薄膜辐射热流传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种薄膜辐射热流传感器及其制备方法。包括基底1、设于基底1上的薄膜热电偶阵列2、设于薄膜热电偶阵列2上的热阻层3；薄膜热电偶阵列2由两个以上的薄膜热电偶通过外接点11串联构成，薄膜热电偶由A电极9和B电极10连接组成；相邻的两个外接点11上设有热阻层3；薄膜热电偶阵列2的两个外接端分别经焊盘13与各自电极对应的补偿导线14连接。本发明专利技术的热流传感器采用现有的成熟工艺技术和材料，生产工艺简单，成本低廉，具有良好的测量精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于薄膜特种传感器
，具体涉及一种基于镀膜技术和光刻技术的薄膜传感器及其制备方法。
技术介绍
在科学技术、工业生产、工程建造过程中，热流量以多种方式进行着传递，最常见的三种传递方式分别为导热、对流和辐射。随着现代科学技术的发展，热流密度的测量技术越发受到人们的关注。在热分析监察的领域中，热流密度测量的必要性已被重视和确认，相应的热流测量方法得到了较大的发展和普遍的应用。在辐射热流密度测量方面国外研发出了很多新型的传感器，新的材料研发和制作工艺水平的进步为其提供了技术支持，但在国内还处于相对落后的状况。目前实际工业生产中运用最普遍的辐射热流传感器主要有：圆箔式(戈登计)、塞式(Schmidt Boelter计)、金属块式等。圆箔式热流传感器的使用最为广泛，特点是响应迅速、测量量程宽、工作时间长，但是缺点是体积大，不适合用于某些微小空间。塞式热流传感器一般用于测量全热流的环境中，但是因其结构复杂，使用不如圆箔式更加广泛，并且响应速度较慢。金属块式热流传感器的整体结构及制作工艺较为简单，缺点是不能在某些场合下长时间测量，并且输出信号与加载的辐射热流不成正比例关系，需要加装运算模块，不利于设备的精简设计。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型的薄膜辐射热流传感器及其制备方法，可以实现对热源辐射热流密度的测量，这种热流传感器采用现有的成熟工艺技术和材料，生产工艺简单，成本低廉，具有良好的测量精度。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种薄膜辐射热流传感器，包括基底1、设于基底1上的薄膜热电偶阵列2、设于薄膜热电偶阵列2上的热阻层3；薄膜热电偶阵列2由两个以上的薄膜热电偶通过外接点11串联构成，薄膜热电偶由A电极9和B电极10连接组成；相邻的两个外接点11上设有热阻层3；薄膜热电偶阵列2的两个外接端分别经焊盘13与各自电极对应的补偿导线14连接。一种薄膜辐射热流传感器的制备方法，包括以下步骤：(1)清洗基片；(2)涂覆光刻胶后烘干光刻胶；(3)将基底与玻璃掩膜板放入光刻机行星架上进行光刻，制备出A电极9的光刻图形；(4)将基底放入镀膜机样品平台，在基底表面沉积薄膜热电偶A电极9的金属层；(5)涂覆光刻胶并烘干光刻胶；(6)将基底与玻璃掩膜板放入光刻机行星架上进行光刻，制备出B电极10的光刻图形；(7)将基底放入镀膜机样品平台，在基底表面沉积薄膜热电偶B电极10的金属层；(8)将薄膜热电偶阵列的两个外接端分别与各自对应的补偿导线在焊盘处用导电胶相连；(9)在基底表面粘贴一层铝箔胶带，并在外接点再覆盖等厚度的铝箔胶带。本专利技术与现有技术相比，其显著优点：(1)本专利技术采用成熟的工艺技术和材料，热阻层采用反射率高的铝箔材料可以大幅降低传感器本身的温度，使其适用的温度范围更广；(2)本专利技术采用磁控溅射镀膜技术、光刻工艺、玻璃掩膜技术等微机械加工技术，有利于提高加工工艺的一致性和传感器工作的可靠性水平，可实现薄膜辐射热流传感器的批量生产，有效降低制造成本；(3)本专利技术利用微机械加工技术可以在一片基底上同时制备更多的热电偶，提高薄膜辐射热流传感器的测量精度，提高加工效率，大大降低制造成本。附图说明图1是本专利技术薄膜辐射热流传感器的结构示意图。图2是本专利技术热电偶层的结构示意图。具体实施方式参见图1，所述的薄膜辐射热流传感器包括基底1，设于基底1上的薄膜热电偶阵列2，设于薄膜热电偶阵列上的热阻层3；所述薄膜热电偶阵列参见图2，由两个以上包括A电极9和B电极10的薄膜热电偶通过外接点11串联构成；所述外接点11和连接点12上设有图1中的热阻层7；所述外接点11上设有图1中的热阻层8；所述薄膜热电偶组成的阵列的两个外接端分别经一个焊盘13与各自对应的补偿导线14连接；图1中的4结点对应图2中的12结点，图1中的5结点对应图2中的11结点；图1中的6连线为薄膜热电偶导线。其中，所述基底1材料为Si、Sio2、聚酰亚胺柔性材料，优选聚酰亚胺柔性材料，其尺寸为20mm×20mm，厚度0.05mm；所述薄膜热电偶的厚度为1μm；所述热阻层3材料为Sio2、铝箔胶带，优选铝箔胶带，厚度0.05mm。所述薄膜热电偶为E型热电偶、K型热电偶和T型热电偶，优选T型热电偶。上述薄膜辐射热流传感器的制备方法，包括如下步骤：(1)用丙酮对基片进行超声波清洗10min、用无水乙醇对基片进行超声波清洗10min、用去离子水对基片进行超声波清洗10min，去除表面油污及杂质；(2)将基底放入匀胶机真空吸盘上，均匀涂满光刻胶，并用加热平台烘烤使光刻胶蒸发一定量的溶液；(3)将基底与玻璃掩膜板放入光刻机行星架上进行光刻，制备出A电极9的光刻图形，再次放入加热平台烘烤使光刻胶进一步蒸发一定量的溶液；(4)将基底放入镀膜机样品平台，在基底表面沉积薄膜热电偶A电极9的金属层，取出基底放入装有丙酮的超声波清洗器中去除表面光刻胶，依次在无水乙醇和去离子水中清洗干净表面的杂质；(5)再次将基底放入匀胶机真空吸盘上，均匀涂满光刻胶，并用加热平台烘烤使光刻胶蒸发一定量的溶液；(6)将基底与玻璃掩膜板放入光刻机行星架上进行光刻，制备出B电极10的光刻图形，放入加热平台烘烤使光刻胶进一步蒸发一定量的溶液；(7)将基底放入镀膜机样品平台，在基底表面沉积薄膜热电偶B电极10的金属层，取出基底放入装有丙酮的超声波清洗器中去除表面光刻胶，依次在无水乙醇和去离子水中清洗干净表面的杂质；(8)将薄膜辐射热流传感器上串联的两个以上的薄膜热电偶的两个外接端分别与各自对应的补偿导线在焊盘处用导电胶相连；(9)在基底表面覆盖一层热阻层，并在外接点11处再覆盖等厚度的热阻层。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。参见图1，所述的薄膜辐射热流传感器包括基底1，设于基底1上的薄膜热电偶阵列2，设于薄膜热电偶阵列上的热阻层3；所述薄膜热电偶阵列参见图2，由两个以上包括A电极9和B电极10的薄膜热电偶通过外接点11串联构成；所述A电极9和B电极的外接点11和连接点12上设有图1中的热阻层7；所述外接点11上设有图1中的热阻层8；所述串联的两个以上的薄膜热电偶的两个外接端分别经一个焊盘13与各自对应的补偿导线14连接；图1中的4结点对应图2中的12结点，图1中的5结点对应图2中的11结点；图1中的6连线为薄膜热电偶导线。其中，所述基底1材料为聚酰亚胺柔性材料，其尺寸为20mm×20mm，厚度0.05mm；所述薄膜热电偶的厚度为1μm；所述热阻层3材料为铝箔胶带，厚度0.05mm。所述薄膜热电偶为T型热电偶。上述薄膜辐射热流传感器的制备方法，包括如下步骤：(1)用丙酮对基片进行超声波清洗10min、用无水乙醇对基片进行超声波清洗10min、用去离子水对基片进行超声波清洗10min，去除表面油污及杂质；(2)将基底放入匀胶机真空吸盘上，均匀涂满NR74g-6000PY型负胶，并用加热平台在110℃的温度下烘烤120s，使光刻胶蒸发一定量的溶液；其中匀胶机转速为500rpm、时间5s，转速为4000rpm、时间90s；(3)将基底与玻璃掩膜板放入光刻机行星架上进行光刻，制备出A电极9的光刻图形，再次放入加热平台在110℃的温度下烘烤60s，使光刻胶进一步蒸发一定量的溶液；其中光刻机曝光时间3.8s本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜辐射热流传感器，其特征在于：包括基底（1）、设于基底（1）上的薄膜热电偶阵列（2）、设于薄膜热电偶阵列（2）上的热阻层（3）；薄膜热电偶阵列（2）由两个以上的薄膜热电偶通过外接点（11）串联构成，薄膜热电偶由A电极（9）和B电极（10）连接组成；相邻的两个外接点（11）上设有热阻层（3）；薄膜热电偶阵列（2）的两个外接端分别经焊盘（13）与各自电极对应的补偿导线（14）连接。

【技术特征摘要】
1.一种薄膜辐射热流传感器，其特征在于：包括基底（1）、设于基底（1）上的薄膜热电偶阵列（2）、设于薄膜热电偶阵列（2）上的热阻层（3）；薄膜热电偶阵列（2）由两个以上的薄膜热电偶通过外接点（11）串联构成，薄膜热电偶由A电极（9）和B电极（10）连接组成；相邻的两个外接点（11）上设有热阻层（3）；薄膜热电偶阵列（2）的两个外接端分别经焊盘（13）与各自电极对应的补偿导线（14）连接。2.根据权利要求1所述的薄膜辐射热流传感器，其特征在于：所述薄膜热电偶为E型热电偶、K型热电偶或T型热电偶。3.根据权利要求1或2所述的薄膜辐射热流传感器，其特征在于：所述基底（1）的材料为Si、或聚酰亚胺柔性材料，其尺寸为，厚度为；所述薄膜热电偶的厚度为；所述热阻层（...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩玉阁，任立飞，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32