一种微型原子层热电堆热流传感器及其封装方法

本发明涉及热流传感器，尤其涉及一种微型原子层热电堆热流传感器及其封装方法。

背景技术：

1、原子层热电堆(altp)热流传感器是一种基于横向热电效应的传感器技术，主要用于热流监测。相较于传统的热流传感器，altp热流传感器具有更快的响应速度和更广的测量范围。这种传感器可以广泛应用于空气动力学解耦、超音速飞行器及航空发动机试验、风洞试验、激光束斑能量探测、化爆或核爆冲击波等研究中。当altp热流传感器原位测试时，由于传感器安装位置具有局限性以及需尽量减小对被测流场干扰，因此对传感器尺寸有较为苛刻的要求。

2、当前，altp热流传感器的市场前景较广，但国内能提供相应成熟产品的不多，德国进口altp热流传感器价格较高且尺寸较大，且国内外现有altp热流传感器多采用敏感芯片打孔方式，敏感芯片容易损坏。无论从技术发展趋势还是市场需求，微型altp热流传感器的研制迫在眉睫。而其研制难点在于保证传感器感应面平整前提下，如何合理设计电极和引线等结构、简化封装工艺、降低器件成本，进而提供一种微型altp热流传感器。

技术实现思路

1、基于以上问题，本发明的目的在于提供一种基于横向热电效应制备的微型altp热流传感器及封装工艺，避免传统微型器件大深径比微细引线盲孔难以加工的难题，降低微小器件工艺复杂度，解决同类型传感器成本较高，结构复杂，尺寸较大，难以广泛应用的问题。

2、本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种微型原子层热电堆热流传感器，包括altp热流敏感芯片、导电膜、封装外壳、导电胶、导通引线、绝缘胶、灌封绝缘胶，其中：

3、altp热流敏感芯片的结构为：倾斜单晶衬底上表面外延生长有双轴织构altp热流敏感薄膜；

4、所述altp热流敏感芯片上表面两端、两侧及下表面两端沉积有连续导电膜；

5、所述封装外壳顶端中部设置有第一通槽，两侧分别设有相同尺寸的第二通槽，封装外壳采用绝缘材料制成；

6、所述altp热流敏感芯片下表面导电膜之间的部分通过绝缘胶紧密贴合粘接固定在所述第一通槽内且上表面与所述封装外壳顶端表面齐平；

7、两根导通引线分别安装在两个第二通槽内，其上端分别通过导电胶与所述altp热流敏感芯片下表面两端的导电膜粘接固定并导通，其下端位于封装外壳外部；

8、所述第二通槽内填充固化有灌封绝缘胶，用以保护导通引线、导电胶和altp热流敏感芯片。

9、优选地，所述封装外壳的材料为氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、聚四氟乙烯、对位聚苯、尼龙中的一种。

10、优选地，所述倾斜单晶衬底的材料为铝酸镧、钛酸锶中的一种。

11、优选地，所述altp热流敏感薄膜为具有横向热电效应的薄膜。

12、作为进一步的优选方案，所述具有横向热电效应的薄膜为钇钡铜氧薄膜、镧钙锰氧薄膜中的一种。

13、优选地，所述导电膜的材料为银、铂、金中的一种。

14、优选地，所述导通引线的材料为铜、铝、钢、铂中的一种。

15、优选地，所述导通引线的外形为圆柱、立方体、板状中的一种。

16、优选地，所述灌封绝缘胶的材料为环氧树脂、酚醛树脂、丁腈胶、氯丁橡胶中的一种。

17、本发明还提供了一种微型原子层热电堆热流传感器的封装方法，包括下述步骤：

18、s1、通过机械加工、或激光加工、或一体成型、或3d打印方式对封装外壳进行成型加工，封装外壳顶端中部开设第一通槽，两侧分别开设相同尺寸的第二通槽；

19、s2、通过磁控溅射沉积、或化学气相沉积、或脉冲激光沉积方法在倾斜单晶衬底上沉积altp热流敏感薄膜，再通过机械加工将晶片划切成所需尺寸的altp热流敏感芯片；

20、s3、通过磁控溅射沉积、或化学气相沉积、或脉冲激光沉积、或电阻蒸发真空镀膜方法在所述altp热流敏感芯片上表面两端、两侧及下表面两端沉积连续导电膜；

21、s4、将altp热流敏感芯片下表面导电膜之间的部分通过绝缘胶粘接固定于所述第一通槽中，并保证altp热流敏感芯片上表面与封装外壳顶端表面齐平；

22、s5、将两根导通引线分别安装在两个第二通槽内，在所述第二通槽中灌注导电胶以固化粘接方式固定导通引线上端和altp热流敏感芯片下表面两端的导电膜，并通过导电胶和导电膜共同形成所述altp热流敏感芯片和导通引线之间电导通；

23、s6、将灌封绝缘胶填满所述第二通槽，通过在第二通槽内固化保护导通引线、导电胶和altp热流敏感芯片。

24、本发明的有益效果为：

25、本发明基于横向热电效应制备的微型altp热流传感器采用无打孔方式，避免了传统微型器件大深径比微细引线盲孔难以加工的难题，减小对敏感芯片的损坏，降低微小器件工艺复杂度，去除结构冗余，大大降低热流监测成本；各个部件有效固定，实现电绝缘和信号输出目的；微型altp热流传感器直径≤2mm，可作为微型阵列传感器、集成化微电子机械系统(mems)等重要功能组件；其还可延申作为探针式高频响、快响应热流传感器进行监测。

技术特征：

1.一种微型原子层热电堆热流传感器，其特征在于，包括altp热流敏感芯片、导电膜(3)、封装外壳(4)、导电胶(5)、导通引线(6)、绝缘胶(7)、灌封绝缘胶(8)，其中：

2.根据权利要求1所述的一种微型原子层热电堆热流传感器，其特征在于：所述封装外壳(4)的材料为氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、聚四氟乙烯、对位聚苯、尼龙中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种微型原子层热电堆热流传感器，其特征在于：所述倾斜单晶衬底(2)的材料为铝酸镧、钛酸锶中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种微型原子层热电堆热流传感器，其特征在于：所述altp热流敏感薄膜(1)为具有横向热电效应的薄膜。

5.根据权利要求4所述的一种微型原子层热电堆热流传感器，其特征在于：所述具有横向热电效应的薄膜为钇钡铜氧薄膜、镧钙锰氧薄膜中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种微型原子层热电堆热流传感器，其特征在于：所述导电膜(3)的材料为银、铂、金中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种微型原子层热电堆热流传感器，其特征在于：所述导通引线(6)的材料为铜、铝、钢、铂中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种微型原子层热电堆热流传感器，其特征在于：所述导通引线(6)的外形为圆柱、立方体、板状中的一种。

9.根据权利要求1所述的一种微型原子层热电堆热流传感器，其特征在于：所述灌封绝缘胶(8)的材料为环氧树脂、酚醛树脂、丁腈胶、氯丁橡胶中的一种。

10.一种微型原子层热电堆热流传感器的封装方法，其特征在于，包括下述步骤：

技术总结本发明提供一种微型原子层热电堆热流传感器，涉及热流传感器技术领域，其主要结构为：封装外壳顶端中部设置有第一通槽，两侧分别设有第二通槽，ALTP热流敏感芯片粘接固定在第一通槽内,其结构为倾斜单晶衬底上表面外延生长有ALTP热流敏感薄膜,ALTP热流敏感芯片上表面两端、两侧及下表面两端沉积有导电膜,两根导通引线分别安装在第二通槽内，其上端分别通过导电胶与ALTP热流敏感芯片下表面两端的导电膜粘接固定,第二通槽内填充固化有灌封绝缘胶。本发明还提供了一种微型原子层热电堆热流传感器的封装方法。本发明采用无打孔方式，能避免传统微型器件大深径比微细引线盲孔难以加工的难题，降低微小器件工艺复杂度。技术研发人员：陶伯万,赵明原,赵睿鹏,陈曦,谢天,李禛哲受保护的技术使用者：电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15