一种高温铂薄膜电阻温度传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种铂薄膜电阻温度传感器及其制备方法，包括：陶瓷衬底；设置于陶瓷衬底上表面的氧化铂薄膜粘结层；设置于氧化铂薄膜上表面的铂薄膜电阻层；设置于铂薄膜电阻层上表面的中间保护层，中间保护层上表面设有第一无机胶层；设置于铂薄膜电阻层上并覆盖于引线焊点上的第二无机胶层；设置于第一无机胶层及第二无机胶层上表面的釉料层。本发明专利技术通过多层结构调配了各层之间的热膨胀系数，减小了热应力，拓宽了Pt薄膜电阻的高温使用范围；最上层的釉料层的机械性能和密封绝缘性能良好，保护铂薄膜电阻免受外界环境的影响；封装后的铂薄膜电阻温度传感器具有线性度好、测量温区大、高温稳定性好特点，提高了测试精度和对不同环境测试的适应能力。

【技术实现步骤摘要】
一种高温铂薄膜电阻温度传感器及其制备方法
本专利技术涉及高温薄膜温度传感器的封装领域，具体地，涉及一种铂薄膜电阻温度传感器及其制备方法。
技术介绍
电阻温度传感器是利用敏感材料的电阻值随温度单值变化制得的测温元件。其中，铂电阻具有灵敏度高、精度高、线性度好、测量温区大、稳定性好等特点，广泛应用于温度测控领域，还被制成世界基准温度校准所用的标准温度计。但是，铂是贵金属，早期的线绕铂电阻成本高，应用受限。随着薄膜技术的发展，通过薄膜制备工艺生产铂薄膜电阻，该电阻在保持线绕型铂电阻优势的基础上大大降低了成本，且铂薄膜电阻体积小、响应速度快、一致性好、使用方便灵活，市场需求旺盛。但是铂机械性能差，铂薄膜电阻在生产应用过程中很容易受到机械损伤，且实际应用时电阻薄膜直接暴露于高温环境下会造成薄膜热挥发和薄膜团聚，从而影响电阻性能，因此需要对铂薄膜电阻进行封装保护。目前已有的薄膜电阻封装材料有氧化物、碳化物以及高温陶瓷等。氧化铝绝缘性好、化学稳定性好、与氧化铝陶瓷基底性能匹配，是理想的封装材料，但是氧化铝脆性大，在高温环境下由于蠕变容易产生微裂纹，从而失去保护作用。碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)等硅基陶瓷具有良好的机械性、优异的抗氧化性和高温稳定性，但该材料主要用做碳材料的高温涂层。考虑到器件寿命和长期稳定性，商用铂电阻多采用厚膜形式封装。玻璃具有良好的机械强度和绝缘性能，是电子元器件常用封装材料，但是铂薄膜温度传感器使用温度常被限制在600℃以下。专利201110411757.6虽然提出了用玻璃包封保护Pt薄膜，但是釉料烧结温度仅600℃，焊点处用环氧树脂封装，因此这种铂电阻使用温度不超过300℃。另外，根据相关研究，高温玻璃釉料不能直接和铂薄膜接触，因为高温玻璃釉料的烧结温度更高，釉料烧结过程中热膨胀系数(CTE)变化较大，更容易导致玻璃釉料与铂薄膜CTE失配，釉料变形造成铂薄膜电阻断路，此外，800℃以上高温环境下玻璃釉料更容易在通电测试时发生化学分解，影响铂电阻性能。专利00802774.9公开了一种利用陶瓷胶和釉料进行Pt薄膜电阻封装的方法，期待能应用于1000℃高温测量，但是并没有显示高温测量效果；而且Pt薄膜和基底之间粘合力在高温下会下降；另外，该专利中高温釉料保护层仅保护了电阻丝部分，而引线焊盘处只是为了固定引线端而用了另一种釉料，在高温(1100℃)烧结保护层釉料时，在釉料保护层的分界处，Pt薄膜极易由于界面处高温热应力而断裂失效。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种高温铂薄膜电阻温度传感器及其制备方法。本专利技术第一个方面提供一种铂薄膜电阻温度传感器，包括：陶瓷衬底；设置于所述陶瓷衬底上表面的氧化铂薄膜，所述氧化铂薄膜作为粘结层；设置于所述氧化铂薄膜上表面的铂薄膜电阻层；设置于所述铂薄膜电阻层上表面的中间保护层，所述中间保护层上表面设有第一无机胶层；设置于所述铂薄膜电阻层上并覆盖于引线焊点上的第二无机胶层；设置于所述第一无机胶层及所述第二无机胶层上表面的釉料层。优选地，所述陶瓷衬底的材料为含有质量百分含量为96％-99％的氧化铝陶瓷。优选地，所述中间保护层为氧化铝薄膜。优选地，所述第一无机胶层的热膨胀系数介于所述中间保护层和所述釉料层之间。优选地，所述第一无机胶层的材料为铝硅酸盐、无机陶瓷粉末和其他添加剂的混合材料。优选地，所述第二无机胶层的热膨胀系数介于所述铂薄膜电阻层和所述釉料层之间。优选地，所述第二无机胶层的材料为氧化硅、氧化铝的混合材料。优选地，所述釉料层的材料选择硅铝酸盐玻璃中的CaO-Al2O3-SiO2系玻璃,所述CaO-Al2O3-SiO2系玻璃的组分按质量百分含量计包含：45wt％-50wt％氧化硅、6wt％-10wt％氧化铝、14wt％-20wt％氧化钙，其余为添加剂。更加优选地，所述添加剂为碳酸钠澄清剂、碳酸钡、B2O3助溶剂、ZnO、钠钾氧化物的一种或多种。本专利技术第二个方面提供一种上述的高温铂薄膜电阻温度传感器的制备方法，包括：在陶瓷衬底上沉积一层氧化铂薄膜作为粘结层，在所述氧化铂薄膜上沉积铂薄膜电阻层；在陶瓷衬底表面的所述铂薄膜电阻层区域沉积一层致密的中间保护层；在所述中间保护层上制备第一无机胶层，使所述第一无机胶层覆盖所述中间保护层的上表面，再将所述第一无机胶层烘干，固化；在所述铂薄膜电阻层的焊盘位置放置引线，并在所述引线上涂覆铂浆，然后通过高温烧结连接引线；在所述焊盘上制备一层第二无机胶层，所述第二无机胶层覆盖于引线上方，并完全覆盖引线处的铂薄膜电阻层；在所述第一无机胶层、所述第二无机胶层的上表面制备一层釉料层。与现有技术相比，本专利技术具有如下至少一种的有益效果：本专利技术上述传感器，在衬底上先设置粘结层提高高温下的结合力和稳定性，再通过设置多层材料封装调配了各层之间的热膨胀系数，且铂薄膜电阻层和引线上方均设有高温玻璃釉料保护，进一步固定引线端子,且起到保护引线处铂(Pt)薄膜的作用，避免了如对比文件(00802774.9)中高温烧结釉料时，铂(Pt)薄膜在釉料层的边界处由于高温热应力而断裂失效。设置于最上层的釉料层的机械性能和密封绝缘性能良好，保护铂薄膜电阻免受外界环境的影响，实现了铂薄膜电阻的高温封装，使铂薄膜电阻具有灵敏度高、精度高、线性度好、测量温区大、稳定性好等特点，高温段直到1000℃温度范围内仍具有良好的线性度和稳定性，而目前的Pt薄膜温度传感器最高只能测到850℃，可见所述的Pt薄膜温度传感器的测温范围拓宽且高温下稳定性能提高。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是本专利技术一优选实施例的铂薄膜电阻温度传感器的结构示意图；图2a是本专利技术一优选实施例的裸电阻在1000℃的热循环测试图；图2b是本专利技术一优选实施例的铂薄膜电阻温度传感器在1000℃的热循环测试图；图中标记分别表示为：陶瓷衬底1、氧化铂薄膜2、铂薄膜电阻层3、中间保护层4、第一无机胶层5、引线6、焊盘7、第二无机胶层8、釉料层9。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。参照图1所示，为本专利技术一优选实施例的铂薄膜电阻温度传感器的结构示意图，图中包括陶瓷衬底1、氧化铂薄膜2、铂薄膜电阻层3、中间保护层4、第一无机胶层5、第二无机胶层8和釉料层9；其中，在陶瓷衬底1上表面设置一层氧化铂薄膜2；氧化铂薄膜2作为粘结层；在氧化铂薄膜2上表面设置铂薄膜电阻层3；通过在陶瓷衬底1与铂薄膜电阻层3之间设置氧化铂薄膜2作为过渡粘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温铂薄膜电阻温度传感器，其特征在于，包括：/n陶瓷衬底；/n设置于所述陶瓷衬底上表面的氧化铂薄膜，所述氧化铂薄膜作为粘结层；/n设置于所述氧化铂薄膜上表面的铂薄膜电阻层；/n设置于所述铂薄膜电阻层上表面的中间保护层，所述中间保护层上表面设有第一无机胶层；/n设置于所述铂薄膜电阻层上并覆盖于引线焊点上的第二无机胶层；/n设置于所述第一无机胶层及所述第二无机胶层上表面的釉料层。/n

【技术特征摘要】
1.一种高温铂薄膜电阻温度传感器，其特征在于，包括：
陶瓷衬底；
设置于所述陶瓷衬底上表面的氧化铂薄膜，所述氧化铂薄膜作为粘结层；
设置于所述氧化铂薄膜上表面的铂薄膜电阻层；
设置于所述铂薄膜电阻层上表面的中间保护层，所述中间保护层上表面设有第一无机胶层；
设置于所述铂薄膜电阻层上并覆盖于引线焊点上的第二无机胶层；
设置于所述第一无机胶层及所述第二无机胶层上表面的釉料层。


2.根据权利要求1的铂薄膜电阻温度传感器，其特征在于，所述陶瓷衬底的材料为含有质量百分含量为96％-99％的氧化铝陶瓷。


3.根据权利要求1的高温铂薄膜电阻温度传感器，其特征在于，所述中间保护层为氧化铝薄膜。


4.根据权利要求1的高温铂薄膜电阻温度传感器，其特征在于，所述第一无机胶层的热膨胀系数介于所述中间保护层和所述釉料层之间。


5.根据权利要求4的铂薄膜电阻温度传感器，其特征在于，所述第一无机胶层的材料为铝硅酸盐和无机陶瓷粉末的混合材料。


6.根据权利要求1的高温铂薄膜电阻温度传感器，其特征在于，所述第二无机胶层的热膨胀系数介于所述铂薄膜电阻层和所述釉料层之间。

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【专利技术属性】
技术研发人员：张丛春，庞雅文，吕振杰，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31