[發明專利]一種薄膜壓力傳感器及其制造方法

在審

• 申請號: 201710090793.4
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106768524A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 彭銀橋;雷桂斌;甘元駒;付東洋;王淑青;陳月峰
• 申請（專利權）人: 廣東海洋大學
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22;G01L9/04
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 張月光,林偉斌

技術領域

本發明涉及壓力傳感器技術領域，更具體地，涉及一種薄膜壓力傳感器及其制造方法。

背景技術

薄膜壓力傳感器是隨著薄膜技術和半導體工藝技術的進步而逐漸發展起來的新型壓力傳感器，也被稱為第三代壓力傳感器，它具有精度高、穩定性好、耐惡劣環境（高溫、腐蝕、振動）等優點，在航空航天、軍事裝備、石油化工、工程機械等領域有著廣泛的應用。

現有的薄膜壓力傳感器是在精細表面處理的不銹鋼彈性基座上濺射絕緣層（二氧化硅等）來實現不銹鋼彈性基座與薄膜應變電阻層的絕緣。彈性基座要經過嚴格的粗磨、細磨及拋光處理，彈性基座的表面粗糙度要求小于0.1μm，研磨拋光工藝是采用不同的機械設備進行的，每批數量小，耗時長，效率低；絕緣層需要在高真空中長時間濺射，因此不銹鋼彈性基座薄膜壓力傳感器的彈性基座的表面處理和絕緣層的加工與制備成本高、效率低。

隨著現代厚膜技術的發展，介質漿料和燒結工藝有著顯著的提高，厚膜漿料的絕緣電阻能夠大于10¹⁰ ?；不銹鋼彈性基座經過簡單的表面處理后，在其表面涂覆介質漿料并在850℃-860℃進行短時間的燒結，就能達到傳感器絕緣的要求，厚膜介質漿料不需要不銹鋼彈性基座表面進行嚴格的表面加工，也不受真空設備的限制，加工時間短，因此其加工成本低、效率高、成品率高，能夠大批量生產；但是使用厚膜技術制備厚膜應變電阻，厚膜應變電阻將受到電阻漿料的成分、印刷電阻條邊緣效應、燒結工藝的影響，使得厚膜應變電阻傳感器存在精度低、穩定性差等缺點。

因此，開發一種制備成本低、制備效率高，且具有高精度、高穩定性的壓力傳感器極其重要。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種薄膜壓力傳感器，該壓力傳感器的制備成本低、制備效率高，且具有高精度、高穩定性。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

提供一種薄膜壓力傳感器，包括彈性基座、絕緣層、薄膜應變電阻、電極區、鈍化層及金薄膜；所述絕緣層設于彈性基座上，且絕緣層為厚膜絕緣介質漿料層；薄膜應變電阻及電極區均設于所述絕緣層上；薄膜應變電阻及表面暴露的絕緣層上均設有鈍化層；所述金薄膜設于電極區上以形成電極焊接區。金薄膜具有良好的導電性能和焊接性能。

上述方案中，通過采用厚膜絕緣介質漿料層，使得彈性基座無需進行研磨拋光處理即可在其上設置厚膜絕緣介質漿料層，以達到彈性基座與薄膜應變電阻及電極區絕緣的目的。本發明一種薄膜壓力傳感器，制備成本低、制備效率高，且具有高精度、高穩定性。

優選地，所述鈍化層為四氮化三硅鈍化層。這樣設置能保護薄膜應變電阻的表面、薄膜應變電阻的邊緣及表面暴露的厚膜絕緣介質漿料層不受空氣和潮濕等因素的影響，使得該薄膜壓力傳感器能適應高溫、高濕等惡劣環境工作；而且四氮化三硅鈍化層相比于二氧化硅鈍化層而言不但更致密，具有更好的阻透性，而且也能避免濺射二氧化硅作為鈍化層時氧對薄膜應變電阻的影響。進一步優選地，所述四氮化三硅鈍化層的厚度為0.3~0.5μm。

優選地，所述彈性基座包括圓形平膜片及不銹鋼支撐架，所述不銹鋼支撐架設于圓形平膜片的周邊；所述絕緣層設于圓形平膜片上。進一步優選地，整個彈性基座為馬氏不銹鋼結構，這樣設置使得彈性基座的耐腐蝕性好、強度高。

優選地，薄膜應變電阻及電極區均為鎳鉻合金薄膜結構。這樣設置使得薄膜應變電阻具有更高的穩定性；而且鎳鉻合金薄膜結構的電極區能有效阻止金薄膜電極擴散到絕緣層，進而破壞絕緣層的絕緣性。進一步優選地，所述鎳鉻合金薄膜結構的厚度為0.1~0.3μm。

優選地，所述絕緣層的厚度為50~60μm。

本發明的另一個目的在于提供一種薄膜壓力傳感器的制造方法，包括如下步驟：

S1.在彈性基座上均勻涂覆厚膜絕緣介質漿料并燒結以形成厚膜絕緣介質漿料層；

S2.在厚膜絕緣介質漿料層上濺射一層薄膜應變電阻層，在薄膜應變電阻層上使用光刻的方法加工形成薄膜應變電阻及電極區；

S3.在薄膜應變電阻及表面暴露的絕緣層上覆蓋鈍化層；

S4.在電極區上濺射金薄膜以形成電極焊接區。

步驟S1中，先對彈性基座的表面進行簡單處理，例如簡單的研磨處理，再將厚膜絕緣介質漿料均勻涂覆在彈性基座上。