Защитный датчик температуры

датчик температуры

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в приборостроении в технологии изготовления термопреобразователей сопротивления. Датчик температуры содержит тонкопленочный медный терморезистор с защитными слоями из тугоплавкого металла и неорганического покрытия, изолирующую подложку с адгезионным слоем. Контакты терморезистора выполнены в виде многослойных металлических пленочных площадок. Терморезистор защищен от окружающей среды органическим компаундом. Датчик обеспечивает повышение стабильности в диапазоне температур от -200 до +200°С. 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2158419

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в приборостроении в технологии изготовления термопреобразователей сопротивления.

Известен датчик температуры, содержащий тонкопленочный медный терморезистор с защитным слоем, снабженный контактами из меди в виде пленочных площадок и расположенный на поверхности изолирующей подложки [1].

Недостатком известного датчика является изменение параметров терморезистора при длительной эксплуатации.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является датчик температуры, содержащий тонкопленочный медный терморезистор с защитным слоем из тугоплавкого металла, сформированный на поверхности изолирующей подложки. Медные контакты терморезистора в виде пленочных площадок расположены на адгезионном слое из хрома, нанесенном на подложку, и защитный слой. Протяженность областей перекрытия контактных площадок и терморезистора составляет 0,1-0,3 мм, а толщина защитного слоя 0,03-0,05 мкм [2].

Недостатком известного датчика является отсутствие адгезионного слоя между подложкой и меандром термочувствительного слоя, а также отсутствие области перекрытия меандра по периметру защитным слоем, что снижает эксплуатационные свойства датчика: диапазон рабочих температур, механические свойства и надежность.

Технический результат, создаваемый изобретением, состоит в повышении стабильности параметров датчика на основе медного терморезистора в диапазоне температур от -200 до +200 o C.

Указанный результат достигается тем, что в датчике температуры, содержащем тонкопленочный медный терморезистор с защитным слоем, снабженный контактами из меди в виде площадок и расположенный на поверхности изолирующей подложки, терморезистор и контактные площадки расположены на адгезионном слое из тугоплавкого металла, защита терморезистора и контактных площадок выполнена из тугоплавкого металла толщиной 0,09-0,1 мкм о областью перекрытия 2-6 мкм по периметру элементов и из слоя неорганического диэлектрика, в котором в области контактных площадок сформированы "окна" для контактных узлов, куда нанесен токопроводящий одой, причем зона перекрытия контактного узла о терморезистором составляет 0,1-0,5 мм, а по остальному периметру контактной площадки - 15-20 мкм.

Для обеспечения надежного электрического контакта с терморезистором контактные площадки сформированы с перекрытием относительно терморезистора.

Изобретение поясняется фиг.1,2, на которых показан датчик температуры, вид опереди и сверху соответственно.

Датчик температуры представляет собой подложку 1 из изоляционного материала (ситалла, сапфира, поликора), на которой расположены термочувствительный медный резистор 2 в форме меандра, снабженный подстроечными шунтирующими перемычками 3, и контактные площадки 4. Сверху терморезистор покрыт защитным слоем 5 хрома толщиной 0,09 - 0,1 мм с областью перекрытия 2-6 мкм по периметру элементов и слоем неорганического диэлектрика диоксида кремния 6, в котором вскрыты "окна" 7, куда нанесен проводящий слой никеля (золота) 8 для контактного узла, причем зона перекрытия контактной площадки с терморезистором по диоксиду кремния составляет 0,1-0,5 мм, а по остальному периметру контактной площадки 15-20 мкм, что обеспечивает механическую прочность контактного узла и терморезистора.

В процессе изготовления на подложку 1 методом магнетронного распыления в вакууме наносят подслой хрома и резистивный медный слой 2, толщину которого с целью обеспечения высокого и воспроизводимого уровня ТКС выбирают не менее 1,5 мкм. Методом контактной фотолитографии формируют терморезистор и контактные площадки, проводят стабилизирующий отжиг. Затем с помощью магнетронного распыления наносят защитный слой хрома толщиной 0,09 мкм и методом фотолитографии формируют меандр и контактные площадки с перекрытием 2-6 мкм по периметру элементов. После этого вакуумным напылением наносят слой неорганического диэлектрика и методом фотолитографии формируют "окна" в области контактных площадок с перекрытием со стороны терморезистора на 0,4 мм, по остальному периметру контактной площадки на 20 мкм. Ионно-плазменным напылением наносят проводящий слой никеля, методом фотолитографии формируют контактный узел и обслуживают. Следующий этап включает подгонку в номинал терморезистора с помощью лазера, разделение подложки на модули (кристаллы) путем механического скрайбирования и пайку токовыводов из проводов МС16 или МГТФ припоями ПСр или ПОС. После монтажа и подгонки на датчик температуры наносится слой органического покрытия для защиты его от воздействия окружающей среды.

Изготовление разработанных датчиков температуры может осуществляться серийно по групповой технологии при минимальных затратах ручного труда.

Проведенные исследования и испытания датчиков температуры на основе вакуумноосажденных пленок меди показали, что разработанная технология их изготовления позволяет получать хорошо воспроизводимые и стабильные значения ТКС медных пленок с величиной (4,05 0,05) 10 -3 1/град и Ro, соответствующим значениям, указанным в ГОСТе. Термоциклические и механические воздействия на датчик не приводят к изменениям значений Ro и ТКС. Гарантийная наработка датчика 100 000 ч.

Датчики температуры могут быть использованы для измерения и регулирования температуры поверхности элементов конструкций, спокойных газов и потока жидкости в трубопроводах малого диаметра в диапазоне температур от -200 до +200 o C.

Источники информации:

1. Патент США N 51199791, кл. G 01 К 7/18, 1993 г.

2. Патент РФ N 2065143, кл. G 01 К 7/18, 1993 г.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Датчик температуры, содержащий тонкопленочный медный терморезистор с защитным слоем, снабженный контактами из меди в виде площадок и расположенный на поверхности изолирующей подложки, отличающийся тем, что терморезистор и контактные площадки расположены на адгезионном слое из тугоплавкого металла, защита терморезистора и контактных площадок выполнена из тугоплавкого металла толщиной 0,09 - 0,1 мкм с областью перекрытия 2 - 6 мкм по периметру элементов и из слоя неорганического диэлектрика, в котором в области контактных площадок сформированы "окна" для контактных узлов, куда нанесен токопроводящий слой, причем зона перекрытия токопроводящего узла с терморезистором составляет 0,1 - 0,5 мм, а по остальному периметру контактной площадки - 15 - 20 мкм.