[发明专利]一种铜镍合金薄膜热电偶的加工方法

说明书

本发明提供了一种铜镍合金薄膜热电偶的加工方法。本发明在特殊绝缘基材上进行铜镍合金薄膜化加工，将单个铜镍合金‑铜相连的金属模块测温用热电偶加工成连续化薄膜，并根据实际需求进行多层叠合。在同等温度测量条件下，将测得电势差成倍放大，可以实现精准检测微小温度差的结果。本发明还将修饰薄膜热电偶的绝缘基板多层互联，实现多个热电偶串联，实现微小温差检测，可用于要求更高灵敏度的温差检测。

技术领域

本发明属于半导体器件领域，涉及一种铜镍合金薄膜热电偶的加工方法，以及该薄膜热电偶在精密测温领域中的应用。

背景技术

在工业生产、航空航天、电热仪器等多个领域，对温度的监视、调整与控制都是不可或缺的，其中通常利用热电现象进行温度检测。通常情况下，温度测量可采用与被测物质直接接触方式，在难以获得或不便获得的情况下，可使用非接触方式进行温度测量。热电偶因温度检测范围广、响应速度快、性价比高等优点，是接触式温度测量的主要手段。

使用热电偶测温有如下优点：

(1)测温准确度较高。常用k分度热电偶的I级误差范围在±0.4％t左右，II级误差范围在±0.75％t。

(2)结构相对简单。组成元件包括电极、接线端子、绝缘子、护套等。

(3)动态响应速度快。在测温过程中不易产生过大的热惯性。

(4)信号可远距离传输。广泛与DCS系统配合应用，便于集中检测和自动控制。

(5)可局部测温。适用于精细元件测温。

采用不同金属材料的热电偶的检测特性也不同，考虑到热电偶元件使用的广泛性，需要从成本、性能等多个方面考虑热电偶材料。

铜-铜镍合金热电偶可在低温下应用，温度测量范围为-250～300℃，具有较好的稳定性与灵敏度，且成本低廉，机械强度高，耐压性好，在现有情况下可以被加工成细长状被广泛应用于工业等领域。其主要特性描述可见下表：

在热电偶实际应用中，因为需防止回路有过大电流通过，导致其它热电效应或热电偶元件及其导线IR下降，电压测量元件的输入阻抗要比热电偶元件及其延长线的电阻大。因此金属热电偶元件产生的电压不高，一般为10～80μV/℃，这就要求测量热电偶输出的元件要有足够高的分辨率。

由于热电偶所产生的热电动势只有毫伏级，因此其对应测量元件需能测量小电压并分辨微小电压改变，对于测温系统或相应的温度控制系统来说，如能更精密的分辨微小电压的改变，就能够大幅提升检测结果的精准程度。

对于需要检测微小温差的热电偶应用场景来说，一种可以精准检测细微温差的热电偶元件是必要的。例如航空航天领域中，飞机使用的热电偶测温元件，由温度差异与变化辨别飞机高度与气压数据；如体温检测领域，检测传感器使用的热电偶测温元件，由生物细微体温变化进行病理判断或数据收集；如高导热仪器，需要精确的温度变化数据作为实验数据等。

综上所述，本领域需要一种可以精确检测细微温差且成本低、可量产的热电偶。

发明内容

本发明的目的是提供一种可用于测量微小温差的高灵敏铜镍合金薄膜热电偶。

热电偶测温的基本原理是根据热电效应，把两种不同的金属导体连接形成回路，当两端存在温度梯度时，回路中会产生电动势，进而形成电流，即热电偶测温两端存在电动势——热电动势，也就是贝塞克效应。

将不同材质的A、B两种金属导体首尾相连形成闭合回路，如两个连接点(T₁，T₂)不同，则在回路中产生热电势E(t₁，t₂)，形成热电流。