一种具有多层结构的高温薄膜铂电阻温度传感器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及传感器的技术领域，尤其涉及一种具有多层结构的高温薄膜铂电阻温度传感器，包括氧化铝基底，设置于氧化铝基底上的过渡层，设置于过渡层上的第一粘附层，设置于第一粘附层上的铂薄膜电阻层，设置于铂薄膜电阻层上的第二粘附层，设置于第二粘附层上的中间保护层，设置于中间保护层上的玻璃密封层，设置于玻璃密封层上的陶瓷保护层，设置于铂薄膜电阻层上的铂焊盘和铂引线，设置于铂焊盘和铂引线上的焊点保护层，设置于焊点保护层与陶瓷保护层上的封装玻璃层。通过多层结构设计，提高了传感器各层之间的结合力，改善了铂薄膜电阻层的应力状态，提升了传感器的精度，拓宽了其温度测量范围，并使其能在机械振动和热振等恶劣工况下正常工作。劣工况下正常工作。劣工况下正常工作。

【技术实现步骤摘要】
一种具有多层结构的高温薄膜铂电阻温度传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种传感器，尤其涉及一种具有多层结构的高温薄膜铂电阻温度传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]利用铂的电阻
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温度特性而制成的铂电阻温度传感器具有精度高、信号易检测和稳定性好等优点，具有广泛应用。传统的线绕型铂电阻温度传感器使用铂丝作为温度敏感材料，用铂量大，成本较高，已逐渐被薄膜型铂电阻温度传感器取代。薄膜铂电阻温度传感器利用薄膜成型技术和半导体工艺制成，将铂薄膜沉积于陶瓷基底上，并图案化，大大降低了铂用量，此外薄膜型铂电阻温度传感器还具有尺寸小、响应快，一致性好等优点，具有广泛应用前景。近年来，高温薄膜铂电阻温度传感器市场需求逐步增长，但高温铂薄膜温度传感器，特别是长期工作温度在900℃及以上的高温薄膜铂电阻温度传感器，目前国内主要依靠进口。
[0003]与低温传感器不同的是，高温薄膜铂电阻温度传感器通常需要进行封装保护，一方面，与块体材料相比，铂薄膜的高温结构稳定性较差，易发生团聚等现象，使其电阻值严重增大而导致传感器失效；另一方面，高温薄膜铂电阻温度传感器往往需要在气流冲刷、振动和冷热循环等恶劣条件下工作，这都要求对铂薄膜进行封装保护。
[0004]玻璃通常具有良好的力学性能、电绝缘性以及可调控的热膨胀系数，是一种良好的高温密封材料。但对于高温铂薄膜温度传感器，若玻璃与铂薄膜直接接触，玻璃高温烧结时容易产生较大的形变以及析晶等问题，容易打断铂电阻栅条，使电阻断路；此外，玻璃中通常含有硅成分，在长期的高温、通电环境下，与铂直接接触的玻璃容易分解，在与铂薄膜接触处形成铂硅共晶化合物，使铂薄膜电阻偏移设计值，甚至出现高温熔断现象，导致温度传感器失效。
[0005]氧化铝薄膜常被用作铂薄膜的保护层，氧化铝具有优异的电绝缘性能和化学稳定性，通常认为1200℃以下铂与氧化铝不会发生化学反应；同时，氧化铝薄膜也与铂薄膜通常使用的氧化铝基底性能匹配，可用作铂薄膜电阻的封装保护。然而常见的丝网印刷法、溶胶凝胶法等方法制备的氧化铝厚膜均难形成致密的结构，无法在高温下对铂薄膜形成有效保护；使用蒸镀、溅射等方法制备的氧化铝薄膜通常具有柱状结构，容易形成沿基底法线方向贯通的微孔洞，这在高温铂薄膜温度传感器严苛的工作环境下均是不利的。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在解决上述缺陷，提供一种具有多层结构的高温薄膜铂电阻温度传感器及其制备方法。
[0007]为了克服
技术介绍
中存在的缺陷，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有多层结构的高温薄膜铂电阻温度传感器，包括陶瓷基底；
在所述陶瓷基底上沉积的过渡层；在所述过渡层上沉积的第一粘附层；在所述氧化铂薄膜上沉积的铂薄膜；在所述铂薄膜上沉积的第二粘附层；在所述第二粘附层上沉积的中间保护层；在所述中间保护层上设置的玻璃密封层；在所述玻璃密封层上设置的陶瓷保护层；在所述铂薄膜上设置的铂焊盘；在所述铂焊盘上设置的铂引线；在所述铂焊盘和铂引线上设置的陶瓷保护层；在所述陶瓷保护层设置的封装玻璃层。
[0008]优选地，所述陶瓷基底为质量含量百分数为96% ~ 99%的多晶氧化铝，或单晶氧化铝。
[0009]优选地，所述氧化铂薄膜包括一氧化铂和二氧化铂薄膜。
[0010]优选地，所述铂薄膜的厚度为0.5 μm ~ 2.5 μm。
[0011]优选地，所述中间保护层为氧化铝
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铝复合薄膜，并经适当热处理程序使其具有致密的微观结构和良好的高温电绝缘性能。
[0012]优选地，所述玻璃密封层为CaO
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Al2O3‑
B2O3‑
SiO2体系玻璃，其质量百分含量为：26% ~ 33% CaO、22% ~ 28% Al2O3、22% ~ 28% B2O3、14% ~ 22% SiO2；优选地，所述陶瓷保护层为质量百分数为96% ~ 99%的多晶氧化铝，或单晶氧化铝。
[0013]优选地，所述封装玻璃层为CaO
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Al2O3‑
B2O3‑
SiO2体系玻璃，其质量百分含量为：20% ~ 26% CaO，35% ~ 42% Al2O3，18% ~ 22% B2O3，14% ~ 18% SiO2；一种具有多层结构的高温薄膜铂电阻温度传感器的制备方法，包括以下步骤：（1）提供一陶瓷基底，在所述陶瓷基底上沉积一层过渡层；（2）在所述过渡层上沉积第一粘附层；（3）在所述氧化铂薄膜上沉积一层铂薄膜；（4）在所述铂薄膜上沉积第二粘附层；（5）利用紫外光刻和刻蚀工艺，将上述铂薄膜和第一、第二粘附层制成特定的图案；（6）利用激光修调上述铂薄膜电阻图案，使铂薄膜电阻在特定温度具有特定电阻值；（7）在上述第二粘附层上沉积中间保护层，并经合适的热处理程序使中间保护层更加致密且具有良好的电绝缘性；（8）在上述中间保护层上制备玻璃密封层；（9）在上述玻璃密封层上设置陶瓷保护层；（10）在上述铂薄膜电阻预留引线处施加铂浆，形成焊盘，放置铂引线并通过烧结焊接，并使用热压焊或激光焊再次焊接；（11）在上述铂焊盘和铂引线上制备陶瓷保护层；
（12）在上述陶瓷保护层上制备封装玻璃层，并使封装玻璃层覆盖部分陶瓷保护层，完成传感器整体的封装。
[0014]优选地，所述陶瓷基底采用99%氧化铝陶瓷。
[0015]优选地，所述过渡层采用磁控溅射、原子层沉积等方法制备。
[0016]优选地，所述第一粘附层和第二粘附层薄膜采用磁控溅射方法制备。
[0017]优选地，所述铂薄膜采用磁控溅射方法制备。
[0018]优选地，所述铂薄膜电阻图案采用紫外光刻和离子刻蚀工艺制备。
[0019]优选地，所述铂薄膜经紫外光刻和刻蚀后图案具有分级粗调、分级精调、连续粗调和连续精调的调阻结构。
[0020]优选地，所述激光修调使用皮秒脉宽激光。
[0021]优选地，所述氧化铝
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铝复合薄膜采用射频磁控溅射制备。
[0022]优选地，所述氧化铝
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铝复合薄膜采用氧化铝、铝交替溅射制备。
[0023]优选地，所述氧化铝
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铝复合薄膜采用氧化铝、铝共溅射制备。
[0024]优选地，所述氧化铝
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铝复合薄膜经适当热处理，使金属铝充分氧化。
[0025]优选地，在所述预留引线处施加铂浆料、放置引线并通过烧结焊接。
[0026]优选地，使用热压焊或激光焊对所述铂引线再次焊接。
[0027]优选地，所述焊点保护层采用喷涂工艺制备。
[0028]优选地，所述玻璃密封层采用丝网印刷等厚膜工艺制备。
[0029]优选地，所述封装玻璃层采用丝网印刷等厚膜工艺制备。
[0030]优选地，所述封装玻璃采用浆料注射工艺制备。
[0031]优选地，所述封装玻璃层采用喷涂工艺制备。
[0032]本专利技术的有益效果是：本专利技术使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有多层结构的高温薄膜铂电阻温度传感器，其特征在于，包括陶瓷基底；在所述陶瓷基底上沉积的过渡层；在所述过渡层上沉积的第一粘附层；在所述第一粘附层上沉积的铂薄膜层；在所述铂薄膜上沉积的第二粘附层；在所述第二粘附层上沉积的中间保护层；在所述中间保护层上设置的玻璃密封层；在所述玻璃密封层上设置的陶瓷保护层；在所述铂薄膜层上设置的铂焊盘；在所述铂焊盘上设置的铂引线；在所述铂焊盘和铂引线上设置的焊点保护层；在所述焊点保护层和陶瓷保护层上设置的封装玻璃层。2.如权利要求1所述的一种具有多层结构的高温薄膜铂电阻温度传感器，其特征在于，所述陶瓷基底、陶瓷保护层为质量含量百分数为96% ~ 99%的多晶氧化铝，或单晶氧化铝。3.如权利要求1所述的一种具有多层结构的高温薄膜铂电阻温度传感器，其特征在于，所述过渡层为氧化钽薄膜。4.如权利要求1所述的一种具有多层结构的高温薄膜铂电阻温度传感器，其特征在于，所述第一粘附层和第二粘附层为氧化铂薄膜，包括一氧化铂、二氧化铂和金属铂中的任一种或任意组合。5.如权利要求1所述的一种具有多层结构的高温薄膜铂电阻温度传感器，其特征在于，所述铂薄膜层的厚度为0.5 μm ~ 2.5 μm。6.如权利要求1所述的一种具有多层结构的高温薄膜铂电阻温度传感器，其特征在于，所述中间保护层为氧化铝
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铝复合薄膜，并经热处理使金属铝氧化。7.如权利要求1所述的一种具有多层结构的高温薄膜铂电阻温度传感器，其特征在于，所述玻璃密封层为CaO
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Al2O3‑
B2O3‑
SiO2体系玻璃，其质量百分含量为：26% ~ 33% CaO、22% ~ 28% Al2...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲健，陈茂，冯江涛，池波，
申请(专利权)人：江苏精瓷智能传感技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：