[发明专利]一种高温电涡流位移传感器的制作方法

说明书

本发明属于传感器技术领域，公开了一种高温电涡流位移传感器的制作方法。本发明采用低温共烧陶瓷作为基体材料，介电损耗和热膨胀系数小，适宜在高温环境中使用。通过在陶瓷基体上打孔、通孔填充银浆和层压实现上下层的连接。采用干法刻蚀和湿法刻蚀技术结合制作Si模具，使用Si模具在陶瓷表面纳米压印得到导体路径的微通道，通过涂银浆、光刻和显影技术得到线圈金属导体。最后通过对齐、等静压、切割和烧结得到最终的感应探头。采用高温氧化铝陶瓷和无机高温胶对探头进行无缝隙封装，实现了探头位置的固定和避免油污等的腐蚀。本发明通过将LTCC技术和MEMS技术有机结合，制作的感应探头灵敏度更高、高温适应性更强以及品质因数更大。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，公开了一种用于恶劣环境的高温电涡流位移传感器的制作方法。

背景技术

涡流检测是一种非接触式测量方式，电涡流传感器具有良好的灵敏度、线性度和动态特性，抗干扰能力强，不受油污等介质影响，因而在电力、冶金、机械等无损探测领域广泛应用。但在一些恶劣环境下，如发电厂空气预热器测量间隙及航空发动机测涡轮转速，温度很高且腐蚀性强，一般传感器满足不了温度要求，且传统电涡流传感器存在线圈尺寸均一性差、高温下铁氧磁体失效、热变形大以及电磁损耗大等问题。因此一般电涡流传感器的使用温度都不超过200℃，且关于此类的研究很少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温电涡流传感器及其制造方法，用于解决现有技术中电涡流传感器线圈尺寸均一性差、高温铁氧磁体失效、热变形大以及电磁损耗大等问题。

本发明的技术方案：

一种陶瓷基高温电涡流传感器，包括探头组件、外壳组件和高温同轴电缆组件。探头组件包括感应线圈3、低温共烧陶瓷基体2，线圈3是通过在陶瓷基体2表面和内部制作金属导体，并将多层陶瓷层压烧结得到的。外壳组件包括上壳体6和下壳体1，两者通过螺栓连接，壳体内部填充高温绝缘胶以形成密闭环境。高温同轴电缆5通过压接的方式与探头组件的表面电极4连接，通过高温胶和上壳体6的通孔固定位置。

一种高温电涡流位移传感器的制作方法，步骤如下：

步骤1：预处理，使用和生瓷片尺寸相同的2～8mm厚的多孔金属极板压在生瓷片表面，在烘干炉中预处理，可以排出生瓷片的有机胶，避免在后面工序中发生较大的变形，从而影响打孔、金属图形化等关键工艺的精度。

步骤2：生瓷片打孔。按照预先设计的图形在生瓷片指定位置上打通孔，孔径大小、位置精度均直接影响布线密度与基板质量，打孔方式可以是紫外激光打孔和CO₂激光打孔。

步骤3：通孔填充。配置一定浓度的金属浆料并在生瓷片背面涂满，通过设置压力、时间等参数，利用真空负压吸附的方法使通孔填满浆料。负压吸附方法可以是微孔注入法和丝网印刷法。

步骤4：金属模具制作。以金属铝(Al)片作为基体材料，根据设计的图形制作掩膜版，利用掩膜版覆盖在基体表面干法刻蚀出垂直的侧壁，然后利用湿法刻蚀的各向同性，刻蚀出上窄下宽，具有1°～5°脱模斜度的型槽。湿法刻蚀方式可以是浸入式和喷洒式。

步骤5：纳米压印，将制成的金属模具在低温共烧陶瓷基片上纳米压印得到微通道，利用去离子水处理后用惰性气体吹干表面。纳米压印技术可以是热压印和微接触印刷。

步骤6：金属图形化，在低温陶瓷表面旋涂5～30μm厚的感光金属浆料，利用掩膜版在表面光刻出线圈图形、经过显影液的显影和漂洗，烘干后冷却，得到线圈金属导体。金属浆料可以是感光银浆或金浆料。

步骤7：叠片和层压。将有金属化图形和形成互联通孔的生瓷片放入叠片机中，按照设计的顺序对齐堆叠在一起，真空封装后送入层压机中进行等静压，使之成为一个紧密粘结的多层基板胚体。