CN206459775U - 一种薄膜压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及压力传感器技术领域，更具体地，涉及一种薄膜压力传感器，该薄膜压力传感器包括弹性基座、绝缘层、薄膜应变电阻、电极区、钝化层及金薄膜；所述绝缘层设于弹性基座上，且绝缘层为厚膜绝缘介质浆料层；薄膜应变电阻及电极区均设于所述绝缘层上；薄膜应变电阻及表面暴露的绝缘层上均设有钝化层；所述金薄膜设于电极区上以形成电极焊接区。本实用新型一种薄膜压力传感器，通过采用厚膜绝缘介质浆料层，使得弹性基座无需进行研磨抛光处理即可在其上设置厚膜绝缘介质浆料层，以达到弹性基座与薄膜应变电阻及电极区绝缘的目的，制备成本低、制备效率高，且具有高精度、高稳定性。

Description

一种薄膜压力传感器

技术领域

本实用新型涉及压力传感器技术领域，更具体地，涉及一种薄膜压力传感器。

背景技术

薄膜压力传感器是随着薄膜技术和半导体工艺技术的进步而逐渐发展起来的新型压力传感器，也被称为第三代压力传感器，它具有精度高、稳定性好、耐恶劣环境（高温、腐蚀、振动）等优点，在航空航天、军事装备、石油化工、工程机械等领域有着广泛的应用。

现有的薄膜压力传感器是在精细表面处理的不锈钢弹性基座上溅射绝缘层（二氧化硅等）来实现不锈钢弹性基座与薄膜应变电阻层的绝缘。弹性基座要经过严格的粗磨、细磨及抛光处理，弹性基座的表面粗糙度要求小于0.1μm，研磨抛光工艺是采用不同的机械设备进行的，每批数量小，耗时长，效率低；绝缘层需要在高真空中长时间溅射，因此不锈钢弹性基座薄膜压力传感器的弹性基座的表面处理和绝缘层的加工与制备成本高、效率低。

随着现代厚膜技术的发展，介质浆料和烧结工艺有着显著的提高，厚膜浆料的绝缘电阻能够大于10¹⁰ Ώ；不锈钢弹性基座经过简单的表面处理后，在其表面涂覆介质浆料并在850℃-860℃进行短时间的烧结，就能达到传感器绝缘的要求，厚膜介质浆料不需要不锈钢弹性基座表面进行严格的表面加工，也不受真空设备的限制，加工时间短，因此其加工成本低、效率高、成品率高，能够大批量生产；但是使用厚膜技术制备厚膜应变电阻，厚膜应变电阻将受到电阻浆料的成分、印刷电阻条边缘效应、烧结工艺的影响，使得厚膜应变电阻传感器存在精度低、稳定性差等缺点。

因此，开发一种制备成本低、制备效率高，且具有高精度、高稳定性的压力传感器极其重要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种薄膜压力传感器，该压力传感器的制备成本低、制备效率高，且具有高精度、高稳定性。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

提供一种薄膜压力传感器，包括弹性基座、绝缘层、薄膜应变电阻、电极区、钝化层及金薄膜；所述绝缘层设于弹性基座上，且绝缘层为厚膜绝缘介质浆料层；薄膜应变电阻及电极区均设于所述绝缘层上；薄膜应变电阻及表面暴露的绝缘层上均设有钝化层；所述金薄膜设于电极区上以形成电极焊接区。金薄膜具有良好的导电性能和焊接性能。

上述方案中，通过采用厚膜绝缘介质浆料层，使得弹性基座无需进行研磨抛光处理即可在其上设置厚膜绝缘介质浆料层，以达到弹性基座与薄膜应变电阻及电极区绝缘的目的。本实用新型一种薄膜压力传感器，制备成本低、制备效率高，且具有高精度、高稳定性。

优选地，所述钝化层为四氮化三硅钝化层。这样设置能保护薄膜应变电阻的表面、薄膜应变电阻的边缘及表面暴露的厚膜绝缘介质浆料层不受空气和潮湿等因素的影响，使得该薄膜压力传感器能适应高温、高湿等恶劣环境工作；而且四氮化三硅钝化层相比于二氧化硅钝化层而言不但更致密，具有更好的阻透性，而且也能避免溅射二氧化硅作为钝化层时氧对薄膜应变电阻的影响。进一步优选地，所述四氮化三硅钝化层的厚度为0.3~0.5μm。

优选地，所述弹性基座包括圆形平膜片及不锈钢支撑架，所述不锈钢支撑架设于圆形平膜片的周边；所述绝缘层设于圆形平膜片上。整个弹性基座为马氏不锈钢结构，这样设置使得弹性基座的耐腐蚀性好、强度高。

优选地，薄膜应变电阻及电极区均为镍铬合金薄膜结构。这样设置使得薄膜应变电阻具有更高的稳定性；而且镍铬合金薄膜结构的电极区能有效阻止金薄膜电极扩散到绝缘层，进而破坏绝缘层的绝缘性。进一步优选地，所述镍铬合金薄膜结构的厚度为0.1~0.3μm。

优选地，所述绝缘层的厚度为50~60μm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型一种薄膜压力传感器，通过采用厚膜绝缘介质浆料层，使得弹性基座无需进行研磨抛光处理即可在其上设置厚膜绝缘介质浆料层，以达到弹性基座与薄膜应变电阻及电极区绝缘的目的，这使得该传感器制备成本低、制备效率高，且具有高精度、高稳定性；通过将钝化层设置为四氮化三硅钝化层，能保护薄膜应变电阻的表面、薄膜应变电阻的边缘及厚膜绝缘介质浆料层不受空气和潮湿等因素的影响，使得该薄膜压力传感器能适应高温、高湿等恶劣环境工作，而且四氮化三硅钝化层相比于二氧化硅钝化层而言不但更致密，具有更好的阻透性，而且也能避免溅射二氧化硅作为钝化层时氧对薄膜应变电阻的影响；通过将薄膜应变电阻及电极区均设置为镍铬合金薄膜结构，使得薄膜应变电阻具有更高的稳定性而且镍铬合金薄膜结构的电极区能有效阻止金薄膜电极扩散到绝缘层，进而破坏绝缘层的绝缘性。

附图说明

图1为本实施例一种薄膜压力传感器的结构示意图。

图2为图1中薄膜应变电阻及电极区的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例

本实施例一种薄膜压力传感器的结构示意图如图1至图2所示，包括弹性基座1、绝缘层2、薄膜应变电阻3、电极区4、钝化层5及金薄膜6；所述绝缘层2设于弹性基座1上，且绝缘层2为厚膜绝缘介质浆料层；薄膜应变电阻3及电极区4均设于所述绝缘层2上；薄膜应变电阻3及表面暴露的绝缘层2上均设有钝化层5；所述金薄膜6设于电极区4上以形成电极焊接区。金薄膜6具有良好的导电性能和焊接性能。

本实用新型一种薄膜压力传感器，通过采用厚膜绝缘介质浆料层，使得弹性基座无需进行研磨抛光处理即可在其上设置厚膜绝缘介质浆料层，以达到弹性基座与薄膜应变电阻及电极区绝缘的目的，制备成本低、制备效率高，且具有高精度、高稳定性。

具体地，在制造该薄膜压力传感器时，包括如下步骤：

S1.在弹性基座1上均匀涂覆厚膜绝缘介质浆料并烧结以形成厚膜绝缘介质浆料层；

S2.在厚膜绝缘介质浆料层上溅射一层薄膜应变电阻层，在薄膜应变电阻层上使用光刻的方法加工形成薄膜应变电阻3及电极区4；

S3.在薄膜应变电阻3及表面暴露的绝缘层2上覆盖钝化层5；

S4.在电极区4上溅射金薄膜6以形成电极焊接区。

步骤S1中，先对弹性基座1的表面进行简单处理，例如简单的研磨处理，再将厚膜绝缘介质浆料均匀涂覆在弹性基座1上。

其中，步骤S1中将厚膜绝缘介质浆料均匀涂覆在弹性基座1上，在125℃下干燥20分钟后，在空气中经850℃烧结10分钟以完成第一次烧结，再在已进行了第一次烧结的弹性基座1上进行与第一次烧结工艺相同条件的第二次烧结，经过两次同样条件的烧结后形成厚膜绝缘介质浆料层。进行两次相同条件的烧结能阻断绝缘层2间的针孔和间隙，进一步提高绝缘层2的绝缘性能。

另外，步骤S3中所述钝化层5为四氮化三硅钝化层5。这样设置能保护薄膜应变电阻3的表面、薄膜应变电阻3的边缘及表面暴露的厚膜绝缘介质浆料层不受空气和潮湿等因素的影响，使得该薄膜压力传感器能适应高温、高湿等恶劣环境工作；而且四氮化三硅钝化层相比于二氧化硅钝化层而言不但更致密，具有更好的阻透性，而且也能避免溅射二氧化硅作为钝化层时氧对薄膜应变电阻3的影响。

该压力传感器的制造过程中，通过采用厚膜绝缘介质浆料烧结成厚膜绝缘介质浆料层的方式，使得弹性基座1无需进行研磨抛光处理即可在其上进行烧结厚膜绝缘介质浆料层，省去了耗时的研磨抛光工艺，也不用在高真空中长时间溅射薄膜绝缘层，降低该传感器制备成本的同时，提高了制备效率，而且该压力传感器还保留了薄膜压力传感器的高精度及高稳定性，克服了厚膜压力传感器精度低、稳定性差的缺点。

其中，所述钝化层5为四氮化三硅钝化层5。这样设置能保护薄膜应变电阻3的表面、薄膜应变电阻3的边缘及表面暴露的厚膜绝缘介质浆料层不受空气和潮湿等因素的影响，使得该薄膜压力传感器能适应高温、高湿等恶劣环境工作；而且四氮化三硅钝化层相比于二氧化硅钝化层而言不但更致密，具有更好的阻透性，而且也能避免溅射二氧化硅作为钝化层时氧对薄膜应变电阻3的影响。本实施例中，所述四氮化三硅钝化层5的厚度为0.3~0.5μm。

另外，所述弹性基座1包括圆形平膜片11及不锈钢支撑架12，所述不锈钢支撑架12设于圆形平膜片11的周边；所述绝缘层2设于圆形平膜片11上。本实施例中，整个弹性基座1为马氏不锈钢结构，这样设置使得弹性基座1的耐腐蚀性好、强度高。

其中，薄膜应变电阻3及电极区4均为镍铬合金薄膜结构。这样设置使得薄膜应变电阻3具有更高的稳定性；而且镍铬合金薄膜结构的电极区4能有效阻止金薄膜6电极扩散到绝缘层2，进而破坏绝缘层2的绝缘性。本实施例中，所述镍铬合金薄膜结构的厚度为0.1~0.3μm。

另外，所述绝缘层2的厚度为50~60μm。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种薄膜压力传感器，其特征在于，包括弹性基座（1）、绝缘层（2）、薄膜应变电阻（3）、电极区（4）、钝化层（5）及金薄膜（6）；所述绝缘层（2）设于弹性基座（1）上，且绝缘层（2）为厚膜绝缘介质浆料层；薄膜应变电阻（3）及电极区（4）均设于所述绝缘层（2）上；薄膜应变电阻（3）及表面暴露的绝缘层（2）上均设有钝化层（5）；所述金薄膜（6）设于电极区（4）上以形成电极焊接区。

2.根据权利要求1所述的一种薄膜压力传感器，其特征在于，所述钝化层（5）为四氮化三硅钝化层（5）。

3.根据权利要求2所述的一种薄膜压力传感器，其特征在于，所述四氮化三硅钝化层（5）的厚度为0.3~0.5μm。

4.根据权利要求1所述的一种薄膜压力传感器，其特征在于，所述弹性基座（1）包括圆形平膜片（11）及不锈钢支撑架（12），所述不锈钢支撑架（12）设于圆形平膜片（11）的周边；所述绝缘层（2）设于圆形平膜片（11）上。

5.根据权利要求4所述的一种薄膜压力传感器，其特征在于，所述弹性基座（1）为马氏不锈钢结构。

6.根据权利要求1所述的一种薄膜压力传感器，其特征在于，薄膜应变电阻（3）及电极区（4）均为镍铬合金薄膜结构。

7.根据权利要求6所述的一种薄膜压力传感器，其特征在于，所述镍铬合金薄膜结构的厚度为0.1~0.3μm。

8.根据权利要求1至7任一项所述的一种薄膜压力传感器，其特征在于，所述绝缘层（2）的厚度为50~60μm。