CN103151452B - 一种用于量热计的平面热电堆制作方法 - Google Patents

一种用于量热计的平面热电堆制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于量热计的平面热电堆制作方法，能够快速测量同一水平面放置的两物体表面温差的分布情况。本发明以下四个特点：本发明的热电堆为可更换器件，能够通过调整加工工艺较方便的改变组成热电堆的热电偶数目，已经制作出的热电堆温度传感器在85mm×50mm的面积内具有200组热电偶，根据需要可以通过减小线宽和线间距能够增加热电偶数目。该种热电堆时间常数较低，能够实现瞬态温差测量。该种热电堆能够根据需要改变热电堆表面积的大小，适应不同间距的温差测量。该种热电堆结构紧凑，简单，便于安装，能够用于微小热量的测量工作。

Description

一种用于量热计的平面热电堆制作方法
技术领域
本发明涉及一种平面热电堆制作方法，特别是一种用于量热计的平面热电堆制作方法。
背景技术
通常情况下，热电堆的制造方法大多采用焊接工艺或者镀膜技术，焊接工艺具有工艺简单的优点，但是与镀膜技术相比，在热电堆的组合数量、排列的均匀性、导线与绝缘层贴敷的紧密性等方面具有很大的差距。镀膜工艺上有两种可选方案，离子溅射或者光刻镀膜。离子溅射工艺的优点是利用一套模板可以重复镀膜，其缺点是较难装夹，且工艺水平较低，向小型化发展的余地不大。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于量热计的平面热电堆制作方法，解决平面热电堆难以加工、热电偶放置均匀性差、热电偶数目较少、测温灵敏度难以保证的问题。
一种用于量热计的平面热电堆制作方法的具体步骤为：
第一步  制作金属光刻掩模版
进行镍金属和铂金属光刻所需掩模版的制作，将镍金属和铂金属图形在铬版上用电子束曝光在1250K~1800K工作温度下，逐个将镍金属和铂金属图形元素曝光，制作1：1~1：10放大倍率的掩模图形。
第二步  加工干法刻蚀和焊盘光刻的掩模版
制作干法刻蚀和焊盘加厚所需掩模版，将干法刻蚀和焊盘图形在铬版上利用电子束曝光技术在1250K~1800K工作温度逐个地将焊盘的图形元素曝光，制作1：1~1：10放大倍率的掩模图形。
第三步  生长绝缘层
在阳极键合基材的衬底上，利用热生长氧化法，使硅片与氧气在高温下进行反应在基材表面生长出一层100nm~500nm厚的二氧化硅层，起到绝缘隔离的作用。
第四步  光刻镍金属
在二氧化硅绝缘层上用镍金属掩模版光刻宽10μm~100μm、厚100nm~500nm的镍导线、冷端测头和热端测头图形。
第五步  光刻铂金属
在二氧化硅绝缘层上用铂金属掩模版光刻宽10μm~100μm、厚100nm~500nm的铂导线、冷端测头和热端测头图形。
第六步  生长绝缘层
在镍导线和铂导线光刻层之上，利用热生长氧化法，使硅片与氧气在高温下进行反应在光刻层表面生长出一层100nm~500nm厚的二氧化硅膜，起到对光刻层表面保护及钝化和光刻层绝缘隔离的作用。
第七步  干法刻蚀焊盘区域
用焊盘掩模版，在二氧化硅绝缘层上用干法刻蚀进行刻蚀，刻蚀深度与生长绝缘层中二氧化硅膜生长厚度相同。使光刻镍金属和光刻铂金属位于两端的焊盘图形暴露于空气之中，用于焊接测量导线。
至此，完成一种用于量热计的平面热电堆制作。
平面热电堆的主要加工难点在于如何提高加工精度、如何在要求面积内制作更多组均匀分布的温差热电偶。本发明从加工方法角度出发，利用光刻工艺的技术优点，在较小的面积内生长处更多的热电偶个数，从而实现了热电堆热电偶树木可根据技术需要增加或减少，体积小以及测温灵敏度高的特点，降低了测温方式所引入的相对误差，使作为功率标准的宽频带毫米波量热计具有更优秀的指标和更高的测量准确度。采用本发明方法所制作的测温元件，即热电堆为可更换器件，能够通过调整加工工艺较方便的改变组成热电堆的热电偶数目，已经制作出的热电堆温度传感器在85mm×50mm的面积内具有200组热电偶，根据需要通过减小线宽和线间距能够增加热电偶数目。采用本方法制作的热电堆能够解决双负载波导量热计中工作负载和参考负载表面温差分布的测量难题，具有较高的实用价值。
附图说明
图1  一种用于量热计的平面热电堆制作方法所述产品的结构示意图；
图2  一种用于量热计的平面热电堆制作方法所述产品的镍金属及冷、热测头光刻图形掩模版；
图3  一种用于量热计的平面热电堆制作方法所述产品的铂金属及冷、热测头光刻图形掩模版；
图4  一种用于量热计的平面热电堆制作方法所述产品的干法刻蚀焊盘掩模版。
1.阳极键合基材   2.二氧化硅层   3.冷端测头   4.热端测头   5.镍导线   6.铂导线
7.焊盘   8.二氧化硅绝缘层   9.镍金属   10.铂金属。
具体实施方式
一种用于量热计的平面热电堆制作方法的具体步骤为：
第一步  制作金属光刻掩模版
进行镍金属9和铂金属10光刻所需掩模版的制作，将镍金属9和铂金属10图形在铬版上用电子束曝光在1600K工作温度下，逐个将镍金属9和铂金属10图形元素曝光，制作1：5放大倍率的掩模图形。
第二步  加工干法刻蚀和焊盘光刻的掩模版
制作干法刻蚀和焊盘7加厚所需掩模版，将干法刻蚀和焊盘7图形在铬版上利用电子束曝光技术在1600K工作温度逐个地将焊盘7的图形元素曝光，制作1：5放大倍率的掩模图形。
第三步  生长绝缘层
在阳极键合基材1的衬底上，利用热生长氧化法，使硅片与氧气在高温下进行反应在基材表面生长出一层100nm厚的二氧化硅层2，起到绝缘隔离的作用。
第四步  光刻镍金属
在二氧化硅绝缘层8上用镍金属9掩模版光刻宽50μm、厚300nm的镍导线5、冷端测头3和热端测头4图形。
第五步  光刻铂金属
在二氧化硅绝缘层8上用铂金属10掩模版光刻宽50μm、厚300nm的铂导线6、冷端测头3和热端测头4图形。
第六步  生长绝缘层
在镍导线5和铂导线6光刻层之上，利用热生长氧化法，使硅片与氧气在高温下进行反应在光刻层表面生长出一层100nm厚的二氧化硅膜，起到对光刻层表面保护及钝化和光刻层绝缘隔离的作用。
第七步  干法刻蚀焊盘区域
用焊盘7掩模版，在二氧化硅绝缘层8上用干法刻蚀进行刻蚀，刻蚀深度与生长绝缘层中二氧化硅膜生长厚度相同。使光刻镍金属9和光刻铂金属10位于两端的焊盘7图形暴露于空气之中，用于焊接测量导线。
至此，完成一种用于量热计的平面热电堆制作。

Claims (1)

1.一种用于量热计的平面热电堆制作方法，其特征在于该方法的具体步骤为：
第一步  制作金属光刻掩模版
进行镍金属(9)和铂金属(10)光刻所需掩模版的制作，在1250K～1800K工作温度下，将镍金属(9)和铂金属(10)图形在铬版上用电子束曝光，逐个将镍金属(9)和铂金属(10)图形元素曝光，制作1：1～1：10放大倍率的掩模图形；
第二步  加工干法刻蚀和焊盘光刻的掩模版
制作干法刻蚀和焊盘(7)加厚所需掩模版，将干法刻蚀和焊盘(7)图形在铬版上利用电子束曝光技术在1250K～1800K工作温度逐个地将焊盘(7)的图形元素曝光，制作1：1～1：10放大倍率的掩模图形；
第三步  生长绝缘层
在阳极键合基材(1)的衬底上，利用热生长氧化法，使硅片与氧气在高温下进行反应在基材表面生长出一层100nm～500nm厚的二氧化硅层(2)，起到绝缘隔离的作用；
第四步  光刻镍金属
在二氧化硅绝缘层(8)上用镍金属(9)掩模版光刻宽10μm～100μm、厚100nm～500nm的镍导线(5)、冷端测头(3)和热端测头(4)图形；
第五步  光刻铂金属
在二氧化硅绝缘层(8)上用铂金属(10)掩模版光刻宽10μm～100μm、厚100nm～500nm的铂导线(6)、冷端测头(3)和热端测头(4)图形；
第六步  生长绝缘层
在镍导线(5)和铂导线(6)光刻层之上，利用热生长氧化法，使硅片与氧气在高温下进行反应在光刻层表面生长出一层100nm～500nm厚的二氧化硅膜，起到对光刻层表面保护及钝化和光刻层绝缘隔离的作用；
第七步  干法刻蚀焊盘区域
用焊盘(7)掩模版，在二氧化硅绝缘层(8)上用干法刻蚀进行刻蚀，刻蚀深度与生长绝缘层中二氧化硅膜生长厚度相同；使光刻镍金属(9)和光刻铂金属(10)位于两端的焊盘(7)图形暴露于空气之中，用于焊接测量导线；
至此，完成一种用于量热计的平面热电堆制作。
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