一种以金属薄带为基底的新型原子层热电堆热流传感器及其封装工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种以金属薄带为基底的新型原子层热电堆热流传感器及其封装工艺，包括：封装套，其内部固定套设有金属基体，金属基体表面固定设置有以金属薄带为薄膜基底的敏感元件，金属基体两侧设置有导线槽，导线槽中固定设置有银导线；敏感元件的结构包括：金属薄带，其上方沉积有过渡膜层；热电效应薄膜，其沉积在过渡膜层上方；导电膜，其沉积在热电效应薄膜两端；金属基体两侧设置有过渡斜面。本发明专利技术利用金属良好的导热特性以及较高热容量，使得传感器在长时间使用中能及时将热传导出去，保证传感器温度在受控范围内；利用金属薄带较好的柔韧性，使得导电膜与银导线的电导通结点布置在金属基体侧面，减少由于侵入式传感器对局部流场的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种以金属薄带为基底的新型原子层热电堆热流传感器及其封装工艺
本专利技术属于热流传感器
，更具体地说，本专利技术涉及一种以金属薄带为基底的新型原子层热电堆热流传感器及其封装工艺。
技术介绍
边界层转捩是经典力学遗留的少数基础科学问题之一，与湍流问题一起称为“世纪难题”。对于高超声速飞行，高超声速边界层由层流变为湍流后，壁面热流和摩擦力都会急剧增加。因此，对高超声速边界层转捩的理论和实验研究是认识转捩机理从而进一步达到对转捩进行控制的重要手段。结合对当前高超声速边界层转捩理论研究的认知，来流扰动的演化和发展被认为是边界层转捩机理的核心。相应地，风洞实验研究中也越来越关注诸如高频脉动热流的测试与分析。常规高超声速风洞热流不高，但是试验时间长，温度累积效应明显；飞行试验是在真实、完全的气动环境中进行的，试验时间长、热流高，对高频脉动热流测试需求十分迫切。当前，高频脉动热流测试主要是依赖于原子层热电堆热流传感器。但是，原子层热电堆热流传感器的敏感元件主要是以钛酸锶薄片为热电效应薄膜载体，而钛酸锶薄片导热性能差、热容量小，导致原子层热电堆热流传感器不适用于长时间的高频脉动热流测试，即使是测试环境中热流不高；钛酸锶薄片加工难度大，极易损伤，导致传感器在将热电效应薄膜感应到的电信号传输出去的引线方式上是直接在传感器表面通过刷导电银浆的方式形成导电膜与银导线之间的电导通，造成传感器表面引线孔周围小区域内不平整，将引发局部流场干扰。此外，当采用水冷隔热套等方式实现传感器温度控制时又不可避免的大幅增加传感器尺寸，对于这类侵入式的热流测试手段将大大增加传感器造成的局部流场干扰。因此，金属基的新型原子层热电堆热流传感器将利用金属良好的导热特性及时将热传导出去以及金属基体较大的热容量，使得敏感元件始终处于一个较低的温度范围内；同时，利用金属薄带较好的柔韧性使得导电膜与银导线的接触点可布置在侧面，传感器感应面无因涂抹导电胶造成的表面凹凸不平。由此，形成的新型原子层热电堆热流传感器感应面平整，可满足常规高超声速风洞、飞行试验中长时间高频脉动热流测试的需求
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种以金属薄带为基底的新型原子层热电堆热流传感器，包括：封装套，其内部固定套设有金属基体，所述金属基体表面固定设置有以金属薄带为薄膜基底的敏感元件，金属基体两侧设置有导线槽，所述导线槽中固定设置有银导线；所述敏感元件的结构包括：金属薄带，其上方沉积有过渡膜层；热电效应薄膜，其沉积在所述过渡膜层上方；导电膜，其沉积在热电效应薄膜两端；金属基体两侧设置有过渡斜面，所述敏感元件沉积导电膜部分沿过渡斜面延伸至导线槽内，且敏感元件的导电膜与所述银导线电导通。优选的是，其中，所述金属薄带通过高温导电胶粘贴固定在金属基体表面。优选的是，其中，所述金属基体侧面设置有定位螺纹孔，封装套上设置有与定位螺纹孔相适配的通孔，通过在通孔和定位螺纹孔中设置顶丝实现封装套与金属基体的定位和固定。优选的是，其中，所述金属基体上端面设置有过渡圆角。优选的是，其中，所述导线槽内灌注有高温胶，银导线通过高温胶固定在导线槽内；银导线与导电膜之间通过刷高温银浆的方式实现电导通。优选的是，其中，所述封装套可以氮化硅陶瓷封装套、氧化铝陶瓷封装套或氮化硅陶瓷封装套中的一种。优选的是，其中，所述热电效应薄膜可以是钇钡铜氧化物薄膜或镧锰铜氧化物薄膜。优选的是，其中，本专利技术以金属薄带为基底的新型原子层热电堆热流传感器的封装工艺包括以下步骤：步骤一、对金属薄带表面做抛光处理；然后在金属薄带表面沉积过渡膜层，在过渡膜层表面沉积热电效应薄膜，在热电效应薄膜两端沉积导电膜；在金属基体上加工过渡圆角；步骤二、在敏感元件下表面涂覆高温导电胶，在敏感元件圆弧部分与金属基体圆弧部分重合，将敏感元件贴合在金属基体上；步骤三、利用焊接或高温导电胶裹覆的方式确保银导线与导电膜之间良好的电导通；然后在导线槽内灌注高温胶，高温胶固化将银导线固定在导线槽内；步骤四、用封装套套住金属基体，并保证封装套的通孔对准金属基体的定位螺纹孔，在通孔和定位螺纹孔中装入顶丝，实现封装套与金属基体之间的定位和固定。优选的是，其中，过渡膜层的沉积技术可以是离子束辅助沉积技术或倾斜基底沉积技术。本专利技术至少包括以下有益效果：本专利技术提供了一种金属基的新型原子层热电堆热流传感器，由此能够用于常规高超声速风洞、飞行试验等试验环境下进行长时间高频脉动热流测试，其有益结果是：金属基的原子层热电堆热流传感器利用了金属良好的导热特性以及较高的热容量，使得传感器在长时间使用中能及时将热传导出去，保证传感器温度在受控范围内；以金属薄带为热电效应薄膜、导电膜的基底，利用金属薄带较好的柔韧性，使得导电膜与银导线的电导通结点布置在金属基体侧面，传感器感应面平整，减少了由于侵入式传感器对局部流场的影响。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明：图1为本专利技术提供的以金属薄带为基底的新型原子层热电堆热流传感器结构示意图；图2为本专利技术提供的敏感元件结构示意图；图3为图1中A-A处的剖面视图。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。如图1-3所示：本专利技术的一种以金属薄带为基底的新型原子层热电堆热流传感器，包括：封装套1，其内部固定套设有金属基体3，所述金属基体3表面固定设置有以金属薄带11为薄膜基底的敏感元件6，金属基体1两侧设置有导线槽5，所述导线槽5中固定设置有银导线2；所述敏感元件6的结构包括：金属薄带，其上方沉积有过渡膜层8；热电效应薄膜9，其沉积在所述过渡膜层8上方；导电膜10，其沉积在热电效应薄膜9两端；金属基体3两侧设置有过渡斜面12，所述敏感元件6沉积导电膜10部分沿过渡斜面12延伸至导线槽5内，且敏感元件6的导电膜10与所述银导线2电导通。工作原理：本原子层热电堆热流传感器用于将与高频热流测试直接相关的电信号从激波风洞、常规高超声速风洞中引出；在热电效应薄膜9上下表面存在温度梯度的情况下，由于横向塞贝克效应，产生一个横向并垂直于热电效应薄膜9上下表面温度梯度方向的热电势；银导线2与导电膜10导通，测试信号从激波风洞和常规超声速风洞中引出，就可以直接得到高频脉动热流；沉积过渡膜层8的目的是为了确保热电效应薄膜9取向生长、热电效应薄膜9与金属薄带11之间电绝缘，以及阻止块状金属薄带11的金属原子扩散至热电效应薄膜9中。过渡斜面12的设置使为了确保银导线不凸出于金属基体侧面，并与导电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以金属薄带为基底的新型原子层热电堆热流传感器，其特征在于，包括：/n封装套，其内部固定套设有金属基体，所述金属基体表面固定设置有以金属薄带为薄膜基底的敏感元件，金属基体两侧设置有导线槽，所述导线槽中固定设置有银导线；/n所述敏感元件的结构包括：/n金属薄带，其上方沉积有过渡膜层；热电效应薄膜，其沉积在所述过渡膜层上方；导电膜，其沉积在热电效应薄膜两端；/n金属基体两侧设置有过渡斜面，所述敏感元件沉积导电膜部分沿过渡斜面延伸至导线槽内，且敏感元件的导电膜与所述银导线电导通。/n

【技术特征摘要】
1.一种以金属薄带为基底的新型原子层热电堆热流传感器，其特征在于，包括：
封装套，其内部固定套设有金属基体，所述金属基体表面固定设置有以金属薄带为薄膜基底的敏感元件，金属基体两侧设置有导线槽，所述导线槽中固定设置有银导线；
所述敏感元件的结构包括：
金属薄带，其上方沉积有过渡膜层；热电效应薄膜，其沉积在所述过渡膜层上方；导电膜，其沉积在热电效应薄膜两端；
金属基体两侧设置有过渡斜面，所述敏感元件沉积导电膜部分沿过渡斜面延伸至导线槽内，且敏感元件的导电膜与所述银导线电导通。


2.如权利要求1所述的以金属薄带为基底的新型原子层热电堆热流传感器，其特征在于，所述金属薄带通过高温导电胶粘贴固定在金属基体表面。


3.如权利要求1所述的以金属薄带为基底的新型原子层热电堆热流传感器，其特征在于，所述金属基体侧面设置有定位螺纹孔，封装套上设置有与定位螺纹孔相适配的通孔，通过在通孔和定位螺纹孔中设置顶丝实现封装套与金属基体的定位和固定。


4.如权利要求1所述的以金属薄带为基底的新型原子层热电堆热流传感器，其特征在于，所述金属基体上端面设置有过渡圆角。


5.如权利要求1所述的以金属薄带为基底的新型原子层热电堆热流传感器，其状态在于，所述导线槽内灌注有高温胶，银导线通过高温胶固定在导线槽内；银导线与导电膜之间通过刷高温银浆的方式实现...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯，朱涛，陶伯万，朱新新，王辉，杨远剑，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51