过对光刻胶进行图形曝光与显影，得到Pt薄膜沉积之前所需形状的图形；

5)在光刻胶图形表面沉积一层0.1～10um厚的Pt薄膜，并用剥离法去除图形以外的光刻胶和Pt薄膜，Pt薄膜的光刻胶图形与PtRh13薄膜之间的重叠搭接区域称为热结点；

6)利用薄膜沉积技术，至少在热结点处，但不包括引线区域，沉积一层Al₂O₃绝缘薄膜，厚度为0.5um～10um；

7)利用高温烧结Pt浆料的方法将引线区域的两个连接点分别与引线连接起来，并对引线区域的Pt浆料导电胶层用釉料烧结形成Al₂O₃釉料层，Pt浆料烧结的温度为11000℃～14000℃，烧结时间为30～60分钟，釉料烧结温度为11000℃～13000℃，烧结时间为1～3小时。

薄膜沉积技术为物理气相沉积技术。

所述物理气相沉积技术为溅射沉积技术。

本发明中的缓冲层12主要用于缓冲功能薄膜13与Al₂O₃陶瓷衬底11之间的热失配和晶格失配，减轻它们的界面热应力和内应力，使功能薄膜13牢固地粘附在Al₂O₃陶瓷衬底11上。