CN107978670A - 一种可控制时间常数的锰钴镍热敏器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可控制时间常数的锰钴镍热敏器件及其制备方法，其特征在于，器件结构为：在蓝宝石衬底上依次有聚酰亚胺，环氧胶，锰钴镍，金电极。其中所述的蓝宝石衬底为双面抛光的蓝宝石，所述的聚酰亚胺为亚胺化的聚酰亚胺，厚度为1～40微米，所述的锰钴镍是通过环氧胶粘贴到聚酰亚胺上，其厚度为8～10微米，所述的金电极位于锰钴镍表面两端。本发明有以下几个优点：1、工艺简单，易实施。2、可以通过控制聚酰亚胺厚度来决定时间常数，可精准满足不同时间常数的应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及锰钴镍热敏器件技术，具体是指一种可控制时间常数的锰钴镍热敏器件及其制备方法。
背景技术
非制冷热敏红外探测器是一种重要的红外探测器，相比于光子红外探测器具有制备成本低廉，无需低温冷却系统，宽波段响应，使用温度范围宽，器件封装简单等优点，热敏器件的电阻-温度特性可使微小的温度变化转变成电阻的变化形成大的信号输出，特别适用于高精度测量，锰钴镍作为一种全波段热敏辐射探测器材料，在军事，民用和工业领域有着广泛的应用。
在热敏电阻红外探测器中，毫无疑问，应当选取电阻温度系数大的材料做接收元件，然而信号大小也与热辐射在元件上能够建立的温度差有关，热时间常数也称为响应时间，它表征热敏元件的温度随环境温度变化的速度特性。即在规定的介质中，当环境温度发生突变时,热敏元件温度变化了首末温差的63.2％所需要的时间。时间常数的大小与元件的散热结构有直接关系。本发明是制备一种锰钴镍热敏器件，采用聚酰亚胺作为锰钴镍与衬底之间的支撑层，可以通过控制聚酰亚胺厚度来决定锰钴镍热敏器件的时间常数。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以控制热敏器件时间常数的方法，可通过控制聚酰亚胺厚度来满足不同探测对象需要不同响应时间的要求。
在锰钴镍热敏探测器中，由于锰钴镍薄片做的很薄，沿横向的热扩散就可以忽略，热量主要沿衬底传导，比空间辐射热传导大的多。至于对流散热，只要真空抽到一定程度就可以忽略。因此器件沿衬底方向的热传导起了决定作用。根据热敏器件时间常数公式
K0是沿衬底方向的热导，K0的大小与热敏薄片的热导K1，环氧胶的热导K2，聚酰亚胺的热导K3，蓝宝石衬底的热导K4有关。
根据热导定义
k为材料热导率，A为传输热量的截面积，d为热量传导通过的长度。对于实际的热敏元件，A就是元件面积。要控制热导K0的数值有两种方法，一是选择热导率k不同的材料，另一个是改变材料的厚度。这里我们采用控制锰钴镍材料与蓝宝石衬底之间的聚酰亚胺厚度来实现。
本发明一种可控制时间常数的锰钴镍热敏器件，如4所示，其特征在于，器件结构为：在蓝宝石衬底1上依次有聚酰亚胺2，环氧胶3，锰钴镍4，金电极5。其中所述的蓝宝石衬底1为双面抛光的蓝宝石，所述的聚酰亚胺2为亚胺化的聚酰亚胺，厚度为1～40微米，所述的锰钴镍4是通过环氧胶3粘贴到聚酰亚胺2上，其厚度为8～10微米，所述的金电极5为位于锰钴镍表面两端的两个厚度为8000～10000埃的金电极。
所说的一种可控制时间常数的锰钴镍热敏器件，其特征在于方法步骤如下：
1、将蓝宝石衬底1表面旋涂一层聚酰亚胺2并亚胺化。
2、将结构如图2所示的锰钴镍材料清洗待贴片。
3、将锰钴镍材料4通过环氧胶3粘贴在聚酰亚胺2表面并固化。
4、光刻划片槽，将牺牲衬底7与二氧化硅牺牲层6划穿，并浸泡在氢氟酸缓冲液中进行剥离。
5、光刻电极图形，在锰钴镍表面制备两个金电极5。
6、最后经过刻蚀、划片。就获得了锰钴镍热敏器件。
本发明有以下几个优点：
1、工艺简单，易实施。
2、可以通过控制聚酰亚胺厚度来决定时间常数，可精准满足不同时间常数的应用需求。
附图说明
图1是聚酰亚胺衬底剖图，其中标号说明如下：(1)蓝宝石衬底；(2)聚酰亚胺；
图2是锰钴镍材料剖面图，其中标号说明如下：(4)锰钴镍；(6)牺牲层；(7)牺牲衬底；
图3是聚酰亚胺与锰钴镍粘贴后剖面图，其中标号说明如下：(1)蓝宝石衬底；(2)聚酰亚胺(3)环氧胶；(4)锰钴镍；(6)牺牲层；(7)金电极；
图4是热敏器件成型后剖面图，其中标号说明如下：(1)蓝宝石衬底；(2)聚酰亚胺；(3)环氧胶；(4)锰钴镍；(5)金电极；
图5是聚酰亚胺厚度与时间常数关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
我们制备了ABC三种不同时间常数的锰钴镍热敏器件，其结构参数分别为：A：280um蓝宝石衬底，1微米聚酰亚胺，1微米环氧胶，8微米锰钴镍，8000埃金电极；
B：280um蓝宝石衬底，20微米聚酰亚胺，1微米环氧胶，9微米锰钴镍，9000埃金电极；
C：280um蓝宝石衬底，40微米聚酰亚胺，1微米环氧胶，10微米锰钴镍，10000埃金电极；
器件制备方法如下：
1、衬底制备：通过匀胶机将聚酰亚胺2均匀的旋涂到蓝宝石衬底1上，匀胶条件为：初速500转/分钟5秒；高速1500转/分钟30秒。旋涂完聚酰亚胺2后放入烘箱进行亚胺化，亚胺化温度依次为：80℃：1小时；120℃：1小时；180℃：1小时；300℃：5小时；低温烘烤目的是为了让大部分溶剂挥发，初始温度如果过高，靠近表面的溶剂快速跑掉，里面的溶剂就会被封住而产生气泡。所以这里采用阶段升温的方式避免产生气泡。亚胺化完成后测量聚酰亚胺厚度。如果厚度未达到目标厚度可重复旋涂直至聚酰亚胺最低处厚度大于目标厚度。将聚酰亚胺2研磨抛光至所需目标厚度，如图1所示。
2、材料准备：选取结构如图2所示的锰钴镍4材料并清洗干净，待贴片，其中牺牲层的材料为二氧化硅，牺牲衬底的材料为蓝宝石。
3、贴片：将锰钴镍4通过环氧胶3粘贴到聚酰亚胺2表面并高温压片固化，如图3所示。
4、衬底剥离：光刻划片槽，控制刀片深度，将牺牲衬底7以及牺牲层6划穿。再将器件用氢氟酸缓冲液浸泡直至牺牲层6被腐蚀掉，这样的目的是将牺牲衬底7从锰钴镍4上剥离下来。
5、器件成型：将剥离完露出锰钴镍4的材料进行光刻并在其表面制备两个金电极5，再将器件刻蚀成型，移交划片。这样就获得了锰钴镍热敏器件，如图4所示。
Claims (2)
1.一种可控制时间常数的锰钴镍热敏器件，其特征在于，器件结构为：在蓝宝石衬底(1)上依次有聚酰亚胺(2)，环氧胶(3)，锰钴镍(4)，金电极(5)；其中所述的蓝宝石衬底(1)为双面抛光的蓝宝石，所述的聚酰亚胺(2)为亚胺化的聚酰亚胺，厚度为1～40微米，所述的锰钴镍(4)是通过环氧胶(3)粘贴到聚酰亚胺(2)上，其厚度为8～10微米，所述的金电极(5)为位于锰钴镍表面两端的两个厚度为8000～10000埃的金电极。
2.一种制造如权利要求书1所述一种可控制时间常数的锰钴镍热敏器件的方法，其特征在于方法步骤如下：
1)将蓝宝石衬底(1)表面旋涂一层聚酰亚胺(2)并亚胺化；
2)将锰钴镍(4)材料清洗待贴片；
3)将锰钴镍(4)通过环氧胶(3)粘贴在聚酰亚胺(2)表面并固化；
4)光刻划片槽，将牺牲衬底(7)与牺牲层(6)划穿，并浸泡在氢氟酸缓冲液中进行剥离；
5)光刻电极图形，在锰钴镍(4)表面生长两个金电极(5)；
6)最后经过刻蚀、划片，就获得了锰钴镍热敏器件。
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