[发明专利]氮化铝基集成阵列结构的二维风速风向传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量风速风向传感器及其制造方法

背景技术

目前，现有的集成热温差原理的风速风向传感器均采用硅基作为衬底，工艺成熟，但工艺程序复杂，设备成本昂贵，传感器响应速率慢，机械性能较差。

发明内容

本发明为了解决集成热温差原理的风速传感器采用硅基衬底工艺复杂、开发成本较高、传感器响应速率慢、机械性能差等缺点，提出了氮化铝基集成阵列结构的二维风速风向传感器及其制造方法。

本发明所述的氮化铝基集成阵列结构二维风速风向传感器由八边形氮化铝陶瓷基片、四个温度探测器，四个矩形热隔离槽，四对等腰直角三角形热隔离通孔，两个温度传感器、四个矩形热隔离通孔和一个中间蛇盘形加热器组成，所述八边形氮化铝陶瓷基片为由四条长边和四条短边相间连接组成的不等边的八边形，所述四条长边相等，四条短边相等；所述中间蛇盘形加热器位于八边形氮化铝陶瓷基片的中心，该中间蛇盘形加热器的中间是由铂膜按矩形同心盘绕获得的矩形加热器和两个引出电极组成，所述铂膜按矩形同心盘绕获得的矩形加热器的四条边分别与八边形氮化铝陶瓷基片的四条短边平行，所述两个电极分别从矩形加热器对角线的两端引出且位于同一直线上，四个温度探测器分别位于中间蛇盘形加热器与八边形氮化铝陶瓷基片的四条短边之间，每个温度探测器与中间蛇盘形加热器之间均刻蚀有矩形热隔离槽，每个温度探测器均由探测头和两根引出电极组成，所述探测头临近四个矩形热隔离槽，两根引出电极相互平行且垂直于与该温度探测器对应的八边形氮化铝陶瓷基片的短边，所述两根引出电极之间设置有一个矩形热隔离通孔；每个温度探测器电极的两侧对称设置有一对等腰直角三角形热隔离通孔，且温度探测器电极与等腰直角三角形的斜边相临；两个温度传感器临近八边形氮化铝陶瓷基片的相对的两条长边设置，且两个温度传感器之间为中间蛇盘形加热器的引出电极。

获得上述氮化铝基集成阵列结构的二维风速风向传感器的造方法的具体步骤为：

步骤一、用氮化铝陶瓷基片为衬底，将氮化铝陶瓷基片浸入在丙酮溶液中，并采用在50kHz频率的超声波对其进行清洗10～20min后，取出氮化铝陶瓷基片再浸入酒精溶液中在30kHz频率下进行超声波清洗10～15min，取出氮化铝陶瓷基片在120℃温度下进行烘干，获得烘干后的氮化铝陶瓷基片；

步骤二、在步骤一获得烘干后的氮化铝陶瓷基片的表面以传感器图形掩模版为制版进行光刻，获得光刻后的氮化铝陶瓷基片；所述传感器图形掩模版上设置有四个温度探测器一个中间蛇盘形加热器和两个温度传感器的图形；

步骤三、使用真空多靶溅射镀膜机对步骤二获得的光刻后的氮化铝陶瓷基片进行溅射镀膜，获得镀有铂膜的氮化铝陶瓷基片；

步骤四、将镀有铂膜的氮化铝陶瓷基片放入丙酮溶液中浸泡，溶解光刻胶，同时对氮化铝陶瓷基片进行微超声清洗，直至金属图案形成清晰的铂膜电极为止，获得镀有铂膜电极的氮化铝陶瓷基片；

步骤五、采用激光划片机对镀有铂膜电极的氮化铝陶瓷基片进行激光刻蚀，在每个温度探测器两侧刻蚀出一对三角隔离通孔，在每个温度探测的两条引线中间刻蚀一个矩形热隔离通孔，最后在每个温度探测器与中间蛇盘形加热器之间刻蚀矩形热隔离槽，获得刻蚀完的氮化铝陶瓷基片；

步骤六、将刻蚀完的氮化铝陶瓷基片放入稀盐酸溶液中清洗，溶掉激光刻蚀过程中产生的金属铝；

步骤七、退火处理，将稀盐酸清洗后的氮化铝陶瓷基片在800℃环境中退火2h，获得氮化铝基集成阵列结构二维风速风向传感器。

本发明所述氮化铝陶瓷是一种良好的绝缘陶瓷体，其被大量应用于微电子器件领域。氮化铝陶瓷材料具有：1、氮化铝热导率约170W/m·K是Al2O3约31.4W/m·K的5倍以上；2、氮化铝热膨胀系数为4.5×10^-6℃，Al2O3热膨胀系数为8.2×10^-6℃均与Pt为8.9×10^-6℃相当；3、各种电性能介电常数、介质损耗、体电阻率、介电强度优良；4、机械性能好，抗折和抗压强度高；5、纯度高；6、无毒；7、易金属化成膜等优点。