CN116230333A - 一种异形金属基底原位传感器芯片的绝缘层及其制备方法 - Google Patents

一种异形金属基底原位传感器芯片的绝缘层及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116230333A
CN116230333A CN202211703233.9A CN202211703233A CN116230333A CN 116230333 A CN116230333 A CN 116230333A CN 202211703233 A CN202211703233 A CN 202211703233A CN 116230333 A CN116230333 A CN 116230333A
Authority
CN
China
Prior art keywords
shaped metal
special
metal substrate
film layer
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211703233.9A
Other languages
English (en)
Inventor
张梅菊
刘德峰
黄漫国
梁晓波
张丛春
闫博
高云端
吴怀昊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Great Wall Aviation Measurement And Control Technology Research Institute Co ltd
Beijing Ruisai Chang Cheng Aeronautical M & C Technology Co ltd
China Aviation Industry Corp of Beijing Institute of Measurement and Control Technology
Original Assignee
Beijing Great Wall Aviation Measurement And Control Technology Research Institute Co ltd
Beijing Ruisai Chang Cheng Aeronautical M & C Technology Co ltd
China Aviation Industry Corp of Beijing Institute of Measurement and Control Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Great Wall Aviation Measurement And Control Technology Research Institute Co ltd, Beijing Ruisai Chang Cheng Aeronautical M & C Technology Co ltd, China Aviation Industry Corp of Beijing Institute of Measurement and Control Technology filed Critical Beijing Great Wall Aviation Measurement And Control Technology Research Institute Co ltd
Priority to CN202211703233.9A priority Critical patent/CN116230333A/zh
Publication of CN116230333A publication Critical patent/CN116230333A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B17/00—Insulators or insulating bodies characterised by their form
    • H01B17/56—Insulating bodies
    • H01B17/62—Insulating-layers or insulating-films on metal bodies
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B19/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing insulators or insulating bodies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种异形金属基底原位传感器芯片的绝缘层及其制备方法。所述绝缘层是在异形金属基底(1)的需要探测的区域上原位制备的，所述绝缘层包括位于所述异形金属基底(1)上的保形氧化铝薄膜层(2)，和位于保形氧化铝薄膜层(2)上的致密氧化铝薄膜层(3)，其中保形氧化铝薄膜层(2)覆盖的区域大于致密氧化铝薄膜层(3)覆盖的区域。保形氧化铝薄膜层具有保形成膜的效果，可避免由于异形金属基底的表面起伏导致的绝缘层不连续的情况，提供可靠的绝缘性；致密氧化铝薄膜层，能够填充保形氧化铝薄膜层的缺陷，提高传感器芯片检测区域的绝缘可靠性。

Description

一种异形金属基底原位传感器芯片的绝缘层及其制备方法
技术领域
本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种应用于异形金属基底原位传感器芯片的绝缘层及其制备方法。
背景技术
目前，陆海空军事领域飞速发展，对动力装置提出了更高的性能要求，为了配合性能设计优化与安全可靠性验证，对动力装置的实时健康监控成为了关键步骤。传统的传感器芯片是单独制备，再通过粘贴、埋入等方式集成在待测结构部件上。这种方法在目前情况下有很大的局限性：一方面，粘贴的方法需要用到的胶材由国外垄断，且长时间恶劣环境会老化导致测量误差；另一方面，传统传感器芯片宏观的体积较大，对待测结构部件的物理性能具有一定的影响，性能损耗得不偿失。原位传感器技术可以完美克服以上的问题，它直接在待测结构上制备，一体成型，不需要胶材粘贴，同时在厚度上低至微米尺寸，对待测结构部件的力学性能影响几乎可以忽略不计。
然而，通常的结构部件为金属材质，在制备时需要考虑传感器芯片与金属结构部件之间的绝缘性问题，防止短路带来的测量误差。而金属结构部件通常并非平面，具有一定的表面起伏。在如此结构上制备高可靠性的绝缘薄膜具有一定的挑战性。
发明内容
针对现有原位传感芯片技术中的上述挑战，本发明的目的是提供一种应用于异形金属基底原位传感器芯片的绝缘层及其制备方法。
按照本发明的一个方面，提供一种异形金属基底原位传感器芯片的绝缘层，其特征在于所述绝缘层是在异形金属基底的需要探测的区域上原位制备的，所述绝缘层包括位于所述异形金属基底上的保形氧化铝薄膜层，和位于保形氧化铝薄膜层上的致密氧化铝薄膜层，其中保形氧化铝薄膜层覆盖的区域大于致密氧化铝薄膜层覆盖的区域。这样，保形氧化铝薄膜层和致密氧化铝薄膜层共同组成传感器芯片的绝缘层，防止传感器芯片与异形金属基底短路，保证传感器芯片的测量可靠性，另外，致密氧化铝薄膜层可为原位传感器芯片提供致密平滑的表面。
优选地，保形氧化铝薄膜层覆盖异形金属基底表面绝大部分区域，以防止后续引线与异形金属基底之间短路。
进一步地，保形氧化铝薄膜层厚度为1～10μm，可采用溶胶凝胶法结合浸渍提拉法制备，具有保形成膜的效果，能够避免由于异形金属基底的表面起伏导致的绝缘层不连续的情况，提供可靠的绝缘性。
进一步地，致密氧化铝薄膜层厚度为100nm～1μm，可采用原子层沉积、双离子束溅射或磁控溅射等方法制备；此类方法成膜速度较慢，能够填充上一层保形氧化铝薄膜层的缺陷，巩固传感器芯片区域的绝缘可靠性。
按照本发明的另一个方面，提供一种如上所述的异形金属基底原位传感器芯片的绝缘层的制备方法，所述方法包括以下步骤：
S1，使用包括去离子水、无水乙醇在内的溶液对异形金属基底进行超声清洗，之后进行烘干；
S2，将异形金属基底放入配置好的氧化铝溶胶溶液中，静置一段时间(一般为5min以上)后，以10～50cm/min的速度将异形金属基底匀速提拉出溶液，使得在异形金属基底表面均匀覆盖一层凝胶；
S3，将覆盖凝胶的异形金属基底放入真空干燥箱中，干燥2～10h，去除溶剂；
S4，重复步骤S2和S3，增加异形金属基底上凝胶层的厚度，直至异形金属基底表面凝胶层达到预定厚度；
S5，将覆盖凝胶层的异形金属基底放入马弗炉中，在650℃～700℃保温，保温时间优选为1～2h，使凝胶层结晶形成2-10μm的氧化铝薄膜层；
S6，使用包括去离子水、无水乙醇在内的溶液对步骤S5后的异形金属基底进行超声清洗，之后进行烘干；
S7，利用原子层沉积、双离子束溅射或磁控溅射等方法，在异形金属基底上制备致密氧化铝薄膜层。
进一步的，所述氧化铝溶胶溶液的配制包括以下步骤：
S21，以1：50～100：0.2的摩尔比称量异丁醇铝、水和硝酸(体积浓度68％)；
S22，将异丁醇铝与水混合，并在80℃～85℃下进行磁力搅拌；
S23，将硝酸加入混合溶液中，并在80℃～85℃下进行磁力搅拌20min，形成透明的氧化铝溶胶；
S24，将配置好的氧化铝溶胶在真空中放置12～24h，最终形成半凝胶状的氧化铝溶胶溶液，后续用于进行保形氧化铝薄膜层的制备。
保形氧化铝薄膜层具有保形成膜的效果，能够避免由于异形金属基底的表面起伏导致的绝缘层不连续的情况，提供可靠的绝缘性；致密氧化铝薄膜层能够填充保形氧化铝薄膜层的缺陷，提高传感器芯片检测区域的绝缘可靠性。本发明适用于各种异形金属基底原位传感器芯片，包括但不限于原位应变传感器芯片、原位温度传感器芯片、原位热流传感器芯片等。
附图说明
图1是按照本发明的第一实施例的适用于凹形金属基底原位传感芯片的绝缘层结构的示意图；
图2是按照本发明的第二实施例的适用于曲面金属基底原位传感芯片的绝缘层结构的示意图。
图中：1-异形金属基底；2-保形氧化铝层；3-致密氧化铝层。
具体实施方式
为了更清楚地理解本发明的目的、技术方案及优点，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
参照图1，本实施例提供一种适用于异形金属基底原位传感芯片的绝缘层，本实施例中，异形金属基底1是凹形金属基底，所述绝缘层是在异形金属基底1的需要探测的区域上原位制备的，所述绝缘层包括：保形氧化铝薄膜层2，位于异形金属基底1上；以及致密氧化铝薄膜层3，位于保形氧化铝薄膜层2上，其中保形氧化铝薄膜层2覆盖的区域大于致密氧化铝薄膜层3覆盖的区域。这样，致密氧化铝薄膜层3可为原位传感器芯片提供致密平滑的表面，保形氧化铝薄膜层2和致密氧化铝薄膜层3共同组成传感器芯片的绝缘层，防止传感器芯片与异形金属基底1短路，保证传感器芯片的测量可靠性。如图所示，保形氧化铝薄膜层2覆盖异形金属基底1表面绝大部分区域，防止后续引线与异形金属基底1之间短路。另外，在本实施例中，保形氧化铝薄膜层2的厚度为4.5μm，致密氧化铝薄膜层3的厚度为2.3μm。
实施例1的适用于异形金属基底原位传感芯片的绝缘层的制备步骤包括：
S1，使用包括去离子水、无水乙醇在内的溶液对所述异形金属基底1进行超声清洗，之后进行烘干；
S2，将异形金属基底1放入配置好的氧化铝溶胶溶液中，静置5min后，以15cm/min的速度将异形金属基底1匀速提拉出溶液，使得在异形金属基底1表面均匀覆盖一层凝胶；
S3，将上述异形金属基底1放入真空干燥箱中，干燥2h，去除溶剂；
S4，重复S2和S3步骤15次，增加基底上凝胶层的厚度；
S5，将处理后的异形金属基底1放入马弗炉中，在700℃保温2h，使凝胶层结晶形成4.5μm氧化铝薄膜层2。
S6，使用包括去离子水、无水乙醇在内的溶液对步骤S5后的异形金属基底1进行超声清洗，之后进行烘干；
S7，利用双离子束溅射法，在氧化铝薄膜层2上制备致密氧化铝薄膜层3。当然，制备致密氧化铝薄膜层3的方法不限于原子层沉积，也可以采用双离子束溅射或磁控溅射等。
其中，氧化铝溶胶溶液的制备包括以下步骤：
S21，以1：75：0.2的摩尔比称量异丁醇铝、水、硝酸(体积浓度68％)；
S22，将异丁醇铝与水混合，并在85℃下进行磁力搅拌；
S23，将硝酸加入混合溶液中，并在85℃下进行磁力搅拌20min，形成透明的氧化铝溶胶；
S24，将配置好的氧化铝溶胶在真空中放置24h，最终形成半凝胶状的氧化铝溶胶溶液，后续用于进行保形氧化铝薄膜层的制备。
实施例2
参照图2，本实施例提供一种适用于异形金属基底原位传感芯片的绝缘层，本实施例中，以曲面金属结构件作为异形金属基底1，类似地，所述绝缘层是在该异形金属基底1的需要探测的区域上原位制备的，所述绝缘层包括：保形氧化铝薄膜层2，位于异形金属基底1上；以及致密氧化铝薄膜层3，位于保形氧化铝薄膜层2上，其中保形氧化铝薄膜层2覆盖的区域大于致密氧化铝薄膜层3覆盖的区域。另外，在本实施例中，保形氧化铝薄膜层2的厚度为7.8μm，致密氧化铝薄膜层3的厚度为2.2μm。
实施例2的适用于异形金属基底原位传感芯片的绝缘层的制备步骤包括：
S1，使用包括去离子水、无水乙醇在内的溶液对所述异形金属基底1进行超声清洗，之后进行烘干；
S2，将异形金属基底1放入配置好的氧化铝溶胶溶液中，静置5min后，以10cm/min的速度将异形金属基底1匀速提拉出溶液，使得在异形金属基底1表面均匀覆盖一层凝胶层；
S3，将上述异形金属基底1放入真空干燥箱中，干燥2h，去除溶剂；
S4，重复S2和S3步骤20次，增加基底上凝胶层的厚度；
S5，将处理后的异形金属基底1放入马弗炉中，在700℃保温2h，使凝胶层结晶形成7.8um的氧化铝薄膜层2。
S6，使用包括去离子水、无水乙醇在内的溶液对步骤S5后的异形金属基底1进行超声清洗，之后进行烘干；
S7，利用双离子束溅射方法，在氧化铝薄膜层2上制备致密氧化铝薄膜层3。当然，制备致密氧化铝薄膜层3的方法不限于原子层沉积，也可以采用双离子束溅射或磁控溅射等。
其中，氧化铝溶胶溶液的制备包括以下步骤：
S21，以1：100：0.2的摩尔比称量异丁醇铝、水、硝酸(体积浓度68％)；
S22，将异丁醇铝与水混合，并在85℃下进行磁力搅拌；
S23，将硝酸加入混合溶液中，并在85℃下进行磁力搅拌20min，形成透明的氧化铝溶胶；
S24，将配置好的氧化铝溶胶在真空中放置24h，最终形成半凝胶状的氧化铝溶胶溶液，后续用于进行保形氧化铝薄膜层的制备。
本发明采用溶胶凝胶法制备保形氧化铝薄膜层，具有保形成膜的效果，能够避免由于异形金属基底的表面起伏导致的绝缘层不连续的情况，提供可靠的绝缘性；采用原子层沉积、双离子束溅射或磁控溅射等方法制备厚度为100nm～1μm的致密氧化铝薄膜层，此类方法成膜速度较慢，能够填充上一层保形氧化铝薄膜层的缺陷，提高传感器芯片检测区域的绝缘可靠性。本发明适用于各种异形金属基底原位传感器芯片，包括但不限于原位应变传感器芯片、原位温度传感器芯片、原位热流传感器芯片等。

Claims (9)

1.一种异形金属基底原位传感器芯片的绝缘层，其特征在于所述绝缘层是在异形金属基底(1)的需要探测的区域上原位制备的，所述绝缘层包括位于所述异形金属基底(1)上的保形氧化铝薄膜层(2)，和位于保形氧化铝薄膜层(2)上的致密氧化铝薄膜层(3)，其中保形氧化铝薄膜层(2)覆盖的区域大于致密氧化铝薄膜层(3)覆盖的区域。
2.按照权利要求1所述的异形金属基底原位传感器芯片的绝缘层，其中保形氧化铝薄膜层(2)覆盖异形金属基底(1)表面绝大部分区域。
3.按照权利要求1所述的异形金属基底原位传感器芯片的绝缘层，其中保形氧化铝薄膜层(2)厚度为1～10μm，采用溶胶凝胶法结合浸渍提拉法制备。
4.按照权利要求1或3所述的异形金属基底原位传感器芯片的绝缘层，其中致密氧化铝薄膜层(3)厚度为100nm～1μm，采用原子层沉积、双离子束溅射或磁控溅射制备。
5.按照权利要求1所述的异形金属基底原位传感器芯片的绝缘层，其中异形金属基底原位传感器芯片包括原位应变传感器芯片、原位温度传感器芯片或原位热流传感器芯片。
6.一种按照权利要求1所述的异形金属基底原位传感器芯片的绝缘层的制备方法，所述方法包括以下步骤：
S1，对异形金属基底(1)进行超声清洗和烘干；
S2，将异形金属基底(1)放入氧化铝溶胶溶液中，静置后以10～50cm/min的速度将异形金属基底(1)匀速提拉出溶液，使得在异形金属基底(1)表面均匀覆盖一层凝胶层；
S3，对覆盖凝胶的异形金属基底(1)进行真空干燥，去除溶剂；
S4，重复步骤S2和S3，增加异形金属基底(1)上凝胶层的厚度；
S5，将覆盖凝胶层的异形金属基底(1)在650℃～700℃保温1～2h，凝胶层结晶形成2～10μm的氧化铝薄膜层(2)；
S6，对步骤S5后的异形金属基底(1)进行超声清洗和烘干；
S7，利用原子层沉积、双离子束溅射或磁控溅射，在异形金属基底(1)上制备致密氧化铝薄膜层(3)。
7.按照权利要求6所述的方法，其中所述氧化铝溶胶溶液的配制包括以下步骤：
S21，以1：50～100：0.2的摩尔比称量异丁醇铝、水和体积浓度68％的硝酸；
S22，将异丁醇铝与水混合，并在80℃～85℃下进行搅拌；
S23，将硝酸加入混合溶液中，并在80℃～85℃下进行搅拌，形成透明的氧化铝溶胶；
S24，将配置好的氧化铝溶胶在真空中放置，最终形成半凝胶状的氧化铝溶胶溶液，后续用于进行保形氧化铝薄膜层(2)的制备。
8.按照权利要求7所述的方法，其中在步骤S24中，配置好的氧化铝溶胶在真空中的放置时间为12～24小时。
9.按照权利要求6所述的方法，其中步骤S3中的真空干燥时间为2～10小时。
CN202211703233.9A 2022-12-28 2022-12-28 一种异形金属基底原位传感器芯片的绝缘层及其制备方法 Pending CN116230333A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211703233.9A CN116230333A (zh) 2022-12-28 2022-12-28 一种异形金属基底原位传感器芯片的绝缘层及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211703233.9A CN116230333A (zh) 2022-12-28 2022-12-28 一种异形金属基底原位传感器芯片的绝缘层及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116230333A true CN116230333A (zh) 2023-06-06

Family

ID=86568807

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211703233.9A Pending CN116230333A (zh) 2022-12-28 2022-12-28 一种异形金属基底原位传感器芯片的绝缘层及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116230333A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cheacharoen et al. Design and understanding of encapsulated perovskite solar cells to withstand temperature cycling
CN1208843C (zh) 压力传感器和生产压力传感器的方法
CN101639391B (zh) 带温度传感器的多晶硅纳米膜压力传感器及其制作方法
US8586178B2 (en) Ceramic substrate material, method for the production and use thereof, and antenna or antenna array
EP2518483A2 (en) Electronic pH sensor die packaging
US20120220069A1 (en) Method of producing conductive thin film
CN102393249A (zh) 一种热释电红外探测器及其制备方法
CN102496431A (zh) 温度传感器用铂薄膜电阻芯片的制造方法
WO2010062334A1 (en) Method and apparatus for reducing semiconductor package tensile stress
WO2002026660A1 (fr) Procede de raccordement
CN116230333A (zh) 一种异形金属基底原位传感器芯片的绝缘层及其制备方法
JP4144204B2 (ja) 光吸収膜およびその製造方法
CN102842530B (zh) 厚膜材料电子元器件及制备方法
US4675985A (en) Method for manufacturing a semiconductor memory device having a high radiation resistance
CN105675917B (zh) 一种热式风速传感器及其封装方法
CN105932079A (zh) 柔性多结太阳电池及其制作方法
Zhou et al. Anti-corrosion strategy to improve the stability of perovskite solar cells
Iimura et al. A release property of high-permittivity thin film manufactured with nano-transfer method
TWI452635B (zh) 具有線入膜隔離障壁的積體電路封裝系統
US9320155B2 (en) Ceramic substrate composite and method for manufacturing ceramic substrate composite
CN204514848U (zh) Si/SiO2/石墨烯/钯多层结构高性能氢气传感器
CN109459143B (zh) 基于等离激元及压电薄膜温度频率特性的红外传感器
CN105047530A (zh) 一种制备Si基碲镉汞芯片位错观察样品的衬底腐蚀工艺
JPH1090073A (ja) 輻射センサ及びその製造方法
CN108072477B (zh) 一种mems气压传感器以及提高其长期稳定性的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination