CN103047927B - 陶瓷基底压阻式应变片 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种陶瓷基底压阻式应变片，由陶瓷基片、导体层、具有压阻效应的电阻层、绝缘保护层以及封接玻璃层组成，导体层、电阻层制作在陶瓷基片的上表面，并在导体层和电阻层的上部覆盖绝缘保护层，封接玻璃层制作在陶瓷基片的下表面。本发明可以用来制造耐高温耐腐蚀的称重及压力等力敏传感器，并且精度高、稳定性好、使用寿命长。

Description

陶瓷基底压阻式应变片

技术领域

本发明涉及用于制造力敏传感器的应变片，特别涉及一种陶瓷基底压阻式应变片。

背景技术

应变式力敏传感器，是将应变片粘贴在传感器弹性体上形成的，比如称重、加速度及压力等传感器，应变片的性能直接决定了这种类型传感器的性能。

如图1～图6所示，传统的应变片是由基底101、电阻敏感栅102和绝缘保护层103构成。基底101的作用是固定电阻敏感栅102，使它保持一定的几何形状，同时也起绝缘作用。基底101通常采用环氧、缩醛、聚酰亚胺等柔性材料制成。电阻敏感栅102用合金箔材，通过热压的方法和基底101结合在一起，然后通过光刻腐蚀等工艺形成栅条。参考图1、图2，因适合做应变电阻的金属或合金材料电阻率较小，需要较长的栅条102、202长度才能形成较大的电阻值，这就增加了工艺难度，即使这样，通常这种应变片的阻抗也难以超过1KΩ。绝缘保护层103是用绝缘薄膜热压或用液态绝缘材料涂覆的方法形成。

应变片和弹性体是用粘合剂粘结在一起的，粘接性能直接影响到传感器的温漂、蠕变、滞后、非线性、稳定性和使用寿命，通常都是用环氧树脂等有机粘合剂。由于有机物易老化，采用上述应变片及粘结工艺制造的传感器，稳定性差、寿命短，不适合高温条件下使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种陶瓷基底压阻式应变片，有效解决上述问题，耐高温、耐腐蚀、性能稳定、寿命长、工艺简单、成本低，并大大简化制作传感器过程中难以掌握的应变片贴片制程。

本发明的技术方案如下：

一种陶瓷基底压阻式应变片，包括陶瓷基片，在所述陶瓷基片的上表面有导体层和电阻层。

其进一步的技术方案为：在所述陶瓷基片的下表面印刷封接玻璃浆料，烘干或烧结形成封接玻璃层。

其进一步的技术方案为：在所述导体层和电阻层的顶部有绝缘保护层。

以及，其进一步的技术方案为：所述陶瓷基片选用氧化铝陶瓷薄片。所述导体层用金导体浆料印刷烧结而成。所述电阻层是具有压阻效应的厚膜电阻，用钌系电阻浆料印刷烧结而成。

在一种技术方案中，所述电阻层为单电阻；或者在另一种技术方案中，所述电阻层由四个电阻组成惠斯通电桥。

本发明的有益技术效果是：

采用本发明提供的陶瓷基底压阻式应变片及制成的传感器具有以下特点：

（1）采用厚膜工艺制造，工艺简单成本低。

（2）耐腐蚀、绝缘性好、功耗低。

（3）灵敏度高、线性好、蠕变小。

（4）贴片工艺简单、抗老化、稳定可靠、寿命长。

（5）为高温环境下使用的称重、压力等传感器提供了低成本高可靠的解决方案，比如钢铁厂的铁水包称重传感器、注塑机用熔融状态塑料的压力传感器等。

本发明附加的优点将在下面具体实施方式部分的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是传统的具有单个应变电阻的应变片的层次图。

图2是图1中保护层的结构图。

图3是图1中电阻敏感栅的结构图。

图4是图1中基底的结构图。

图5是传统的具有单个应变电阻的应变片的俯视图。

图6是传统的具有由四个电阻组成全桥的应变片的俯视图。

图7是本发明实施例一的层次图。

图8是图7中保护层的结构图。

图9是图7中厚膜电阻层的结构图。

图10是图7中导体层的结构图。

图11是图7中陶瓷基底的结构图。

图12是图7中封接玻璃层的结构图。

图13是本发明实施例一的俯视图。

图14是本发明实施例二的层次图。

图15是图14中保护层的结构图。

图16是图14中厚膜电阻层的结构图。

图17是图14中导体层的结构图。

图18是图14中陶瓷基底的结构图。

图19是图14中封接玻璃层的结构图。

图20是本发明实施例二的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本发明提供的陶瓷基底压阻式应变片采用氧化铝陶瓷薄片作为基片，在氧化铝陶瓷薄片的上表面制作导体层和电阻层并覆盖绝缘保护层，在氧化铝陶瓷薄片的下表面制作的封接玻璃层，这层封接玻璃可以高温固化，也可以只进行烘干处理。以下通过两个实施例对本发明进行详述。

实施例一：

图7～图13是本发明实施例一的示意图，该实施例是一个单电阻的应变片，适合称重传感器等应用。

如图7～图13所示，在陶瓷基片301的上表面分别印刷并烧结形成导体层302、厚膜电阻层303、绝缘保护层304，然后在陶瓷基片301的下表面印刷封接玻璃浆料，烘干或烧结形成封接玻璃层305。陶瓷基片301选用厚度0.1mm左右的氧化铝陶瓷薄片。导体层302选用金浆料，膜厚1～5微米左右。厚膜电阻层303是一个单电阻，选用方阻系数10KΩ的钌系电阻浆料，膜厚5～10微米。绝缘保护层304选用绝缘介质浆料，烧结后形成5～10微米的膜厚。封接玻璃层305的膜厚为5～10微米。

实施例二：

图14～图20是本发明实施例二的示意图，该实施例由四个电阻组成惠斯通电桥，是全桥应变片，主要用于压力传感器。

如图14～图20所示，和实施例一类似，在陶瓷基片401上表面分别印刷并烧结形成导体层402、厚膜电阻层403、绝缘保护层404，然后在陶瓷基片401的下表面印刷封接玻璃浆料，烘干或烧结形成封接玻璃层405。与实施例一的不同之处在于，在实施例二中，厚膜电阻层403是由四个电阻组成的惠斯通电桥。

综上所述，本发明采用陶瓷作为基底材料，陶瓷具有耐腐蚀、耐高温、热膨胀系数低、强度高、绝缘性能好等特点，并且特别适合厚膜工艺，大多数的厚膜电子浆料是以氧化铝陶瓷为目标基底开发的，目前已经可以制造出厚度小于0.1mm的超薄氧化铝陶瓷片，且价格低廉。

电阻层、导体层、封接玻璃层和绝缘保护层均可采用厚膜工艺制成：即用丝网印刷方法将电阻、导体、绝缘介质及玻璃等浆料分别印刷在陶瓷基片上，经高温烧结固化。

厚膜电阻具有压阻效应，即电阻体在应力作用下阻值会发生变化，并且阻值的变化量和所受应力成线性关系，并有制造工艺简单、阻抗大（功耗低）、稳定性好等特点，灵敏度比传统的金属或合金应变片高出数倍。

玻璃是理想的封接材料，广泛用于玻璃、金属、陶瓷及复合材料同种或异种材料的封接，在电子元件制造领域得到广泛应用。根据不同要求，可选择从400℃～700℃不同融化温度的封接玻璃材料。用玻璃作为应变片和弹性体的连接体，克服了有机粘结剂的易老化失效，不耐高温等缺点，烧结后应变片和弹性体之间牢固结合，使传感器的温漂、蠕变、滞后、非线性等一系列缺陷得到根本的改善。

本发明在陶瓷基片的下表面预先做上封接玻璃层，取代了传统的有机粘合剂，并省去了难以掌握的贴片制成，只需放置在弹性体上加热固化即可，易于实现传感器的自动化批量生产。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种陶瓷基底压阻式应变片，其特征在于：包括陶瓷基片(301)，在所述陶瓷基片(301)的上表面有导体层(302)和电阻层(303)；在所述陶瓷基片(301)的下表面印刷封接玻璃浆料，烘干或烧结形成封接玻璃层(305)；在所述导体层(302)和电阻层(303)的顶部有绝缘保护层(304)；所述陶瓷基片(301)选用氧化铝陶瓷薄片。