本發(fā)明屬于薄膜特種傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于鍍膜技術(shù)和光刻技術(shù)的薄膜傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)：

在科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、工程建造過程中，熱流量以多種方式進(jìn)行著傳遞，最常見的三種傳遞方式分別為導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，熱流密度的測(cè)量技術(shù)越發(fā)受到人們的關(guān)注。在熱分析監(jiān)察的領(lǐng)域中，熱流密度測(cè)量的必要性已被重視和確認(rèn)，相應(yīng)的熱流測(cè)量方法得到了較大的發(fā)展和普遍的應(yīng)用。在輻射熱流密度測(cè)量方面國(guó)外研發(fā)出了很多新型的傳感器，新的材料研發(fā)和制作工藝水平的進(jìn)步為其提供了技術(shù)支持，但在國(guó)內(nèi)還處于相對(duì)落后的狀況。

目前實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用最普遍的輻射熱流傳感器主要有：圓箔式(戈登計(jì))、塞式(Schmidt Boelter計(jì))、金屬塊式等。圓箔式熱流傳感器的使用最為廣泛，特點(diǎn)是響應(yīng)迅速、測(cè)量量程寬、工作時(shí)間長(zhǎng)，但是缺點(diǎn)是體積大，不適合用于某些微小空間。塞式熱流傳感器一般用于測(cè)量全熱流的環(huán)境中，但是因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用不如圓箔式更加廣泛，并且響應(yīng)速度較慢。金屬塊式熱流傳感器的整體結(jié)構(gòu)及制作工藝較為簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是不能在某些場(chǎng)合下長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量，并且輸出信號(hào)與加載的輻射熱流不成正比例關(guān)系，需要加裝運(yùn)算模塊，不利于設(shè)備的精簡(jiǎn)設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種新型的薄膜輻射熱流傳感器及其制備方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)熱源輻射熱流密度的測(cè)量，這種熱流傳感器采用現(xiàn)有的成熟工藝技術(shù)和材料，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，具有良好的測(cè)量精度。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種薄膜輻射熱流傳感器，包括基底1、設(shè)于基底1上的薄膜熱電偶陣列2、設(shè)于薄膜熱電偶陣列2上的熱阻層3；薄膜熱電偶陣列2由兩個(gè)以上的薄膜熱電偶通過外接點(diǎn)11串聯(lián)構(gòu)成，薄膜熱電偶由A電極9和B電極10連接組成；相鄰的兩個(gè)外接點(diǎn)11上設(shè)有熱阻層3；薄膜熱電偶陣列2的兩個(gè)外接端分別經(jīng)焊盤13與各自電極對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償導(dǎo)線14連接。

一種薄膜輻射熱流傳感器的制備方法，包括以下步驟：

(1)清洗基片；

(2)涂覆光刻膠后烘干光刻膠；

(3)將基底與玻璃掩膜板放入光刻機(jī)行星架上進(jìn)行光刻，制備出A電極9的光刻圖形；

(4)將基底放入鍍膜機(jī)樣品平臺(tái)，在基底表面沉積薄膜熱電偶A電極9的金屬層；

(5)涂覆光刻膠并烘干光刻膠；

(6)將基底與玻璃掩膜板放入光刻機(jī)行星架上進(jìn)行光刻，制備出B電極10的光刻圖形；

(7)將基底放入鍍膜機(jī)樣品平臺(tái)，在基底表面沉積薄膜熱電偶B電極10的金屬層；

(8)將薄膜熱電偶陣列的兩個(gè)外接端分別與各自對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償導(dǎo)線在焊盤處用導(dǎo)電膠相連；

(9)在基底表面粘貼一層鋁箔膠帶，并在外接點(diǎn)再覆蓋等厚度的鋁箔膠帶。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：(1)本發(fā)明采用成熟的工藝技術(shù)和材料，熱阻層采用反射率高的鋁箔材料可以大幅降低傳感器本身的溫度，使其適用的溫度范圍更廣；(2)本發(fā)明采用磁控濺射鍍膜技術(shù)、光刻工藝、玻璃掩膜技術(shù)等微機(jī)械加工技術(shù)，有利于提高加工工藝的一致性和傳感器工作的可靠性水平，可實(shí)現(xiàn)薄膜輻射熱流傳感器的批量生產(chǎn)，有效降低制造成本；(3)本發(fā)明利用微機(jī)械加工技術(shù)可以在一片基底上同時(shí)制備更多的熱電偶，提高薄膜輻射熱流傳感器的測(cè)量精度，提高加工效率，大大降低制造成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明薄膜輻射熱流傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明熱電偶層的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

參見圖1，所述的薄膜輻射熱流傳感器包括基底1，設(shè)于基底1上的薄膜熱電偶陣列2，設(shè)于薄膜熱電偶陣列上的熱阻層3；所述薄膜熱電偶陣列參見圖2，由兩個(gè)以上包括A電極9和B電極10的薄膜熱電偶通過外接點(diǎn)11串聯(lián)構(gòu)成；所述外接點(diǎn)11和連接點(diǎn)12上設(shè)有圖1中的熱阻層7；所述外接點(diǎn)11上設(shè)有圖1中的熱阻層8；所述薄膜熱電偶組成的陣列的兩個(gè)外接端分別經(jīng)一個(gè)焊盤13與各自對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償導(dǎo)線14連接；圖1中的4結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)圖2中的12結(jié)點(diǎn)，圖1中的5結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)圖2中的11結(jié)點(diǎn)；圖1中的6連線為薄膜熱電偶導(dǎo)線。

其中，所述基底1材料為Si、Sio₂、聚酰亞胺柔性材料，優(yōu)選聚酰亞胺柔性材料，其尺寸為20mm×20mm，厚度0.05mm；所述薄膜熱電偶的厚度為1μm；所述熱阻層3材料為Sio₂、鋁箔膠帶，優(yōu)選鋁箔膠帶，厚度0.05mm。所述薄膜熱電偶為E型熱電偶、K型熱電偶和T型熱電偶，優(yōu)選T型熱電偶。

上述薄膜輻射熱流傳感器的制備方法，包括如下步驟：

(1)用丙酮對(duì)基片進(jìn)行超聲波清洗10min、用無水乙醇對(duì)基片進(jìn)行超聲波清洗10min、用去離子水對(duì)基片進(jìn)行超聲波清洗10min，去除表面油污及雜質(zhì)；

(2)將基底放入勻膠機(jī)真空吸盤上，均勻涂滿光刻膠，并用加熱平臺(tái)烘烤使光刻膠蒸發(fā)一定量的溶液；

(3)將基底與玻璃掩膜板放入光刻機(jī)行星架上進(jìn)行光刻，制備出A電極9的光刻圖形，再次放入加熱平臺(tái)烘烤使光刻膠進(jìn)一步蒸發(fā)一定量的溶液；

(4)將基底放入鍍膜機(jī)樣品平臺(tái)，在基底表面沉積薄膜熱電偶A電極9的金屬層，取出基底放入裝有丙酮的超聲波清洗器中去除表面光刻膠，依次在無水乙醇和去離子水中清洗干凈表面的雜質(zhì)；

(5)再次將基底放入勻膠機(jī)真空吸盤上，均勻涂滿光刻膠，并用加熱平臺(tái)烘烤使光刻膠蒸發(fā)一定量的溶液；

(6)將基底與玻璃掩膜板放入光刻機(jī)行星架上進(jìn)行光刻，制備出B電極10的光刻圖形，放入加熱平臺(tái)烘烤使光刻膠進(jìn)一步蒸發(fā)一定量的溶液；

(7)將基底放入鍍膜機(jī)樣品平臺(tái)，在基底表面沉積薄膜熱電偶B電極10的金屬層，取出基底放入裝有丙酮的超聲波清洗器中去除表面光刻膠，依次在無水乙醇和去離子水中清洗干凈表面的雜質(zhì)；

(8)將薄膜輻射熱流傳感器上串聯(lián)的兩個(gè)以上的薄膜熱電偶的兩個(gè)外接端分別與各自對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償導(dǎo)線在焊盤處用導(dǎo)電膠相連；

(9)在基底表面覆蓋一層熱阻層，并在外接點(diǎn)11處再覆蓋等厚度的熱阻層。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參見圖1，所述的薄膜輻射熱流傳感器包括基底1，設(shè)于基底1上的薄膜熱電偶陣列2，設(shè)于薄膜熱電偶陣列上的熱阻層3；所述薄膜熱電偶陣列參見圖2，由兩個(gè)以上包括A電極9和B電極10的薄膜熱電偶通過外接點(diǎn)11串聯(lián)構(gòu)成；所述A電極9和B電極的外接點(diǎn)11和連接點(diǎn)12上設(shè)有圖1中的熱阻層7；所述外接點(diǎn)11上設(shè)有圖1中的熱阻層8；所述串聯(lián)的兩個(gè)以上的薄膜熱電偶的兩個(gè)外接端分別經(jīng)一個(gè)焊盤13與各自對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償導(dǎo)線14連接；圖1中的4結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)圖2中的12結(jié)點(diǎn)，圖1中的5結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)圖2中的11結(jié)點(diǎn)；圖1中的6連線為薄膜熱電偶導(dǎo)線。

其中，所述基底1材料為聚酰亞胺柔性材料，其尺寸為20mm×20mm，厚度0.05mm；所述薄膜熱電偶的厚度為1μm；所述熱阻層3材料為鋁箔膠帶，厚度0.05mm。所述薄膜熱電偶為T型熱電偶。

上述薄膜輻射熱流傳感器的制備方法，包括如下步驟：

(1)用丙酮對(duì)基片進(jìn)行超聲波清洗10min、用無水乙醇對(duì)基片進(jìn)行超聲波清洗10min、用去離子水對(duì)基片進(jìn)行超聲波清洗10min，去除表面油污及雜質(zhì)；

(2)將基底放入勻膠機(jī)真空吸盤上，均勻涂滿NR74g-6000PY型負(fù)膠，并用加熱平臺(tái)在110℃的溫度下烘烤120s，使光刻膠蒸發(fā)一定量的溶液；其中勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速為500rpm、時(shí)間5s，轉(zhuǎn)速為4000rpm、時(shí)間90s；

(3)將基底與玻璃掩膜板放入光刻機(jī)行星架上進(jìn)行光刻，制備出A電極9的光刻圖形，再次放入加熱平臺(tái)在110℃的溫度下烘烤60s，使光刻膠進(jìn)一步蒸發(fā)一定量的溶液；其中光刻機(jī)曝光時(shí)間3.8s；

(4)將基底放入鍍膜機(jī)樣品平臺(tái)，在基底表面沉積薄膜熱電偶A電極9的金屬層，取出基底放入裝有丙酮的超聲波清洗器中去除表面光刻膠，依次在無水乙醇和去離子水中清洗干凈表面的雜質(zhì)；

(5)重復(fù)第二步；

(6)將基底與玻璃掩膜板放入光刻機(jī)行星架上進(jìn)行光刻，制備出B電極10的光刻圖形，再次放入加熱平臺(tái)在110℃的溫度下烘烤60s，使光刻膠進(jìn)一步蒸發(fā)一定量的溶液；其中光刻機(jī)曝光時(shí)間3.8s；

(7)將基底放入鍍膜機(jī)樣品平臺(tái)，在基底表面沉積薄膜熱電偶B電極10的金屬層，取出基底放入裝有丙酮的超聲波清洗器中去除表面光刻膠，依次在無水乙醇和去離子水中清洗干凈表面的雜質(zhì)；

(8)將薄膜輻射熱流傳感器上串聯(lián)的兩個(gè)以上的薄膜熱電偶的兩個(gè)外接端分別與各自對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償導(dǎo)線在焊盤處用導(dǎo)電膠相連；

(9)在基底表面粘貼一層鋁箔膠帶，并在外接點(diǎn)11處再覆蓋等厚度的鋁箔膠帶。