具有非对称金属合金薄膜结构的高温传感器及制作方法与流程

1.本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种具有非对称金属合金薄膜结构的高温传感器及应用于该高温传感器的方法。


背景技术：

2.常用的铂电阻传感器具有测温精度高、稳定性好、性能可靠等特点，但是在测量500℃以上的温度时，由于铂电阻长期在高温下很容易劣化而变脆。因此在高温下很难长期可靠应用。从高温合金材料来说，以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作，具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。除基体元素(铁、钴、镍)外，如果高温合金中比如添加ta、re、w、mo等难熔元素可以较大的增强其高温稳定性。
3.铂电阻温度传感器的基本工作原理是随着外界温度的变化其电阻也同时发生相应的变化。通过测量电阻的大小从而获得外界测量的温度的变化。但是当该类传感器处于500度以上的温度时很容易脆化，不能长期应用，因此需要利用特殊合金材料对该类传感器进行增固增稳。然而，在增固增稳的同时需要考虑铂电阻的热胀冷缩特性，现有的产品难以解决上面所出现的各个问题。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提供一种可以增强铂金属高温传感器的耐高温特性，并降低其在高温下工作的脆化效应的具有非对称金属合金薄膜结构的高温传感器。
5.本发明的另一目的是提供一种上述具有非对称金属合金薄膜结构的高温传感器的制作方法。
6.为了实现上述主要目的，本发明提供的一种具有非对称金属合金薄膜结构的高温传感器，包括铂金属传感器本体，所述铂金属传感器本体上涂覆有非对称金属合金薄膜结构，所述非对称金属合金薄膜结构具有薄膜层以及厚膜层，所述薄膜层覆盖部分的面积为所述铂金属传感器本体面积的一半，所述厚膜层覆盖部分的面积为所述铂金属传感器本体面积的另一半；所述薄膜层的厚度为100
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300nm，所述厚膜层的厚度为50
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100um。
7.进一步的方案中，所述非对称金属合金薄膜结构为非对称镍锰合金薄膜结构，所述薄膜层是厚度为100
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300nm的镍锰合金薄膜，所述厚膜层是厚度为50
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100um的镍锰合金薄膜。
8.更进一步的方案中，所述薄膜层的厚度为200nm。
9.更进一步的方案中，所述厚膜层的厚度为100um。
10.更进一步的方案中，所述薄膜层与所述厚膜层位置不在同一水平高度上，并形成非对称位置结构，所述薄膜层靠近于所述铂金属传感器本体的接线端设置，所述厚膜层相对于所述薄膜层远离于所述铂金属传感器本体的接线端设置。
11.更进一步的方案中，在所述铂金属传感器本体的接线端涂覆有薄膜绝缘层。
12.更进一步的方案中，所述薄膜绝缘层是厚度为100
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300nm的镍锰合金薄膜。
13.更进一步的方案中，所述薄膜绝缘层是厚度为200nm的镍锰合金薄膜。
14.更进一步的方案中，所述铂金属传感器本体的接线端为引线电极。
15.为了实现上述另一目的，本发明提供的一种具有非对称金属合金薄膜结构的高温传感器的制作方法，该高温传感器是采用上述的高温传感器，所述方法包括以下步骤：采用磁控溅射镀膜工艺利用镍锰合金靶材对铂金属传感器进行镀膜，通过控制镀膜时间来控制镀膜的厚度；在镀膜过程中，首先，在铂金属传感器本体第一面积上涂覆薄膜层，镀膜厚度为100
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300nm，在铂金属传感器本体第二面积上使用光刻胶遮挡，在镀膜完成后，使用有机溶剂将光刻胶剥离；然后，使用光刻胶遮挡镀好的薄膜层，在铂金属传感器本体第二面积上涂覆厚膜层，镀膜厚度为50
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100um，两者对应的区域就会形成不同的膜层厚度，从而构成非对称金属合金薄膜结构。
16.进一步的方案中，当在铂金属传感器本体第二面积上镀膜完成后，使用有机溶剂将光刻胶剥离。
17.更进一步的方案中，在镀膜过程中，采用等离子体磁控溅射镀膜工艺或蒸镀工艺进行镀膜。
18.由此可见，本发明利用铂电阻传感器作为温度传感器，利用非对称性镍锰合金镀膜结构增强铂电阻高温传感器的耐高温特性，保护铂金属电阻传感器，并降低其在高温下工作的脆化效应，同时防止铂金属的热胀冷缩效应导致薄膜保护层的裂变。其中，镍金属可以有效增强铂电阻在高温下的应力强度，而掺杂进锰金属可以有效增强铂电阻传感器的高温稳定性。
19.所以，本发明利用镍锰金属合金增强了铂金属的高温应力强度和高温稳定性；利用非对称镀膜结构降低镀膜合金对珀电阻传感器的测量参数的影响；该类传感器可长期在500度以上的高温环境下工作，同时保持较好的测量稳定性。
附图说明
20.图1是本发明一种具有非对称金属合金薄膜结构的高温传感器实施例的结构示意图。
21.以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
22.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.一种具有非对称金属合金薄膜结构的高温传感器实施例：
24.参见图1，本发明的一种具有非对称金属合金薄膜结构的高温传感器，其包括铂金属传感器本体10，铂金属传感器本体10上涂覆有非对称金属合金薄膜结构，非对称金属合金薄膜结构具有薄膜层20以及厚膜层30，薄膜层20覆盖部分的面积为铂金属传感器本体10面积的一半，厚膜层30覆盖部分的面积为铂金属传感器本体10面积的另一半。
25.在本实施例中，薄膜层20的厚度为100
‑
300nm，厚膜层30的厚度为50
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100um。
26.其中，非对称金属合金薄膜结构为非对称镍锰合金薄膜结构，薄膜层20是厚度为100
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300nm的镍锰合金薄膜，厚膜层30是厚度为50
‑
100um的镍锰合金薄膜。
27.作为优选，薄膜层20的厚度为200nm。
28.作为优选，厚膜层30的厚度为100um。
29.在本实施例中，薄膜层20与厚膜层30位置不在同一水平高度上，并形成非对称位置结构，薄膜层20靠近于铂金属传感器本体10的接线端设置，厚膜层30相对于薄膜层20远离于铂金属传感器本体10的接线端设置。
30.在本实施例中，在铂金属传感器本体10的接线端涂覆有薄膜绝缘层。
31.其中，薄膜绝缘层是厚度为100
‑
300nm的镍锰合金薄膜。
32.作为优选，薄膜绝缘层是厚度为200nm的镍锰合金薄膜。
33.在本实施例中，铂金属传感器本体10的接线端为引线电极40，铂金属传感器本体10与引线电极40电性连接，薄膜绝缘层包覆引线电极40与铂金属传感器本体10的连接端。
34.其中，本实施例的铂金属传感器为铂电阻温度传感器。
35.作为优选，本实施例的铂电阻为陶瓷薄膜铂电阻，所述的薄膜保护层可以提高温度传感器的耐温型和稳定性，可进一步可提高温度传感器的使用性能，提高温度传感器的测试温度的准确度。
36.本发明提出一种通过非对称镍锰金属合金薄膜结构增固的铂电阻传感器增固结构，以铂电阻温度传感器为例，对于铂电阻温度传感器，适用于半圆形和方形等结构等，将铂电阻传感器本体的一半面积涂覆200nm左右的镍锰合金薄膜，形成薄膜层20，其另一半面积涂覆100um左右的镍锰合金薄膜，形成厚膜层30，从而构成非对称镍锰金属合金薄膜结构。
37.其中，较薄的薄膜结构起到保护铂电阻材料的结构，同时避免影响铂电阻的热胀冷缩。较厚的薄膜用于支撑和紧固整个铂电阻材料，同时降低铂电阻的高温脆化。
38.在铂电阻传感器本体的接线端也涂覆有厚度为200nm左右的镍锰合金薄膜，可以起到保护铂电阻材料的结构，同时避免影响电极的导电特性。
39.进一步的，镍锰合金薄膜层20与镍锰合金厚膜层30位置不在同一水平高度上，镍锰合金薄膜层20更靠近于铂电阻传感器本体的引线电极40部分，可以进一步保护铂电阻材料的结构，同时更进一步避免影响电极的导电特性。
40.在实际应用中，对于柱形、矩形等传感器，其主要是利用非对称薄膜镍锰涂覆结构使铂电阻既可以被保护紧固，同时防止影响铂电阻材料的热障冷缩。电极部分利用较薄的材料，可以起到保护铂电阻材料的作用，同时不影响电极的特性。
41.所以，本发明通过镍锰合金薄膜对该类传感器进行增固增稳增强耐高温的长久性；铂电阻的非对称薄膜结构设计，可以起到保护铂电阻材料，增强其强度特性的同时降低热胀冷缩的影响；电极部分的镍锰合金薄膜涂覆设计，可以降低对电极的影响。
42.一种具有非对称金属合金薄膜结构的高温传感器的制作方法实施例：
43.本发明提供的一种具有非对称金属合金薄膜结构的高温传感器的制作方法，该高温传感器是采用上述的高温传感器，方法包括以下步骤：
44.采用磁控溅射镀膜工艺方法利用镍锰合金靶材对铂金属进行镀膜，通过控制镀膜
时间来控制镀膜的厚度。
45.在镀膜过程中，首先，在铂金属传感器本体10第一面积上涂覆薄膜层20，镀膜厚度为100
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300nm，在铂金属传感器本体10第二面积上使用光刻胶遮挡，在镀膜完成后，使用有机溶剂将光刻胶剥离。
46.然后，使用光刻胶遮挡镀好的薄膜层20，在铂金属传感器本体10第二面积上涂覆厚膜层30，镀膜厚度为50
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100um，两者对应的区域就会形成不同的膜层厚度，从而构成非对称金属合金薄膜结构。
47.进一步的，当在铂金属传感器本体第二面积上镀膜完成后，使用有机溶剂将光刻胶剥离。
48.进一步的，在镀膜过程中，采用等离子体磁控溅射镀膜工艺或蒸镀工艺进行镀膜。
49.进一步的，铂金属传感器本体10第一面积为本体的一半面积，铂金属传感器本体10第二面积为本体的另一半面积。
50.在实际应用中，本发明的镀膜工艺采用等离子体磁控溅射工艺或蒸镀工艺进行镀膜。在镀膜过程中，首先涂覆薄的膜层，其厚度控制在200nm左右，在不需要涂覆的铂金属传感器部分用光刻胶遮挡，该部分对保持该铂传感器的热胀冷缩特性具有重要作用。然后，利用有机溶剂将光刻胶剥离，利用光刻胶遮挡薄层的薄膜，然后涂覆厚层的薄膜，该部分的厚度控制在100um左右，其对传感器的强度具有重要的支撑作用。最后，利用有机溶剂剥离光刻胶，即可形成本发明的一种具有非对称金属合金薄膜结构的高温传感器。
51.由此可见，本发明利用铂电阻传感器作为温度传感器，利用非对称性镍锰合金镀膜结构增强铂电阻高温传感器的耐高温特性，保护铂金属电阻传感器，并降低其在高温下工作的脆化效应，同时防止铂金属的热胀冷缩效应导致薄膜保护层的裂变。其中，镍金属可以有效增强铂电阻在高温下的应力强度，而掺杂进锰金属可以有效增强铂电阻传感器的高温稳定性。
52.所以，本发明利用镍锰金属合金增强了铂金属的高温应力强度和高温稳定性；利用非对称镀膜结构降低镀膜合金对珀电阻传感器的测量参数的影响；该类传感器可长期在500度以上的高温环境下工作，同时保持较好的测量稳定性。
53.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
54.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
55.需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。