CN207622899U - 一种三余度的薄膜压力敏感元件 - Google Patents

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潘婷
戚龙
戚云娟
闫军花
薛小婷
李莹
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Abstract

本实用新型涉及一种三余度的薄膜压力敏感元件，包括一个金属材料制帽形弹性体，在弹性体的表面镀有介质膜，在介质膜表面通过离子束溅射沉积工艺镀有应变合金膜，在应变合金膜的表面通过光刻工艺形成的应变电阻区，应变电阻包括六对电阻，每两对电阻组成一个独立的惠斯通电桥，三个惠斯通电桥形成三路输出信号，在应变合金膜的应变电阻区域上镀有保护膜，在保护膜上位于应变合金膜形成的应变电阻的端子区域镀有镍膜。本实用新型是在薄膜压力敏感元件制作时将测量输出信号的惠斯通电桥进行三路输出的冗余设计，当一路输出信号出现故障时，可通过其他冗余信号进行测量，具有结构新颖、使用方便、测量范围宽、测量稳定性及可靠性好等优点。

Description

一种三余度的薄膜压力敏感元件
技术领域
本实用新型属于压力测量装置技术领域，涉及一种三余度的薄膜压力敏感元件。
背景技术
薄膜压力敏感元件目前主要应用于压力测量领域，由于其采用溅射镀膜的工艺技术，因此具有耐高温、耐腐蚀、灵敏度高、可靠性及长期稳定性好的优点，并被广泛应用于航空航天、油田、化工等恶劣环境中。但是目前市场上应用的都是单余度的压力敏感元件，即敏感元件的输出只有一路信号，如果测试出现故障时薄膜压力敏感元件的输出信号就会失效，造成测量失败，则该薄膜敏感元件也会失去测量的作用，致使整个测试系统出现故障。
实用新型内容
本实用新型的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种结构新颖、使用方便、测量范围宽、测量稳定性及可靠性好的三余度的薄膜压力敏感元件。
为实现上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的：所提供的三余度的薄膜压力敏感元件包括一个金属材料制帽形弹性体，在弹性体的表面镀有一层1.0～2.0微米厚的由SiO2薄膜和Si3N4薄膜叠加构成的介质膜，在介质膜的表面通过离子束溅射沉积工艺镀有一层100～200纳米厚的应变合金膜，在应变合金膜的表面通过光刻工艺形成的应变电阻区，所述的应变电阻包括六对电阻，每两对电阻组成一个独立的惠斯通电桥，并形成一路输出信号，三个惠斯通电桥形成三路输出信号，在应变合金膜的应变电阻区域上镀有100～200纳米厚的保护膜，在保护膜上位于应变合金膜形成的应变电阻的端子区域镀有厚度为300～400纳米的镍膜。
上述三余度的薄膜压力敏感元件中，保护膜为离子束溅射沉积氮化硅薄膜，镍膜采用离子束溅射制备而成。
上述三余度的薄膜压力敏感元件中，每一个惠斯顿电桥都是由四个应变电阻组成，四个应变电阻分别位于弹性体受力后的表面应变区域内。
与现有技术相比，本实用新型具有的优点如下所述。
一、可靠性高。本实用新型是在薄膜压力敏感元件制作时将测量输出信号的惠斯通电桥进行三路输出的冗余设计，当一路输出信号出现故障时，可通过其他冗余信号进行测量，不会影响正常的测量工作，也不会造成测试系统出现故障，这样就满足了高可靠性压力测量系统对可靠性和容错性的特殊要求，可直接将目前的单余度测量技术提高到三余度测量。
二、本实用新型采用PECVD法沉积的介质膜具有膜层致密、绝缘强度高的优点，采用SiO2薄膜和Si3N4薄膜叠加形成的介质膜，消除了单层介质膜厚度太大引起的薄膜内应力大造成的薄膜龟裂失效的现象，该介质膜具有良好的绝缘强度，能经受各种绝缘电阻要求较高的环境使用。
三、稳定性好。本实用新型所述三余度薄膜压力敏感元件的惠斯通电桥是采用离子束溅射法制备的合金膜形成的，通过光刻工艺将合金膜加工成具有冗余设计的应变电阻，合金膜的电阻温度系数较小、稳定性好，使最终的三余度薄膜压力敏感元件在测量时具有更好的稳定性。
四、本实用新型所述三余度薄膜压力敏感元件在测量时既具有普通薄膜压力敏感元件测量范围宽、耐恶劣环境影响的优点，又具有高可靠性测量的优点。
经本实用新型设计者实验检测，本实用新型与以往公知薄膜压力敏感元件做对比，其可靠性提高了三倍。
附图说明
图1是本实用新型的一个具体实施例的结构示意图。
图2是本实用新型中薄膜压力敏感元件表面应变电阻示意图。
图中各数字标记名称分别是：1－弹性体，2－介质膜，3－应变合金膜，4－保护膜，5－镍膜。
具体实施方式
参见附图，本实用新型所述的三余度薄膜压力敏感元件由自下而上一次设置的弹性体1、介质膜2、应变合金膜3、保护膜4及镍膜5组成。弹性体1为一个金属材料制帽形构件。在弹性体1的表面镀有一层1.0～2.0微米厚的由SiO2薄膜和Si3N4薄膜叠加构成的介质膜2。在介质膜2的表面通过离子束溅射沉积工艺镀有一层100～200纳米厚的应变合金膜3，在应变合金膜3的表面通过光刻工艺形成的应变电阻区。所述的应变电阻的结构如图2所示，包括六对电阻(每对电阻由两个应变电阻组成)，每两对电阻组成一个独立的惠斯通电桥，并形成一路输出信号，三个惠斯通电桥形成三路输出信号。每个惠斯通电桥的桥臂电阻都位于弹性体表面的应变区。在应变合金膜3的应变电阻区域上镀有100～200纳米厚的保护膜4，所述的保护膜4为离子束溅射沉积氮化硅薄膜。在保护膜4上位于应变合金膜3形成的应变电阻的端子区域采用离子束溅射制备有厚度为300～400纳米的镍膜5。
该三余度薄膜压力敏感元件的制作方法包括以下步骤：
(1)对弹性体1进行表面预处理，包括研磨抛光；
(2)采用PECVD法在弹性体1的上表面制作介质膜2；
(3)采用离子束溅射方法在介质膜2上沉积应变合金膜3；
(4)按照图2所示的图形在应变合金膜3上通过匀胶、紫外曝光的方法制作三余度应变电阻图形；
(5)利用离子束刻蚀的方法，将三余度应变电阻图形进行刻蚀，形成三余度应变电阻；
(6)再通过匀胶、曝光、离子束溅射工艺在应变电阻区域制备保护膜4；
(7)再次通过匀胶、曝光、离子束溅射工艺在应变电阻的端子区域制备镍膜5；
(8)通过超声波清洗，将镍膜5制备完后的多余光刻胶进行清洗，最终形成三余度薄膜压力敏感元件。

Claims (3)

1.一种三余度的薄膜压力敏感元件，其特征在于：包括一个金属材料制帽形弹性体(1)，在弹性体(1)的表面镀有一层1.0～2.0微米厚的由SiO2薄膜和Si3N4薄膜叠加构成的介质膜(2)，在介质膜(2)的表面通过离子束溅射沉积工艺镀有一层100～200纳米厚的应变合金膜(3)，在应变合金膜(3)的表面通过光刻工艺形成的应变电阻区，所述的应变电阻包括六对电阻，每两对电阻组成一个独立的惠斯通电桥，并形成一路输出信号，三个惠斯通电桥形成三路输出信号，在应变合金膜(3)的应变电阻区域上镀有100～200纳米厚的保护膜(4)，在保护膜(4)上位于应变合金膜(3)形成的应变电阻的端子区域镀有厚度为300～400纳米的镍膜(5)。
2.根据权利要求1所述的三余度的薄膜压力敏感元件，其特征在于：所述的保护膜(4)为离子束溅射沉积氮化硅薄膜，所述的镍膜(5)采用离子束溅射制备而成。
3.根据权利要求1所述的三余度的薄膜压力敏感元件，其特征在于：每一个惠斯顿电桥都是由四个应变电阻组成，四个应变电阻分别位于弹性体(1)受力后的表面应变区域内。
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