[發(fā)明專利]高溫壓力傳感器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310029417.6
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN103115704A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設計）人: 熊繼軍;譚秋林;李晨;洪應平;張文棟;劉俊;薛晨陽;梁庭;王偉;康昊;葛冰兒;楊明亮
• 申請（專利權(quán)）人: 中北大學
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14;B81C1/00;B81C3/00;B32B37/00;B32B38/00;B32B38/04
• 代理公司: 太原晉科知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于壓力傳感器的技術(shù)領域，具體涉及一種高溫壓力傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

目前，國際范圍內(nèi)MEMS結(jié)構(gòu)的壓力傳感器在超過400?℃以上環(huán)境下進行穩(wěn)定測量尚有難度。在高溫環(huán)境沖擊使得壓力敏感結(jié)構(gòu)失效或溫度噪聲造成壓力信號不可傳輸。對于一些常見的壓阻式壓力傳感器，由于需要對電橋供電和電壓檢測，連接電橋及檢測電路的電引線在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性難以保證。一方面，當環(huán)境溫度超過400?℃時，由于金屬和半導體的互擴散作用，引線和壓敏電阻的歐姆接觸會發(fā)生不可逆變化；另一方面，由于高溫雜質(zhì)擴散作用，壓敏電阻自身參數(shù)也會發(fā)生變化。從目前對金屬-半導體歐姆接觸的機理和工藝研究結(jié)果來看，在400?℃以上溫度下，保持歐姆接觸的穩(wěn)定是不可能實現(xiàn)的，因而基于此類原理的壓力傳感器無法在高溫下長時間工作。要實現(xiàn)工程上的高溫環(huán)境壓力測試，必須加以水冷或隔熱等封裝手段予以解決。而這樣就會大大的增加壓力傳感器的體積和復雜性，并導致某些對體積要求苛刻或無法提供水冷的工況環(huán)境下的高溫壓力測量難以實現(xiàn).。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對以上現(xiàn)實高溫惡劣環(huán)境下的MEMS傳感器難點，解決了現(xiàn)在壓力傳感器在高溫高壓環(huán)境中無法正常工作的問題，提供了一種可工作于高溫氣流環(huán)境下的基于LTCC陶瓷的無源高溫壓力傳感器及其制備方法，其可工作在在400?℃以上且無需提供電源。

本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種高溫壓力傳感器，其特征在于其包括自上而下的四層，第一層即頂層上表面一側(cè)刷有平面方形螺旋電感，頂層上表面另一側(cè)刷有電容上極板，電容上極板與平面方形螺旋電感的外圈串聯(lián)；第二層設有密封的壓力空腔，第三層覆蓋于第四層上表面將電容下極板與壓力空腔隔開；第四層即底層上表面刷有電容下極板，電容下極板通過填充有銀漿的過孔與頂層平面方形螺旋電感的內(nèi)部環(huán)心連接。

四層結(jié)構(gòu)采用LTCC低溫陶瓷材料，電感和電容極板采用銀漿。

高溫壓力傳感器的制備方法，步驟如下：

1）、準備生瓷片，將切好的生瓷片放于烘干爐中預處理，

2）、沖壓第一、二、三層生瓷片上的過孔、第二層上的空腔結(jié)構(gòu)以及第一層對應空腔結(jié)構(gòu)處的氣孔，打孔時將生瓷片膜置于上面，

?3）、在填孔機中置過孔網(wǎng)版，加入銀漿，對第一、二、三層生瓷片上過孔進行填充，并進行烘干燒結(jié)實現(xiàn)金屬化，即互聯(lián)通孔金屬化，填充機采用頂層抽吸的方法來實現(xiàn)通孔的填充，在通孔內(nèi)填上金屬漿料并進行烘干燒結(jié)實現(xiàn)金屬化，

4）、將金屬圖形網(wǎng)版置于絲網(wǎng)印刷機上，待生瓷片與絲網(wǎng)印刷版對準后加入銀漿料，通過精密絲網(wǎng)印刷使每層生瓷片形成電路圖形，再對第三層生瓷片用調(diào)制好的碳漿料進行多次印刷，使其厚度等于生瓷片的厚度，

5）、將印刷好的生瓷片置于烘干爐中烘干，使?jié){料干結(jié)，通過疊片機將印刷好的金屬化圖形和形成互聯(lián)通孔的生瓷片，按照預先設計的層數(shù)和次序疊到一起，緊密粘結(jié)，形成一個完整的多層基板胚體，其中第二層為含空腔的方孔生瓷片，對空腔進行碳漿料的填充，

6）、將各層生瓷片進行疊片，將生瓷片包封好保證包封不漏氣且層壓板四個邊上有銷釘定位，將包封好的生瓷片置于層壓機中進行層壓，

7）、將層壓后的瓷片按照設定的升溫曲線進行燒結(jié)，常溫~450℃，升溫速率2.5℃~2.7℃/min;?450℃~850℃，升溫速率4.5℃~4.8℃/min;450℃，恒溫22.3min;?850℃~常溫，降溫速率3℃~3.1℃/min；?

8）、燒結(jié)完成后將玻璃微珠放于氣孔處按照設定的升溫燒結(jié)曲線進行高溫二次燒結(jié)，常溫~500℃，升溫速率22℃~25℃/min;?500℃~650℃，升溫速率6℃~8℃/min;?650℃~820℃，升溫速率8℃~9℃/min;?820℃~850℃，升溫速率1℃~2℃/min；850℃，恒溫15~20min；850℃~700℃，降溫速率6℃~8℃/min；700℃~常溫，自然降溫。

本發(fā)明所述的傳感器各層結(jié)構(gòu)材料優(yōu)選為DuPont951陶瓷材料，DuPont951陶瓷材料為一種LTCC低溫陶瓷材料，具有很好的抗腐蝕性和長期穩(wěn)定性、易于加工、耐高溫且有一定的機械強度等許多優(yōu)良特性。

本發(fā)明電感與電容極板材料優(yōu)先選與DuPont951陶瓷材料配套的耐高溫銀漿，如DuPont6142D銀漿，銀漿料與陶瓷片有相近的熱膨脹系數(shù)和相近的收縮率，漿料與陶瓷能夠很好地粘合在一起。