СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЕСКОНТАКТНОГО ДАТЧИКА Российский патент 1994 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к технологии изготовления бесконтактных датчиков влажности и может найти применение в электронной промышленности.

Известен способ изготовления бесконтактного датчика для измерения электрических параметров жидкостей, включающий изготовление основания датчика из материала с большой химической стойкостью и малой диэлектрической проницаемостью (фторопласт) и монтирование на основании электродов, защищенных со стороны исследуемой среды пластинками из диэлектрика с большой диэлектрической проницаемостью, например, BaTiO₃[1] .

Недостатком такого способа изготовления является неполная защита электродов от анализируемой среды из-за негерметичности, что вызывает разрушение электродов, и низкая чувствительность датчика к малым приращениям влажности среды вследствие отсутствия на поверхности изолирующих пластинок активного слоя, сорбирующего из окружающей среды определенный процент влаги.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу, выбранным за прототип, является способ изготовления датчика [2] , заключающийся в формировании на диэлектрической подложке электродов, изолировании их от окружающей среды диэлектрической пленкой, в качестве которой используется пленка фтористого магния, наносимая вакуумным напылением.

Недостатками этого способа являются:
а) низкая стабильность параметров, вызванная наличием неэкранированных диэлектриком при напылении торцов электродов, из которых происходит контакт с окружающей средой и деградация электродов;
б) низкая чувствительность и точность измерений, обусловленная большой толщиной напыляемого разделительного диэлектрического слоя;
в) высокая трудоемкость изготовления, обусловленная проведением операции напыления.

Целью изобретения является повышение чувствительности, стабильности измерений и снижения трудоемкости.

Цель достигается в известном способе, включающем формирование на диэлектрической подложке электродов и изолирование их от окружающей среды диэлектрической пленкой, тем, что, согласно изобретению изолирование электродов осуществляют путем нанесения пленки раствора со следующим соотношением компонентов, г/л: Хромовый ангидрид 1,0-30 Смачиватель типа ОП-7-0,5-10 Вода Остальное,
с последующей температурной обработкой при 90-180^оС.

В предлагаемом способе формирование разделительной пленки осуществляется путем выдерживания подложки с электродами в водном составе, в котором вследствие наличия поверхностно-активных веществ происходит вытеснение адсорбированных поверхностью электродов загрязнений и образование адсорбционного слоя из химически активных компонентов, которые при температурной обработке образуют химически стойкую защитную пленку. Причем вследствие изотропного характера взаимодействия раствора с поверхностью электродов образование адсорбционной, затем и защитной пленки происходит по всей поверхности электродов, в том числе на торцах и других неровностях электродов. Измерения химической стойкости, проводимые в электрохимической ячейке по подсчету количества мест, выделяющих водород, который образуется в местах проколов защитной пленки, показали существенную разницу предлагаемого способа защиты от прототипа, использующего MgF₂.

Существенно увеличилась и долговременная стабильность параметров датчика влажности. Через два месяца хранения датчиков их электрическая емкость практически остается постоянной, в то время как у преобразователей, изготовленных по прототипу, емкость возрастала в 1,3 и более раз.

Толщина образуемой по предлагаемому способу защитной пленки составила 200-400 , что на порядок меньше используемых в прототипе. Очевидно, что это обстоятельство позволило существенно в 50 и более раз повысить чувствительность датчика. Чувствительность определялась как отношение емкости датчика к изменению относительной влажности. Увеличение этого параметра позволило расширить диапазон работы датчика влажности на малые концентрации.

Одновременно с улучшением электрических параметров снижается и трудоемкость изготовления, что показывает следующий расчет: Т_прот. = время откачки + +время напыления + время выгрузки = 120 мин + 30 мин + 30 мин = 180 мин.

Т_{предлаг.способ.} = нанесение адсорбц. слоя + время сушки = 2 мин + 5 мин = = 7 мин.

Учитывая групповой характер операций сушки и напыления с расчетом на партию из 24 шт. пластин, время изготовления одной пластины по прототипу составляет ≈7 мин, а по предлагаемому способу ≈2 мин (другие операции изготовления датчика не учитываются, так как они одинаковы для обоих способов).

П р и м е р 1. На поликоровую пластину напылялся слой никеля толщиной 2000 на установке вакуумного осаждения УРМ. 3.279.060. Методом фотолитографии формировались электроды датчика в виде встречно-штыревой структуры. Затем заготовка окуналась в водный раствор, содержащий хромовый ангидрид и смачиватель с концентрациями, указанными в таблице, излишки которого удалялись центрифугированием. После этого заготовку помещали в сушильный шкаф с температурой Т^оС на 5-10 мин. Электроды датчика подсоединялись пайкой к измерительному прибору.

П р и м е р 2. Изготовление датчика проводилось как в примере 1, только для увеличения чувствительности после сушки на поверхность электродов наносился слой адсорбента, после чего производились измерения влажности как в примере 1.

Использование предлагаемого способа изготовления датчика влажности по сравнению с существующими обеспечивает следующие преимущества:
а) снижение себестоимости изготовляемых датчиков;
б) увеличение чувствительности датчика;
в) увеличение стабильности электрических параметров. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 160355, кл. G 01 N 27/22, 1962.

2. Авторское свидетельство СССР N 549908, кл. G 01 W 1/11, 1975.

Использование: изобретение относится к технологии изготовления бесконтактных датчиков влажности и может найти применение в электронной промышленности. Сущность изобретения: на диэлектрической подложке формируют электроды, затем заготовку погружают в водный раствор хромового ангидрида, содержащий очиститель типа ОП-7, со следующим соотношением компонентов, г/л: хромовый ангидрид 1 - 30; очиститель типа ОП-7 0,5 - 10; вода остальное: удаляют излишки раствора и термостатируют в течение 5 - 10 мин при 90 - 180С.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЕСКОНТАКТНОГО ДАТЧИКА, включающий формирование на диэлектрической подложке электродов и изолирование их от окружающей среды диэлектрической пленкой, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, стабильности измерений и снижения трудоемкости, изолирование электродов осуществляют путем нанесения пленки раствора со следующим соотношением компонентов, г/л:
Хромовый ангидрид 1 - 30
Смачиватель типа ОП-7 0,5 - 10,0
Вода Остальное
с последующей термической обработкой при 90 - 180^oС.