CN110186366A - 一种导电膜及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种导电膜及其制作方法，导电膜具有标准开尔芬保护环结构，由绝缘分离的、具有同心的圆形导电膜和环形导电膜组成，制备流程为：(1)以带有两个贯穿孔的绝缘材料为基板，采用灌装工艺向贯穿孔中填充导电材料；(2)对贯穿孔中填充了导电材料的绝缘基板的表面打磨抛光；(3)采用丝网印刷或薄膜沉积工艺，在贯穿孔中填充了导电材料的绝缘基板的打磨抛光的一面上制作标准开尔芬保护环结构的导电膜，圆形导电膜与一个贯穿孔中的导电材料相连，环形导电膜与另一个贯穿孔中的导电材料相连。绝缘基板表面的导电膜与绝缘基板中贯穿孔中导电材料连通，确保圆形导电膜和环形导电膜完整性，提高了电场均匀性，从而改善电容位移传感器的性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种导电膜的制作的技术领域，尤其涉及一种导电膜及其制作方法，其为绝缘基板上绝缘分离的、具有同心的、表面完整的圆形导电膜和表面完整的环形导电膜组成的标准开尔芬保护环结构导电膜的制作方法。
背景技术
电容位移传感器具有动态特性好、分辨力高、结构简单等优点非常适合高精度、非接触动态测量，已被广泛用于位移、压力等领域的高精度测量。在电容位移传感器中，电容(C)与电极之间距离(d)之间的关系可表示为：
C＝εrε0A/d (1)
其中，εr为电极之间介质相对介电常数，ε0为真空介电常数，A为极板间覆盖面积，d为极板间距。极板间距离变化，引起电容传感器电容变化，从而实现位移、压力等测量。上述方程(1)成立的条件是电容位移传感器极板间电场均匀分布。由于边缘电场存在会导致电容位移传感器两极板之间电场分布不均匀，而是随着空间变化，导致电容位移传感器信号扭曲。为了尽量减小电场边缘效应，提高电场分布的均匀度，电容传感器探头中一般采用文献[1]Journal Applied Physics 1975，46，2486-2490[W.C.Heerens,F.C.Vermeulen,Capacitance of kelvin guard-ring capacitors with modified edge geometry,J.Appl.Phys.46(1975)2486-2490]中报道的开尔芬保护环(Kelvin Guard Ring)结构的电极(见图5a)即由工作电极1和保护环组成。图5b中工作电极2一般为被检测对象，其工作面积远大于工作电极1。在运行过程中，工作电极1和保护环电势保持一致，大幅减小电场边缘效应。
另外，电容传感器极板厚度越大，电场边缘效应越大。为了减小电容传感器极板厚度，人们亦以绝缘基板上的开尔芬保护环结构的薄导电膜替代开尔芬环结构的较厚的金属板作为电极，减小电场边缘效应。然而，在采用开尔芬环结构的导电膜时，为了给保护环中间工作电极连接引线，导电膜往往采用文献[3]Nature Nanotechnology 2011,6,496-500所报道非标准的开尔芬保护环结构(见图6)，这会引入额外的电场边缘效应，损害电容位移传感器性能。
因此，寻找一种在绝缘基板上制作具有标准开尔芬保护环结构的导电膜作为电极，是减少电容位移传感器电场边缘效应，提高电场分布均匀性，改善电容传感器性能的关键。
发明内容
本发明的目的是：避免上述电容位移传感器探头以绝缘基板上非标准的开尔芬保护结构的导电膜为电极时，存在较大的电场边缘效应问题，提出了一种在绝缘基板表面具有标准开尔芬保护环结构的导电膜的制作方法，从而减小电容位移传感器以导电膜为电极时的电场边缘效应，提供了电容位移传感器性能。
本发明采用的技术方案是：一种导电膜，导电膜具有标准开尔芬保护环结构，由绝缘分离的、具有同心的、表面完整的圆形导电膜和表面完整的环形导电膜组成；所述标准开尔芬保护环结构的导电膜2由绝缘分离的具有同心的表面完整的圆形导电膜201和表面完整的环形导电膜202组成；所述表面完整的圆形导电膜201与一个填充有导电材料4的贯穿孔301相连；所述表面完整的环形导电膜202与另一个填充有导电材料4的贯穿孔302相连。
一种导电膜的制作方法，在绝缘基板1上具有标准开尔芬保护环结构的导电膜2的制备工艺如下：
步骤(a)以带有两个贯穿孔3的绝缘材料为绝缘基板1，采用灌装工艺向贯穿孔3中填充导电材料4；
步骤(b)对贯穿孔3中填充了导电材料4的绝缘基板的一个表面5进行打磨抛光；
步骤(c)采用丝网印刷或薄膜沉积工艺，在贯穿孔3中填充了导电材料4的绝缘基板的打磨抛光的一表面5上制作标准开尔芬保护环结构的导电膜2。
步骤(a)中所述向绝缘基板1的贯穿孔3中填充导电材料4的灌装工艺步骤如下：
(a1)先将导电浆料401灌入贯穿孔3；
(a2)在温度为50～200℃条件下，将灌入贯穿孔3的导电浆料401的烘干；
(a3)在温度为100～850℃条件下，将烘干之后的导电浆料401进行烧结处理，得到导电材料4；
(a4)反复进行步骤(a1)、(a2)和(a3)，直至绝缘基板1的贯穿孔3中完全被导电材料4填充。
所述绝缘基板1材质为氧化铝、氧化锆、氮化硅或他们复合物种中的任意一种或玻璃或石英或带有氧化硅层的硅。
所述导电浆料401的导电组分为金、银、铂、钯、钨、铜、镍或碳粉及他们复合物种中的任意一种。
步骤(c)中所述丝网印刷工艺具体如下：
(c1)以具有标准开尔芬保护环结构图形的丝网为掩模网版，将导电浆料401转移到贯穿孔(3)中填充有导电材料4的绝缘基板1的抛光表面上；
(c2)在温度为50～200℃条件下，将绝缘基板1的抛光表面上的导电浆料401的烘干；
(c3)在温度为100～850℃条件下，将烘干之后的导电浆料401进行烧结处理，在绝缘基板1的抛光表面上的得到具有标准开尔芬结构的导电膜2。
所述薄膜沉积工艺为离子镀膜、或溅射镀膜、或蒸发镀膜。
采用薄膜沉积工艺时，所述导电膜2组分为导电金属，或碳、或其组合。
由此，本发明的有益效果是：在所述绝缘基板引入填充导电材料的贯穿孔，并且导电材料与绝缘基板表面完好并具有标准开尔芬环结构导电膜接触，这在确保标准开尔芬环导电膜与外部引线连通的同时，可减小边缘电场效应，改善电容位移传感器性能。
附图说明
图1为带有贯穿孔的绝缘基板截面结构示意图。
图2为绝缘基板上具有标准开尔芬环结构导电膜表面结构示意图。
图3为绝缘基板上具有标准开尔芬环结构导电膜截面结构示意图。
图4为制作导电膜的方法流程示意图。
图5a为现有技术开尔芬保护环(Kelvin Guard Ring)结构的电极横向剖视图。
图5b为现有技术开尔芬保护环(Kelvin Guard Ring)结构的电极纵向剖视图。
图6为现有技术非标准的开尔芬保护环结构导电膜表面结构示意图。
在图1、图2和图3中：1是绝缘基板，如氧化铝、石英等；201是圆形导电膜；202是环形导电膜；3是贯穿孔；4是贯穿孔中的导电材料。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
一种基于导电膜的制作方法，包括采用罐装工艺在绝缘基板上的两个贯穿孔中填充导电材料；采用丝网印刷或薄膜沉积工艺在绝缘基板表面制作具有标准开尔芬保护环结构的导电膜；其中所述标准开尔芬保护环结构的导电膜由绝缘分离的具有同心的表面完整的圆形导电膜(201)和表面完整的环形导电膜组成；所述表面完整的圆形导电膜与一个填充有导电材料的贯穿孔相连；所述表面完整的环形导电膜与另一个填充有导电材料的贯穿孔相连。具体制备工艺如下：
步骤1：以带有两个贯穿孔的绝缘材料为绝缘基板，采用灌装工艺向贯穿孔中填充导电浆料；
步骤2：在温度为50～200℃条件下，将灌入贯穿孔的导电浆料的烘干；
步骤3：在温度为100～900℃条件下，将烘干之后的导电浆料进行烧结处理，得到导电材料；
步骤4：反复进行步骤1、步骤2和步骤3，直至绝缘基板的贯穿孔中完全被导电材料填充。
步骤5：对贯穿孔中填充了导电材料的绝缘基板的一个表面进行打磨抛光；
步骤6：采用丝网印刷或薄膜沉积工艺，在贯穿孔中填充了导电材料的绝缘基板的打磨抛光的一面上制作标准开尔芬保护环结构的导电膜。
所述标准开尔芬保护环结构的导电膜由绝缘分离的具有同心的表面完整的圆形导电膜和表面完整的环形导电膜组成。
所述表面完整的圆形导电膜与一个填充有导电材料的贯穿孔相连。
所述表面完整的环形导电膜与另一个填充有导电材料的贯穿孔相连。
所述向绝缘基板的贯穿孔中填充导电材料的灌装工艺步骤如下：
(a1)先将导电浆料灌入贯穿孔；
(a2)在温度为50～200℃条件下，将灌入贯穿孔的导电浆料的烘干；
(a3)在温度为100～900℃条件下，将烘干之后的导电浆料进行烧结处理，得到导电材料；
(a4)反复进行步骤(a1)、(a2)和(a3)，直至绝缘基板的贯穿孔中完全被导电材料填充。
所述绝缘基板材质为氧化铝、氧化锆、氮化硅或他们复合物种中的任意一种或玻璃或石英或带有氧化硅层的硅。
所述导电浆料的导电组分为金、银、铂、钯、钨、铜、镍或碳粉及他们复合物种中的任意一种。
所述丝网印刷工艺具体如下：
(c1)以具有标准开尔芬保护环结构图形的丝网为掩模网版，将导电浆料转移到贯穿孔中填充有导电材料的绝缘基板的抛光表面上；
(c2)在温度为50～200℃条件下，将绝缘基板的抛光表面上的导电浆料的烘干；
(c3)在温度为100～850℃条件下，将烘干之后的导电浆料进行烧结处理，在绝缘基板的抛光表面上的得到具有标准开尔芬结构的导电膜。
所述薄膜沉积工艺为离子镀膜、或溅射镀膜、或蒸发镀膜。
采用薄膜沉积工艺时，所述导电膜组分为导电金属，或碳、或其组合。
实施例1
步骤110、以带有两个贯穿孔的圆形氧化铝陶瓷材料为绝缘基板1，采用灌装工艺向贯穿孔3中填充钯银复合导电浆料401；
步骤120、在温度为100℃条件下，将灌入贯穿孔的钯-银复合导电浆料401的烘干；
步骤130、在温度为600℃条件下，将贯穿孔中烘干之后的钯-银复合导电浆料401进行烧结处理，得到导电材料4；
步骤140、反复进行步骤110、步骤120和步骤130，直至绝缘基板1的贯穿孔3中完全被导电材料4填充；
步骤150、对贯穿孔3中填充了导电材料4的绝缘基板1的一个表面5进行打磨抛光；
步骤160、采用丝网印刷工艺，在贯穿孔3中填充了导电材料4的绝缘基板1的打磨抛光的一表面5上制作标准开尔芬保护环结构的钯-银复合导电膜2。
实施例2
步骤110、以带有两个贯穿孔的圆形石英材料为绝缘基板1，采用灌装工艺向贯穿孔3中填充银导电浆料401；
步骤120、在温度为60℃条件下，将灌入贯穿孔的银导电浆料401的烘干；
步骤130、在温度为200℃条件下，将贯穿孔中烘干之后的银导电浆料401进行烧结处理，得到导电材料4
步骤140、反复进行步骤110、步骤120和步骤130，直至绝缘基板1的贯穿孔3中完全被导电材料4填充；
步骤150、对贯穿孔3中填充了导电材料4的绝缘基板1的一个表面5进行打磨抛光；
步骤160、采用溅射镀膜工艺，在贯穿孔3中填充了导电材料4的绝缘基板1的打磨抛光的一表面5上制作标准开尔芬保护环结构的铂膜2。
实施例3
步骤110、以带有两个贯穿孔的圆形氧化铝-氧化锆复合材料为绝缘基板1，采用灌装工艺向贯穿孔3中填充铜导电浆料401；
步骤120、在温度为80℃条件下，将灌入贯穿孔的铜导电浆料401的烘干；
步骤130、在温度为300℃条件下，将贯穿孔中烘干之后的铜导电浆料401进行烧结处理，得到导电材料4；
步骤140、反复进行步骤110、步骤120和步骤130，直至绝缘基板1的贯穿孔3中完全被导电材料4填充；
步骤150、对贯穿孔3中填充了导电材料4的绝缘基板1的一个表面5进行打磨抛光；
步骤160、采用蒸发镀膜工艺，在贯穿孔3中填充了导电材料4的绝缘基板1的打磨抛光的一表面5上制作标准开尔芬保护环结构的铝膜2。
Claims (8)
1.一种导电膜，其特征在于，导电膜具有标准开尔芬保护环结构，由绝缘分离的、具有同心的、表面完整的圆形导电膜和表面完整的环形导电膜组成；所述标准开尔芬保护环结构的导电膜(2)由绝缘分离的具有同心的表面完整的圆形导电膜(201)和表面完整的环形导电膜(202)组成；所述表面完整的圆形导电膜(201)与一个填充有导电材料(4)的贯穿孔(301)相连；所述表面完整的环形导电膜(202)与另一个填充有导电材料(4)的贯穿孔(302)相连。
2.一种导电膜的制作方法，其特征在于，在绝缘基板(1)上具有标准开尔芬保护环结构的导电膜(2)的制备工艺如下：
步骤(a)以带有两个贯穿孔(3)的绝缘材料为绝缘基板(1)，采用灌装工艺向贯穿孔(3)中填充导电材料(4)；
步骤(b)对贯穿孔(3)中填充了导电材料(4)的绝缘基板的一个表面(5)进行打磨抛光；
步骤(c)采用丝网印刷或薄膜沉积工艺，在贯穿孔(3)中填充了导电材料(4)的绝缘基板的打磨抛光的一表面(5)上制作标准开尔芬保护环结构的导电膜(2)。
3.根据权利要求2所述的一种导电膜的制作方法，其特征在于：步骤(a)中所述向绝缘基板(1)的贯穿孔(3)中填充导电材料(4)的灌装工艺步骤如下：
(a1)先将导电浆料(401)灌入贯穿孔(3)；
(a2)在温度为50～200℃条件下，将灌入贯穿孔(3)的导电浆料(401)的烘干；
(a3)在温度为100～850℃条件下，将烘干之后的导电浆料(401)进行烧结处理，得到导电材料(4)；
(a4)反复进行步骤(a1)、(a2)和(a3)，直至绝缘基板(1)的贯穿孔(3)中完全被导电材料(4)填充。
4.根据权利要求2所述的一种导电膜的制作方法，其特征在于：所述绝缘基板(1)材质为氧化铝、氧化锆、氮化硅或他们复合物种中的任意一种或玻璃或石英或带有氧化硅层的硅。
5.根据权利要求2所述的一种导电膜的制作方法，其特征在于：所述导电浆料(401)的导电组分为金、银、铂、钯、钨、铜、镍或碳粉及他们复合物种中的任意一种。
6.根据权利要求2所述的一种导电膜的制作方法，其特征在于：步骤(c)中所述丝网印刷工艺具体如下：
(c1)以具有标准开尔芬保护环结构图形的丝网为掩模网版，将导电浆料(401)转移到贯穿孔(3)中填充有导电材料(4)的绝缘基板(1)的抛光表面上；
(c2)在温度为50～200℃条件下，将绝缘基板(1)的抛光表面上的导电浆料(401)的烘干；
(c3)在温度为100～850℃条件下，将烘干之后的导电浆料(401)进行烧结处理，在绝缘基板(1)的抛光表面上的得到具有标准开尔芬结构的导电膜(2)。
7.根据权利要求2所述的一种导电膜的制作方法，其特征在于：所述薄膜沉积工艺为离子镀膜、或溅射镀膜、或蒸发镀膜。
8.根据权利要求2所述的一种导电膜的制作方法，其特征在于：采用薄膜沉积工艺时，所述导电膜(2)组分为导电金属，或碳、或其组合。
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2019
- 2019-06-11 CN CN201910501371.0A patent/CN110186366A/zh active Pending
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