[發(fā)明專利]氮化鋁基集成陣列結(jié)構(gòu)的二維風(fēng)速風(fēng)向傳感器及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210593373.5
• 申請(qǐng)日: 2012-12-31
• 公開（公告）號(hào): CN102998479A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙文杰;施云波;周真;羅毅;孫奇;南慧杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01P5/10
• 分類號(hào): G01P5/10;G01P13/02;B81C1/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 胡樹發(fā)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種測(cè)量風(fēng)速風(fēng)向傳感器及其制造方法

背景技術(shù)

目前，現(xiàn)有的集成熱溫差原理的風(fēng)速風(fēng)向傳感器均采用硅基作為襯底，工藝成熟，但工藝程序復(fù)雜，設(shè)備成本昂貴，傳感器響應(yīng)速率慢，機(jī)械性能較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決集成熱溫差原理的風(fēng)速傳感器采用硅基襯底工藝復(fù)雜、開發(fā)成本較高、傳感器響應(yīng)速率慢、機(jī)械性能差等缺點(diǎn)，提出了氮化鋁基集成陣列結(jié)構(gòu)的二維風(fēng)速風(fēng)向傳感器及其制造方法。

本發(fā)明所述的氮化鋁基集成陣列結(jié)構(gòu)二維風(fēng)速風(fēng)向傳感器由八邊形氮化鋁陶瓷基片、四個(gè)溫度探測(cè)器，四個(gè)矩形熱隔離槽，四對(duì)等腰直角三角形熱隔離通孔，兩個(gè)溫度傳感器、四個(gè)矩形熱隔離通孔和一個(gè)中間蛇盤形加熱器組成，所述八邊形氮化鋁陶瓷基片為由四條長(zhǎng)邊和四條短邊相間連接組成的不等邊的八邊形，所述四條長(zhǎng)邊相等，四條短邊相等；所述中間蛇盤形加熱器位于八邊形氮化鋁陶瓷基片的中心，該中間蛇盤形加熱器的中間是由鉑膜按矩形同心盤繞獲得的矩形加熱器和兩個(gè)引出電極組成，所述鉑膜按矩形同心盤繞獲得的矩形加熱器的四條邊分別與八邊形氮化鋁陶瓷基片的四條短邊平行，所述兩個(gè)電極分別從矩形加熱器對(duì)角線的兩端引出且位于同一直線上，四個(gè)溫度探測(cè)器分別位于中間蛇盤形加熱器與八邊形氮化鋁陶瓷基片的四條短邊之間，每個(gè)溫度探測(cè)器與中間蛇盤形加熱器之間均刻蝕有矩形熱隔離槽，每個(gè)溫度探測(cè)器均由探測(cè)頭和兩根引出電極組成，所述探測(cè)頭臨近四個(gè)矩形熱隔離槽，兩根引出電極相互平行且垂直于與該溫度探測(cè)器對(duì)應(yīng)的八邊形氮化鋁陶瓷基片的短邊，所述兩根引出電極之間設(shè)置有一個(gè)矩形熱隔離通孔；每個(gè)溫度探測(cè)器電極的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有一對(duì)等腰直角三角形熱隔離通孔，且溫度探測(cè)器電極與等腰直角三角形的斜邊相臨；兩個(gè)溫度傳感器臨近八邊形氮化鋁陶瓷基片的相對(duì)的兩條長(zhǎng)邊設(shè)置，且兩個(gè)溫度傳感器之間為中間蛇盤形加熱器的引出電極。

獲得上述氮化鋁基集成陣列結(jié)構(gòu)的二維風(fēng)速風(fēng)向傳感器的造方法的具體步驟為：

步驟一、用氮化鋁陶瓷基片為襯底，將氮化鋁陶瓷基片浸入在丙酮溶液中，并采用在50kHz頻率的超聲波對(duì)其進(jìn)行清洗10～20min后，取出氮化鋁陶瓷基片再浸入酒精溶液中在30kHz頻率下進(jìn)行超聲波清洗10～15min，取出氮化鋁陶瓷基片在120℃溫度下進(jìn)行烘干，獲得烘干后的氮化鋁陶瓷基片；

步驟二、在步驟一獲得烘干后的氮化鋁陶瓷基片的表面以傳感器圖形掩模版為制版進(jìn)行光刻，獲得光刻后的氮化鋁陶瓷基片；所述傳感器圖形掩模版上設(shè)置有四個(gè)溫度探測(cè)器一個(gè)中間蛇盤形加熱器和兩個(gè)溫度傳感器的圖形；

步驟三、使用真空多靶濺射鍍膜機(jī)對(duì)步驟二獲得的光刻后的氮化鋁陶瓷基片進(jìn)行濺射鍍膜，獲得鍍有鉑膜的氮化鋁陶瓷基片；

步驟四、將鍍有鉑膜的氮化鋁陶瓷基片放入丙酮溶液中浸泡，溶解光刻膠，同時(shí)對(duì)氮化鋁陶瓷基片進(jìn)行微超聲清洗，直至金屬圖案形成清晰的鉑膜電極為止，獲得鍍有鉑膜電極的氮化鋁陶瓷基片；

步驟五、采用激光劃片機(jī)對(duì)鍍有鉑膜電極的氮化鋁陶瓷基片進(jìn)行激光刻蝕，在每個(gè)溫度探測(cè)器兩側(cè)刻蝕出一對(duì)三角隔離通孔，在每個(gè)溫度探測(cè)的兩條引線中間刻蝕一個(gè)矩形熱隔離通孔，最后在每個(gè)溫度探測(cè)器與中間蛇盤形加熱器之間刻蝕矩形熱隔離槽，獲得刻蝕完的氮化鋁陶瓷基片；

步驟六、將刻蝕完的氮化鋁陶瓷基片放入稀鹽酸溶液中清洗，溶掉激光刻蝕過(guò)程中產(chǎn)生的金屬鋁；

步驟七、退火處理，將稀鹽酸清洗后的氮化鋁陶瓷基片在800℃環(huán)境中退火2h，獲得氮化鋁基集成陣列結(jié)構(gòu)二維風(fēng)速風(fēng)向傳感器。

本發(fā)明所述氮化鋁陶瓷是一種良好的絕緣陶瓷體，其被大量應(yīng)用于微電子器件領(lǐng)域。氮化鋁陶瓷材料具有：1、氮化鋁熱導(dǎo)率約170W/m·K是Al2O3約31.4W/m·K的5倍以上；2、氮化鋁熱膨脹系數(shù)為4.5×10^-6℃，Al2O3熱膨脹系數(shù)為8.2×10^-6℃均與Pt為8.9×10^-6℃相當(dāng)；3、各種電性能介電常數(shù)、介質(zhì)損耗、體電阻率、介電強(qiáng)度優(yōu)良；4、機(jī)械性能好，抗折和抗壓強(qiáng)度高；5、純度高；6、無(wú)毒；7、易金屬化成膜等優(yōu)點(diǎn)。