CN110828648A - 一种原子层热电堆热流传感器的封装结构及封装工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原子层热电堆热流传感器的封装结构及封装工艺，其封装结构包括：基座；封装套，其与基座之间为紧密配合；敏感元件，其固定于基座上，且其外表面与封装套上端面齐平；引线孔Ⅰ，其位于基座中，且设置在基座上端；敏感元件的结构包括：钛酸锶晶片，其上开设有引线孔Ⅱ，引线孔Ⅱ位于引线孔Ⅰ正上方；热电效应薄膜，其沉积在钛酸锶晶片上；导电金膜，其沉积在钛酸锶晶片上，且位于热电效应薄膜两端；导线槽，其开设在基座中；银导线，其固定在导线槽中，且银导线穿过引线孔Ⅰ和引线孔Ⅱ，本发明提供的热流传感器封装结构及封装工艺避免了大深径比的细小孔加工难度，实现了导线的有效固定。
Description
技术领域
本发明属于热流传感器技术领域，更具体地说，本发明涉及一种原子层热电堆热流传感器的封装结构及封装工艺。
背景技术
边界层转捩是经典力学遗留的少数基础科学问题之一，与湍流问题一起称为“世纪难题”。对于高超声速飞行，高超声速边界层由层流变为湍流后，壁面热流和摩擦力都会急剧增加。因此，对高超声速边界层转捩的理论和实验研究是认识转捩机理从而进一步达到对转捩进行控制的重要手段。结合对当前高超声速边界层转捩理论研究的认知，来流扰动的额演化和发展被认为是边界层转捩机理的核心。相应地，风洞试验研究中也越来越关注诸如高频脉动热流的测试与分析。当前，国内外高频脉动热流的测试主要是利用原子层热电堆热流传感器，且国内尚缺乏这种传感器。在参照国外原子层热电堆热流传感器的测热原理(德国University of Stuttgart的Tim Roediger等人发表诸如题为《Time-resolved heat transfer measurements on the tip wall of a bibbed channel usinga novel heat flux sensor—Part I:Sensor and benchmarks》等文章)获得传感器敏感元件的基础上，设计了一种传感器封装结构及封装工艺，避免了大深径比的细小孔加工难度，实现了导线的有效固定。由此，形成了可在激波风洞、常规高超声速风洞试验中使用的原子层热电堆热流传感器。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种原子层热电堆热流传感器的封装结构，包括：
基座；
封装套，其与所述基座之间为紧密配合；敏感元件，其固定在所述基座上，且其外表面与所述封装套上端面齐平；引线孔Ⅰ，其设置在所述基座中；
所述敏感元件的结构包括：钛酸锶晶片，其上开设有引线孔Ⅱ，所述引线孔Ⅱ与引线孔Ⅰ中心轴线相重合；热电效应薄膜，其沉积在所述钛酸锶晶片上；导电金膜，其沉积在所述钛酸锶晶片上，并覆盖在所述引线孔Ⅱ周边的钛酸锶晶片表面，且位于热电效应薄膜两端；
导线槽，其开设在所述基座中，且所述引线孔Ⅰ位于敏感元件与导线槽之间；银导线，其固定在所述导线槽中，且银导线穿过所述引线孔Ⅰ和引线孔Ⅱ，并与导电金膜形成电导通。
优选的是，其中，所述封装套为聚醚醚酮封装套、氮化铝陶瓷封装套、氮化硅陶瓷封装套、氧化铝陶瓷封装套等绝缘封装套中的一种；所述基座为表面阳极化处理的铝合金基座。
优选的是，其中，所述热电效应薄膜为钇钡铜氧化物薄膜、镧锰铜氧化物薄膜等具有横向塞贝克效应薄膜中的一种。
优选的是，其中，所述导线槽和银导线分别设置为两个，且导线槽中灌注有胶水，银导线通过胶水固定在基座中。
优选的是，其中，所述银导线与导电金膜之间涂抹有导电胶，用于实现银导线与导电金膜之间的电导通。
优选的是，其中，所述银导线端面与敏感元件外表面齐平。
优选的是，其中，所述钛酸锶晶片直径小于等于6mm、厚度小于等于0.5mm；所述引线孔Ⅰ和引线孔Ⅱ的直径为0.2mm。
一种原子层热电堆热流传感器的封装结构，其封装工艺包括以下步骤：
步骤一、对铝合金基座进行阳极表面化处理；利用机械加工或者飞秒激光加工手段对钛酸锶晶片进行成型加工及在钛酸锶晶片中心对称指定位置开两个直径为0.2mm的引线孔Ⅱ，利用离子抛光工艺处理钛酸锶晶片表面，将钇钡铜氧化物薄膜和导电金膜通过物理气相沉积的方法沉积在钛酸锶晶片上，以此形成原子层热电堆热流传感器的敏感元件；
步骤二、通过胶水粘接的方式将敏感元件固定在铝合金基座上，并保证引线孔Ⅱ与铝合金基座中的引线孔Ⅰ重合对准；
步骤三、将银导线穿过引线孔Ⅰ和引线孔Ⅱ，在导线槽中灌注胶水，并将银导线固定在铝合金基座内，并要保证银导线完全陷入导线槽内，同时银导线端面要与敏感元件外表面齐平；
步骤四、在银导线与导电金膜之间涂抹导电银胶，用于实现银导线与导电金膜之间的电导通；
步骤五、将聚醚醚酮封装套套装在铝合金基座上，并保证聚醚醚酮封装套与铝合金基座之间为紧密配合，聚醚醚酮封装套上端面与敏感元件外表面齐平；聚醚醚酮封装套用于进一步保护敏感元件和在原子层热电堆热流传感器使用过程中与试验模型之间电绝缘的目的；至此，原子层热电堆热流传感器封装结构便封装完成。
本发明至少包括以下有益效果：本发明提供的原子层热电堆热流传感器的封装结构，避免了大深径比的细小孔加工难度，有效实现了对传感器敏感元件的固定，达到了测试信号引出和电绝缘的目的；并且本封装结构的封装工艺简单，操作性强，便于使封装结构得以实现。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
图1为本发明提供的原子层热电堆热流传感器的封装结构示意图；
图2为本发明提供的原子层热电堆热流传感器的封装结构敏感元件结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1-2所示：本发明的一种原子层热电堆热流传感器的封装结构，包括：
基座3；
封装套2，其与所述基座3之间为紧密配合；敏感元件1，其固定在所述基座3上，且其外表面与所述封装套2上端面齐平；引线孔Ⅰ6，其设置在所述基座3中；
所述敏感元件的结构包括：钛酸锶晶片7，其上开设有引线孔Ⅱ10，所述引线孔Ⅱ10与引线孔Ⅰ6中心轴线相重合；热电效应薄膜9，其沉积在所述钛酸锶晶片7上；导电金膜8，其沉积在所述钛酸锶晶片7上，并覆盖在所述引线孔Ⅱ10周边的钛酸锶晶片表面，且位于热电效应薄膜9两端；
导线槽5，其开设在所述基座3中，且所述引线孔Ⅰ6位于敏感元件1与导线槽5之间；银导线4，其固定在所述导线槽5中，且银导线4穿过所述引线孔Ⅰ和引线孔Ⅱ，并与导电金膜8电导通。
工作原理：本原子层热电堆热流传感器的封装结构用于将与高频热流测试直接相关的电信号从激波风洞、常规高超声速风洞中引出；银导线4与敏感元件1的导电金膜8导通，将敏感元件1感知得到的测试信号从激波风洞和常规超声速风洞中引出，就可以直接得到高频脉动热流；基座3为敏感元件提供了固定机构，起着固定、支撑和保护敏感元件1的作用；封装套进一步形成对敏感元件的保护，以及在传感器使用过程中达到与实验模型电绝缘的目的。在热电效应薄膜9上下表面存在温度梯度的情况下，由于横向塞贝克效应，产生一个横向并垂直于热电效应薄膜9上下表面温度梯度方向的热电势；由此获得的原子层热电堆热流传感器需要经过静态标定获得其灵敏度系数，可利用激波管等脉冲型实验设备对其动态响应时间参数进行标定。
在上述技术方案中，所述封装套2为聚醚醚酮封装套、氮化铝陶瓷封装套、氮化硅陶瓷封装套、氧化铝陶瓷封装套等绝缘封装套中的一种；所述基座为表面阳极化处理的铝合金基座。
在上述技术方案中，所述热电效应薄膜9为钇钡铜氧化物薄膜、镧锰铜氧化物薄膜等具有横向塞贝克效应薄膜中的一种。
在上述技术方案中，所述导线槽5和银导线4分别设置为两个，且导线槽5中灌注有胶水，银导线4通过胶水固定在基座3中。
在上述技术方案中，所述银导线4与导电金膜8之间涂抹有导电胶，用于实现银导线4与导电金膜8之间的电导通。
在上述技术方案中，所述银导线4端面与敏感元件1外表面齐平。
在上述技术方案中，所述钛酸锶晶片7直径小于等于6mm、厚度小于等于0.5mm；所述引线孔Ⅰ和引线孔Ⅱ的直径为0.2mm。
在上述技术方案中，原子层热电堆热流传感器封装结构的封装工艺包括以下步骤：
步骤一、对铝合金基座进行阳极表面化处理；利用机械加工或者飞秒激光加工手段对钛酸锶晶片进行成型加工及在钛酸锶晶片中心对称指定位置开两个直径为0.2mm的引线孔Ⅱ，利用离子抛光工艺处理钛酸锶晶片表面，将钇钡铜氧化物薄膜和导电金膜通过物理气相沉积的方法沉积在钛酸锶晶片上，以此形成原子层热电堆热流传感器的敏感元件；
步骤二、通过胶水粘接的方式将敏感元件1固定在铝合金基座3上，并保证引线孔Ⅱ10与铝合金基座3中的引线孔Ⅰ6重合对准；
步骤三、将银导线4穿过引线孔Ⅰ10和引线孔Ⅱ6，在导线槽5中灌注胶水，将银导线4固定在铝合金基座3内，并要保证银导线4完全陷入导线槽5内，同时银导线4端面要与敏感元件1外表面齐平；
步骤四、在银导线4与导电金膜8之间涂抹导电银胶，用于实现银导线4与导电金膜8之间的电导通；
步骤五、将聚醚醚酮封装套2套装在铝合金基座3上，并保证聚醚醚酮封装套2与铝合金基座3之间为紧密配合，聚醚醚酮封装套2上端面与敏感元1件外表面齐平；聚醚醚酮封装套2用于进一步保护敏感元件1和在原子层热电堆热流传感器使用过程中与试验模型之间电绝缘的目的；至此，原子层热电堆热流传感器封装结构便封装完成。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (8)
1.一种原子层热电堆热流传感器的封装结构，其特征在于，包括：
基座；
封装套，其与所述基座之间为紧密配合；敏感元件，其固定在所述基座上，且其外表面与所述封装套上端面齐平；引线孔Ⅰ，其设置在所述基座中；
所述敏感元件的结构包括：钛酸锶晶片，其上开设有引线孔Ⅱ，所述引线孔Ⅱ与引线孔Ⅰ中心轴线相重合；热电效应薄膜，其沉积在所述钛酸锶晶片上；导电金膜，其沉积在所述钛酸锶晶片上，并覆盖在所述引线孔Ⅱ周边的钛酸锶晶片表面，且位于热电效应薄膜两端；
导线槽，其开设在所述基座中，且所述引线孔Ⅰ位于敏感元件与导线槽之间；银导线，其固定在所述导线槽中，且银导线穿过所述引线孔Ⅰ和引线孔Ⅱ，并与导电金膜实现电导通。
2.如权利要求1所述的原子层热电堆热流传感器的封装结构，其特征在于，所述封装套为聚醚醚酮封装套、氮化铝陶瓷封装套、氮化硅陶瓷封装套、氧化铝陶瓷封装套等绝缘封装套中的一种；所述基座为表面阳极化处理的铝合金基座。
3.如权利要求1所述的原子层热电堆热流传感器的封装结构，其特征在于，所述热电效应薄膜为钇钡铜氧化物薄膜、镧锰铜氧化物薄膜等具有横向塞贝克效应薄膜中的一种。
4.如权利要求1所述的原子层热电堆热流传感器的封装结构，其特征在于，所述导线槽和银导线分别设置为两个，且导线槽中灌注有胶水，银导线通过胶水固定在基座中。
5.如权利要求1所述的原子层热电堆热流传感器的封装结构，其特征在于，所述银导线与导电金膜之间涂抹有导电胶，用于实现银导线与导电金膜之间的电导通。
6.如权利要求1所述的原子层热电堆热流传感器的封装结构，其特征在于，所述银导线端面与敏感元件外表面齐平。
7.如权利要求1所述的原子层热电堆热流传感器的封装结构，其特征在于，所述钛酸锶晶片直径小于等于6mm、厚度小于等于0.5mm；所述引线孔Ⅰ和引线孔Ⅱ的直径为0.2mm。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的原子层热电堆热流传感器的封装结构，其封装工艺包括以下步骤：
步骤一、对铝合金基座进行阳极表面化处理；利用机械加工或者飞秒激光加工手段对钛酸锶晶片进行成型加工及在钛酸锶晶片中心对称指定位置开两个直径为0.2mm的引线孔Ⅱ，利用离子抛光工艺处理钛酸锶晶片表面，将钇钡铜氧化物薄膜和导电金膜通过物理气相沉积的方法沉积在钛酸锶晶片上，以此形成原子层热电堆热流传感器的敏感元件；
步骤二、通过胶水粘接的方式将敏感元件固定在铝合金基座上，并保证引线孔Ⅱ与铝合金基座中的引线孔Ⅰ重合对准；
步骤三、将银导线穿过引线孔Ⅰ和引线孔Ⅱ，在导线槽中灌注胶水，并将银导线固定在铝合金基座内，要保证银导线完全陷入导线槽内，同时银导线端面要与敏感元件外表面齐平；
步骤四、在银导线与导电金膜之间涂抹导电银胶，用于实现银导线与导电金膜之间的电导通；
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| PB01 | Publication | ||
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