一种双加热电极宽量程风速传感器及其制造方法技术

一种双加热电极宽量程风速传感器及其制造方法，用于提高检测灵敏度和速率，属于风速传感器领域。本发明专利技术包括：加热器电极位于八边形衬底的中心，加热器电极由双加热器围成中心为方形盘绕式结构和四个引用电极组成，四个引用电极分别从方形盘绕式结构的四个角引出，且每个引用电极的宽度逐渐变宽；每个温度探测器电极为对称结构，包括扇形本体及该本体边缘引出并延伸至八边形衬底边缘的两个探测电极，四个温度探测器电极分布在加热器电极周围的八边形衬底上，加热器电极的每相邻两个引出电极之间设置一个温度探测器电极；在每个温度探测器电极与加热器电极之间的八边形衬底上设置一个热隔离槽。

【技术实现步骤摘要】
一种双加热电极宽量程风速传感器及其制造方法
本专利技术涉及一种风速传感器，特别涉及一种双加热电极宽量程风速传感器及其制造方法。
技术介绍
风速传感器广泛应用于风力发电、矿山通风、太阳能发电风向控制及气体流量监测等领域。现有采用氮化铝陶瓷基片作为衬底，在惰性的高温环境中非常稳定，在空气中，温度高于700℃时，氮化铝物质表面会发生微氧化作用，形成5-10纳米厚的Al2O3氧化物薄膜，起到保护作用，同时通过中间加热电极加热附近空气温度，利用温度探测测量周围空气温度，利用热温差原理达到测量风速，但是这种热温差型风速传感器具有检测量程小、功耗高、响应速率慢等问题，且硅基结构工艺复杂，兼容性差，高温恶劣环境下产品可靠性不高等问题，一直制约着微热型风速传感器的发展和应用。
技术实现思路
针对上述不足，本专利技术提供一种提高检测灵敏度和检测速率的双加热电极宽量程风速传感器及其制造方法。本专利技术的一种宽量程风速传感器，包括八边形衬底1、四个温度探测器电极3、加热器电极4和四个热隔离槽5，所述加热器电极4位于八边形衬底1的中心，加热器电极4由双加热器围成中心为方形盘绕式结构和四个引用电极组成，所述四个引用电极分别从所述方形盘绕式结构的四个角引出，延伸至八边形衬底1的边缘，且每个引用电极的宽度逐渐变宽，四个引出电极呈十字交叉；每个温度探测器电极3为对称结构，包括扇形本体及该本体边缘引出并延伸至八边形衬底1边缘的两个探测电极，四个温度探测器电极3分布在加热器电极4周围的八边形衬底1上，加热器电极4的每相邻两个引出电极之间设置一个温度探测器电极3；在每个温度探测器电极3与加热器电极4之间的八边形衬底1上设置一个热隔离槽5。优选的是，所述传感器还包括八边形导热介质层2；八边形导热介质层2镀在八边形衬底1上，四个温度探测器电极3、加热器电极4和四个热隔离槽5设置在八边形导热介质层2上。优选的是，所述八边形衬底1为纯度99％的三氧化二铝陶瓷衬底；八边形导热介质层2为氮化铝导热介质薄膜；四个温度探测器电极3和加热器电极4均为铂膜。优选的是，所述加热器电极4的四个引出电极的末端和温度探测器电极3的八个探测电极的末端均设置有引出焊盘；所述八边形衬底1的边缘设置了12个通孔焊盘6，通孔焊盘的位置与加热器电极4和温度探测器电极3的引出焊盘的位置对应，位置对应的通孔焊盘与引出焊盘连接。优选的是，引线穿过引出焊盘和通孔焊盘，从八边形衬底1的背面引出，且引出焊盘和通孔焊盘内设置铂浆焊接覆盖。优选的是，八边形衬底1厚度为0.1-0.15mm，八边形导热介质层2膜厚0.1-10μm，温度探测器电极3和加热器电极4薄膜厚度均为50-500nm，加热器电极4的薄膜线宽a为40-100μm，温度探测器电极3的薄膜线宽b为10-50μm，热隔离槽5的槽深为0.1-0.15mm，槽宽为20-50μm，通孔焊盘6的通孔直径50-100μm。优选的是，所述八边形衬底1包括四个等长的长边和四个等长的短边，四个长边和四个短边交替连接，四个温度探测器电极3的引出焊盘分布在四个短边边缘，加热器电极4的四个引出焊盘分布在相对的四个长边边缘。本专利技术还提供一种双加热电极宽量程风速传感器的制造方法，所述方法包括：步骤一：对三氧化二铝陶瓷衬底进行清洗和烘烤；步骤二：在步骤一烘烤后的三氧化二铝陶瓷衬底上溅射氮化铝导热介质薄膜；步骤三：对步骤二溅射氮化铝导热介质薄膜的三氧化二铝陶瓷衬底进行氮化或氧化处理；步骤四：在步骤三氮化或氧化氮化或氧化氮化铝导热介质薄膜上形成一层正性光刻胶；步骤五：制作制版模具，所述制版模具为四个温度探测器电极3和加热器电极4所形成传感器电极表面结构的相反图案的掩模版，利用制版模具对步骤四形成的正性光刻胶上进行反版曝光和显影，获得带有光刻胶图案的三氧化二铝陶瓷衬底；步骤六：将步骤五中带有光刻胶图案的三氧化二铝陶瓷衬底，金属化成膜，形成带有覆盖铂膜图案的三氧化二铝陶瓷衬底；步骤七：将步骤六中带有覆盖铂膜图案的三氧化二铝陶瓷衬底进行柔性机械剥离，在三氧化二铝陶瓷衬底上的氮化铝介质薄膜表面留下了与制版模具相反图案的铂膜传感器电极图案结构；步骤八：在步骤七的铂膜传感器电极图案结构中的加热器电极4外围和引出焊盘的中心的三氧化二铝陶瓷衬底上进行激光刻蚀，刻蚀形成热隔离槽和焊盘通孔6；步骤九：铂丝引线从引出焊盘穿过焊盘通孔，铂丝引线在三氧化二铝陶瓷衬底背面引出，三氧化二铝陶瓷衬底正面的焊盘覆盖铂浆焊料并覆盖保护层，固化后，双加热电极宽量程风速传感器制造完成。优选的是，所述步骤二包括：对步骤一烘烤后的三氧化二铝陶瓷衬底，采用磁控射频溅射方法，在氩气和氮气2:1比例，保持压强0.5-1.2Pa环境下进行溅射氮化铝薄膜，获得氮化铝导热介质薄膜。优选的是，所述步骤二中，在氩气和氮气2:1比例保持压强0.5-1.2Pa环境下进行射频溅射氮化铝薄膜，射频溅射过程：溅射温度在室温25℃和200℃交替进行，即在室温25℃磁控射频溅射氮化铝薄膜2h，加热至200℃，再射频溅射氮化铝薄膜2h，待降温到室温25℃，在进行镀膜射频溅射氮化铝薄膜；重复上述射频溅射过程2-3次，可得到具有晶界明显的多层氮化铝薄膜。本专利技术的有益效果，本专利技术的传感器中心形成的温度场为方形，有利于向四个方向热扩散，温度的扩散场为扇形，有利于对称温度场形成，双加热器引出电极延伸至边缘焊盘处，电极宽度逐渐变宽，减小了引出电极对温度场影响，采用双加热器使得传感器加热功率提高一倍，从而使得热温差灵敏度大幅提高，拓宽了风速量程检测范围，同时高温度场又可提升抵抗环境温度变化的影响。为提高热温差风速传感器设计精度，本专利技术的四个温度探测器电极3为扇形结构，四个温度探测器电极3形成四个扇形区域正好覆盖加热器电极4的四个温度扩散场，此扇形探测器电极结构设计最大面积覆盖了温度扩散场，有利于提高热场交换面积和效率，提高风速检测灵敏度和检测精度。附图说明图1是本专利技术一种双加热电极宽量程风速传传感器芯片的平面结构图。图2是图1的截面结构图。图3是图1中一个温度探测器电极结构图。图4是图1中双加热器电极结构图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。本实施方式的一种宽量程风速传感器，如图1和图2所示，包括八边形衬底1、四个温度探测器电极3、加热器电极4和四个热隔离槽5，所述加热器电极4位于八边形衬底1的中心，加热器电极4由双加热器围成中心为方形盘绕式结构和四个引用电极组成，所述四个引用电极分别从所述方形盘绕式结构的四个角引出，延伸至八边形衬底1的边缘，且每个引用电极的宽度逐渐变宽，四个引出电极呈十字交叉；每个温度探测器电极3为对称结构，包括扇形本体及该本体边缘引出并延伸至八边形衬底1边缘的两个探测电极，四个温度探测器电极3分布在加热器电极4周围的八边形衬底1上，加热器电极4的每相邻两个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双加热电极宽量程风速传感器，包括八边形衬底(1)、四个温度探测器电极(3)、加热器电极(4)和四个热隔离槽(5)，其特征在于，所述加热器电极(4)位于八边形衬底(1)的中心，加热器电极(4)由双加热器围成中心为方形盘绕式结构和四个引用电极组成，所述四个引用电极分别从所述方形盘绕式结构的四个角引出，延伸至八边形衬底(1)的边缘，且每个引用电极的宽度逐渐变宽，四个引出电极呈十字交叉；每个温度探测器电极(3)为对称结构，包括扇形本体及该本体边缘引出并延伸至八边形衬底(1)边缘的两个探测电极，四个温度探测器电极(3)分布在加热器电极(4)周围的八边形衬底(1)上，加热器电极(4)的每相邻两个引出电极之间设置一个温度探测器电极(3)；在每个温度探测器电极(3)与加热器电极(4)之间的八边形衬底(1)上设置一个热隔离槽(5)。

【技术特征摘要】
1.一种双加热电极宽量程风速传感器，包括八边形衬底(1)、四个温度探测器电极(3)、加热器电极(4)和四个热隔离槽(5)，其特征在于，所述加热器电极(4)位于八边形衬底(1)的中心，加热器电极(4)由双加热器围成中心为方形盘绕式结构和四个引用电极组成，所述四个引用电极分别从所述方形盘绕式结构的四个角引出，延伸至八边形衬底(1)的边缘，且每个引用电极的宽度逐渐变宽，四个引出电极呈十字交叉；每个温度探测器电极(3)为对称结构，包括扇形本体及该本体边缘引出并延伸至八边形衬底(1)边缘的两个探测电极，四个温度探测器电极(3)分布在加热器电极(4)周围的八边形衬底(1)上，加热器电极(4)的每相邻两个引出电极之间设置一个温度探测器电极(3)；在每个温度探测器电极(3)与加热器电极(4)之间的八边形衬底(1)上设置一个热隔离槽(5)。2.根据权利要求1所述的一种双加热电极宽量程风速传感器，其特征在于，所述传感器还包括八边形导热介质层(2)；八边形导热介质层(2)镀在八边形衬底(1)上，四个温度探测器电极(3)、加热器电极(4)和四个热隔离槽(5)设置在八边形导热介质层(2)上。3.根据权利要求2所述的一种双加热电极宽量程风速传感器，其特征在于，所述八边形衬底(1)为纯度99％的三氧化二铝陶瓷衬底；八边形导热介质层(2)为氮化铝导热介质薄膜；四个温度探测器电极(3)和加热器电极(4)均为铂膜。4.根据权利要求3所述的一种双加热电极宽量程风速传感器，其特征在于，所述加热器电极(4)的四个引出电极的末端和温度探测器电极(3)的八个探测电极的末端均设置有引出焊盘；所述八边形衬底(1)的边缘设置了12个通孔焊盘(6)，通孔焊盘的位置与加热器电极(4)和温度探测器电极(3)的引出焊盘的位置对应，位置对应的通孔焊盘与引出焊盘连接。5.根据权利要求4所述的一种双加热电极宽量程风速传感器，其特征在于，引线穿过引出焊盘和通孔焊盘，从八边形衬底(1)的背面引出，且引出焊盘和通孔焊盘内设置铂浆焊接覆盖。6.根据权利要求5所述的一种双加热电极宽量程风速传感器，其特征在于，八边形衬底(1)厚度为0.1-0.15mm，八边形导热介质层(2)膜厚0.1-10μm，温度探测器电极(3)和加热器电极(4)薄膜厚度均为50-500nm，加热器电极(4)的薄膜线宽a为40-100μm，温度探测器电极(3)的薄膜线宽b为10-50μm，热隔离槽(5)的槽深为0.1-0.15mm，槽宽为20-50μm，通孔焊盘(6)的通孔直径50-100μ...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文杰，徐丹，陈寅生，王天，李鹏飞，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23