CN105021303B - 一种铝基敏感材料的温度传感器制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了种铝基敏感材料的温度传感器制造方法。采用三次阳极氧化工艺，将一定厚度的铝箔加工成四周封闭的阳极氧化形成的氧化铝绝缘隔离层，中间夹有较薄的铝膜温度敏感电阻条；形成的温度传感器结构由敏感铝电阻条和绝缘三氧化二铝构成。用本发明方法制造出的铝敏感材料温度传感器可以实现大面积温场测量，检测灵敏度较高；同时，降低了传感器的性能漂移，有助于检测仪表的应用及精度的保证。

Description

一种铝基敏感材料的温度传感器制造方法

技术领域

本发明属于传感器制造领域，特别涉及到一种带有阳极氧化及光刻掩膜工艺特点的，铝基敏感材料的温度传感器制造方法。

背景技术

温度传感器在国民经济领域中应用十分广泛，目前成熟的温度传感器产品有半导体温敏二极管，集成温度传感器，陶瓷NTC、PTC，热电偶，丝绕式热电阻，薄膜Pt电阻，薄膜Cu电阻，水银温度计，酒精温度计，水晶温度传感器，红外温度传感器，光纤温度传感器等，它们几乎都是测量点温，而测温面温的传感器却很少见。

商品化温度传感器以金属作为温度敏感材料主要有铂(Pt)电阻，铜(Cu)电阻，镍(Ni)电阻。铂的温度系数为3000～3850ppm，又很强的抗氧化性，但加工十分困难；铜的温度系数为4200ppm，加工容易，但容易锈蚀，表面保护困难；镍的温度系数为6800ppm，对温度具有高分辨率，但容易氧化，使用测温上限较低；铝的温度系数为4550ppm，具有适中的温度系数电阻，若能将铝热敏电阻条致密密包封，隔离开干扰介质侵害，铝敏感材料温度传感器将是一种很有前途的传感器。

申请号201310400393.0专利公开了一种高方阻铝膜，包括基膜、加厚区、渐变方阻区，加厚区和渐变方阻区均为位于所述基膜上方的金属蒸镀层，渐变方阻区的厚度自加厚区连接处向基膜的另一侧逐渐降低，此项专利用于铝电解电容器制作上。

申请号201310007933.9专利公开了一种超低方阻金属化铝膜，涉及电容器技术领域，由基膜和金属化铝膜层组成，金属化铝膜层的厚度是常规金属化铝膜的7倍左右，金属化铝膜层大幅度增厚，意味着在真空蒸镀金属化铝膜时，要在同样的时间内在基膜上沉淀更多的铝。

申请号201410627773.2专利公开了一种铝合金的阳极氧化液及二次阳极氧化工艺，具体涉及一种铝合金的阳极氧化液以及二次阳极氧化工艺。其特征在于将浓硫酸、ANODALEE液添加剂、腺嘌呤缓蚀剂和铝粉按比例加入到去离子水中制成阳极氧化处理液。本发明生成氧化膜致密性和结合性好等优点。

申请号201210324906.X专利公开了一种铝阳极氧化膜的制备方法。该方法步骤包括除油、碱蚀、除灰和阳极氧化过程，所述的阳极氧化过程：是以经过处理的铝基体为阳极，以纯铝为阴极，在由硫酸、草酸、丙三醇、乙醇组成的水溶液为电解液，或是在由硫酸、草酸、丙三醇的乙酸和乙酸溶液为电解液，在温度为12～18℃和电流密度为18～22mA/cm2的条件下进行阳极氧化处理，得到铝阳极氧化膜。

从专利资料检索来看，利用铝和铝合金的阳极氧化工艺制作氧化铝膜属通用工艺，但是利用多次阳极氧化工艺组合，制作温度传感器未见报道。

发明内容

本发明的目的是制成一种氧化膜致密、强度高、抗腐蚀性能强的，一种铝基敏感材料的温度传感器制造方法。

一种铝基敏感材料的温度传感器制造方法，包括以下几个步骤：

步骤一：采用0.05～0.1mm厚的铝箔，化学清洗，除油、除尘；

步骤二：清洗后的铝箔进行电化学抛光，减薄到温度传感器所需最终厚度；

步骤三：采用光刻工艺，对铝箔一侧进行光刻胶曝光保护；

步骤四：采用铝阳极氧化工艺，对铝箔另一侧进行阳极氧化；

步骤五：去掉光刻胶，清洗后，在无氧化膜铝箔表面匀胶、光刻掩膜、复制热敏电阻图形，在热敏电阻条上形成光刻胶覆盖层；

步骤六：对带有图形的铝箔进行阳极氧化，直至裸露的铝箔全部氧化完成；

步骤七：去掉光刻胶，清洗，真空烘干后，在热敏电阻的焊盘上焊接引线；

步骤八：采用阳极氧化工艺，对热敏电阻条裸露的铝进行阳极氧化调整阻值，直到热敏电阻阻值达到设定值为止；

步骤九：利用砂轮划片机，切割下完整的温度传感器芯片；

步骤十：富氧热处理温度传感器芯片，温度200-1200℃，使氧化膜晶型转变成稳定晶型结构。

本发明一种铝基敏感材料的温度传感器制造方法，还可以包括：

1、采用阳极氧化方法，阳极氧化电解质采用铬酸、硼酸电解质、硫酸电解质、磷酸电解质、草酸电解质和硼酸电解质中的一种或几种。

2、热敏电阻阻值的设定值为50Ω、100Ω、500Ω、1000Ω、2000Ω、5000Ω或者10000Ω。

有益效果：

本发明采用多次铝阳极氧化方法组合使用，并与光刻掩模方法相结合，将一定厚度的铝箔加工成四周封闭的阳极氧化形成的氧化铝绝缘隔离层，中间夹有较薄的铝膜温度敏感电阻条。制造出温度传感器具有较薄的特征尺寸，铝敏电阻条包封致密氧化铝，外界介质隔离良好，提高了温度传感器的稳定性和环境适应性能。

本发明方法的有益效果是，可以根据需要制作各种形状尺寸的铝基热敏电阻，由于阳极氧化形成的氧化铝保护膜经热处理后，变成稳定晶相，具有耐酸、耐碱腐蚀，不易产生分层脱落现象，同时形成具有致密的绝缘保护层。这种由绝缘氧化铝/敏感铝电阻条/绝缘氧化铝构成“三明治”结构的温度传感器具有良好的环境适应性，以及良好的稳定性和超薄性特点。

采用三次阳极氧化工艺，将一定厚度的铝箔加工成四周封闭的阳极氧化形成的氧化铝绝缘隔离层，中间夹有较薄的铝膜温度敏感电阻条；

第一次采用阳极氧化工艺在铝箔一侧面制作三氧化二铝绝缘层；

第二次采用阳极氧化工艺，利用光刻掩膜技术，在铝箔另一侧面复制敏感电阻图形，在热敏电阻条上形成光刻胶保护膜，利用阳极氧化方法将裸露的铝箔氧化，直至裸露的铝全部氧化完成，并与第一次形成的氧化铝融合为一体；

第三次采用阳极氧化工艺对热敏电阻条裸露的铝进行阳极氧化调整阻值，利用腐蚀铝热敏电阻条的深度多少来实现调整电阻条阻值；利用铬酸和硼酸混合溶液作为阳极氧化电解液，生成的氧化膜致密、强度高、抗腐蚀性能强，具有良好的绝缘和保护铝电阻条性能。

附图说明

图1为铝敏感材料温度传感器制造工艺方框流程图；

图2为方形铝敏感材料温度传感器示意图；

图3为梯形铝敏感材料温度传感器示意图；

图4为圆形铝敏感材料温度传感器示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步详细说明。

本发明目的是为了解决基于铝敏感材料制作温度传感器存在的以下问题：⑴铝敏感材料容易氧化，铝是活泼金属，易与氧气、水分、硫化物等发生化学反应，引起敏感电阻性能劣化；⑵铝基敏感材料热敏电阻结构设计困难，采用传统的线绕式，其结果不如漆包铜线线绕电阻性能优良发；采用薄膜物理沉积方法，即使采用玻璃料包封，也无法实现致密的物理包封，使用中会受到被测环境中的介质干扰和化学反应；⑶采用传统热敏电阻制作方法，实现点温度测量，无法实现面温度检测。

本发明的目的是这样实现的：

a、采用0.05～0.1mm厚的铝箔，化学清洗，除油、除尘；

b、清洗后的铝箔进行电化学抛光，减薄到所需热敏电阻最终厚度；

c、采用光刻工艺，对铝箔一侧进行光刻胶曝光保护

d、采用铝阳极氧化工艺，对铝箔另一侧进行阳极氧化；

e、去掉光刻胶，清洗后，在无氧化膜铝箔表面匀胶、光刻掩膜、复制热敏电阻图形，在热敏电阻条上形成光刻胶覆盖层；

f、对带有图形的铝箔进行阳极氧化，直至裸露的铝全部氧化完成；

g、去掉光刻胶，清洗，真空烘干后，在热敏电阻的焊盘上焊接引线；

h、采用阳极氧化工艺，对热敏电阻条裸露的铝进行阳极氧化调整阻值，直到热敏电阻阻值达到理想值为止；

m、利用砂轮划片机，切割下完整的热敏电阻；

n、高温富氧热处理热敏电阻，使氧化膜晶型转变成稳定晶型结构。

本发明还可以包括这样一些特征：

1、所述的采用阳极氧化方法，阳极氧化电解质可以采用铬酸和硼酸电解质，也可采用硫酸电解质、磷酸电解质、草酸电解质、硼酸电解质，及其混合物。

2、所述的在热敏电阻焊盘上焊接引线，可以采用导电胶粘、金丝球焊、焊料烧焊、氩弧焊、储能焊方法。

3、高温富氧热处理热敏电阻，热处理温度在200-1200℃，其稳定晶型结构指为α晶型、β晶型、γ晶型。

4、热敏电阻理想阻值，指零度阻值可以是50Ω、100Ω、500Ω、1000Ω、2000Ω、5000Ω、10000Ω。

参照图1，表示铝敏感材料温度传感器制造工艺方框流程图，该流程概括起来为：铝箔清洗减薄-铝箔单侧上光刻胶保护-铝箔另一侧面阳极氧化形成绝缘层-去光刻胶-无氧化铝箔面复制敏感电阻图形-敏感电阻条上形成光刻胶保护膜-阳极氧化裸露的铝箔-去胶清洗-粘接引线-阳极氧化裸露的敏感电阻条-划片分割-富氧热处理-温度传感器。各工步之间的制造方法可以根据具体要求进行任意组合。

参照图2，表示方形铝基敏感材料热敏电阻示意图，金属引线1、焊点2、铝敏感电阻条3、阳极氧化三氧化二铝绝缘层4。

具体实施方式如下：

a、采用0.05～0.1mm厚的铝箔，化学清洗，除油、除尘；

b、清洗后的铝箔进行电化学抛光，减薄到温度传感器所需最终厚度；

c、采用光刻胶工艺，对铝箔一侧进行上光刻胶保护

d、采用铝阳极氧化工艺，对铝箔另一侧进行阳极氧化，氧化到铝箔厚度的1/3到1/2；

e、去掉光刻胶，清洗后，在无氧化膜铝箔表面匀胶、光刻掩膜、复制热敏电阻图形，在热敏电阻条上形成光刻胶覆盖层；

f、对带有图形的铝箔进行阳极氧化，直至裸露的铝全部氧化完成；

g、去掉光刻胶，清洗，真空烘干后，在的焊盘上采用金丝球焊焊接金丝(或银丝、银钯丝)引线；

h、采用阳极氧化工艺，对敏感电阻条裸露的铝进行阳极氧化，直到温度敏感电阻零度阻值达到50Ω(或100Ω、500Ω、1000Ω、2000Ω、5000Ω、10000Ω)为止；

m、利用砂轮划片机，切割下完整的传感器芯片；

n、富氧热处理传感器芯片，温度450-600℃，其晶型结构可转化为β晶型和γ晶型。

O、形成铝敏感材料的。

本发明提供的温度传感器的工作原理：

基于铝金属的电阻率随温度变化的热阻效应制成温度传感器,随温度增加,铝金属宏观上表现出电阻率单调变大，即电阻值增加；随温度减低，铝金属宏观上表现出电阻率变小，即电阻值减少，通过测出的电阻值变化，从而计算出待测物理场的温度变化。铝敏感材料温度传感器属正温度系数传感器。

本发明提供的温度传感器，可适用-55℃～300℃范围内的温度检测，传感器结构紧凑，性能稳定，适用于石油化工、矿山冶金、精准农业、智能家居等应用领域。本发明的温度传感器可以为方形、梯形或者圆形，如图2到图4所示。

本发明提供的是一种铝基敏感材料的温度传感器制造方法,它涉及到以高纯铝作为敏感材料的温度传感器的制造方法。本发明解决了铝敏感材料易氧化产生性能漂移的问题，提高了铝敏感材料传感器的稳定性和使用性能，并有效地延长了传感器标校周期。用本发明方法制造出的铝敏感材料温度传感器可以实现大面积温场测量，检测灵敏度较高；同时，降低了传感器的性能漂移，有助于检测仪表的应用及精度的保证。

包括以下十二个工步：铝箔清洗减薄-铝箔单侧上光刻胶保护-铝箔另一侧面阳极氧化形成绝缘层-去光刻胶-无氧化铝箔面复制敏感电阻图形-敏感电阻条上形成光刻胶保护膜-阳极氧化裸露的铝箔-去胶清洗-粘接引线-阳极氧化裸露的敏感电阻条-划片分割-富氧热处理；采用三次阳极氧化工艺，将一定厚度的铝箔加工成四周封闭的阳极氧化形成的氧化铝绝缘隔离层，中间夹有较薄的铝膜温度敏感电阻条；形成的温度传感器结构由绝缘三氧化二铝/敏感铝电阻条/绝缘三氧化二铝构成。

利用阳极氧化方法在铝箔一侧面制作三氧化二铝绝缘层。利用光刻掩膜技术，在铝箔另一侧面复制敏感电阻图形，在热敏电阻条上形成光刻胶保护膜，利用阳极氧化方法将裸露的铝箔氧化，直至裸露的铝全部氧化完成。利用铬酸和硼酸混合溶液作为阳极氧化电解液，阳极氧化方法对去胶后的裸露铝的热敏电阻条进行腐蚀氧化调整阻值，通过腐蚀铝热敏电阻条的深度多少来实现调整电阻条阻值；直到热敏电阻值达到设定值为止。

Claims (3)

1.一种铝基敏感材料的温度传感器制造方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

步骤一：采用0.05～0.1mm厚的铝箔，化学清洗，除油、除尘；

步骤二：清洗后的铝箔进行电化学抛光，减薄到温度传感器所需最终厚度；

步骤三：采用光刻工艺，对铝箔一侧进行光刻胶曝光保护；

步骤四：采用铝阳极氧化工艺，对铝箔另一侧进行阳极氧化；

步骤五：去掉光刻胶，清洗后，在无氧化膜铝箔表面匀胶、光刻掩膜、复制热敏电阻图形，在热敏电阻条上形成光刻胶覆盖层；

步骤六：对带有图形的铝箔进行阳极氧化，直至裸露的铝箔全部氧化完成；

步骤七：去掉光刻胶，清洗，真空烘干后，在热敏电阻的焊盘上焊接引线；

步骤八：采用阳极氧化工艺，对热敏电阻条裸露的铝进行阳极氧化调整阻值，直到热敏电阻阻值达到设定值为止；

步骤九：利用砂轮划片机，切割下完整的温度传感器芯片；

步骤十：富氧热处理温度传感器芯片，温度200-1200℃，使氧化膜晶型转变成稳定晶型结构。

2.根据权利要求1所述的一种铝基敏感材料的温度传感器制造方法，其特征在于：所述的阳极氧化工艺，阳极氧化电解质采用铬酸、硼酸电解质、硫酸电解质、磷酸电解质、草酸电解质和硼酸电解质中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种铝基敏感材料的温度传感器制造方法，其特征在于：所述的热敏电阻阻值的设定值为50Ω、100Ω、500Ω、1000Ω、2000Ω、5000Ω或者10000Ω。