一種薄膜壓力傳感器的制作方法

本實用新型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。

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。

技術實現要素：

本實用新型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，本實用新型采用的技術方案是：

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。本實用新型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。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。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：

本實用新型一種薄膜壓力傳感器，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，這使得該傳感器制備成本低、制備效率高，且具有高精度、高穩定性；通過將鈍化層設置為四氮化三硅鈍化層，能保護薄膜應變電阻的表面、薄膜應變電阻的邊緣及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；通過將薄膜應變電阻及電極區均設置為鎳鉻合金薄膜結構，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。

附圖說明

圖1為本實施例一種薄膜壓力傳感器的結構示意圖。

圖2為圖1中薄膜應變電阻及電極區的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本實用新型作進一步的說明。其中，附圖僅用于示例性說明，表示的僅是示意圖，而非實物圖，不能理解為對本專利的限制；為了更好地說明本實用新型的實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產品的尺寸；對本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可以理解的。

本實用新型實施例的附圖中相同或相似的標號對應相同或相似的部件；在本實用新型的描述中，需要理解的是，若有術語“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此附圖中描述位置關系的用語僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制，對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語的具體含義。

實施例

本實施例一種薄膜壓力傳感器的結構示意圖如圖1至圖2所示，包括彈性基座1、絕緣層2、薄膜應變電阻3、電極區4、鈍化層5及金薄膜6；所述絕緣層2設于彈性基座1上，且絕緣層2為厚膜絕緣介質漿料層；薄膜應變電阻3及電極區4均設于所述絕緣層2上；薄膜應變電阻3及表面暴露的絕緣層2上均設有鈍化層5；所述金薄膜6設于電極區4上以形成電極焊接區。金薄膜6具有良好的導電性能和焊接性能。

本實用新型一種薄膜壓力傳感器，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，制備成本低、制備效率高，且具有高精度、高穩定性。

具體地，在制造該薄膜壓力傳感器時，包括如下步驟：

S1.在彈性基座1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3及電極區4；

S3.在薄膜應變電阻3及表面暴露的絕緣層2上覆蓋鈍化層5；

S4.在電極區4上濺射金薄膜6以形成電極焊接區。

步驟S1中，先對彈性基座1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1上。

其中，步驟S1中將厚膜絕緣介質漿料均勻涂覆在彈性基座1上，在125℃下干燥20分鐘后，在空氣中經850℃燒結10分鐘以完成第一次燒結，再在已進行了第一次燒結的彈性基座1上進行與第一次燒結工藝相同條件的第二次燒結，經過兩次同樣條件的燒結后形成厚膜絕緣介質漿料層。進行兩次相同條件的燒結能阻斷絕緣層2間的針孔和間隙，進一步提高絕緣層2的絕緣性能。

另外，步驟S3中所述鈍化層5為四氮化三硅鈍化層5。這樣設置能保護薄膜應變電阻3的表面、薄膜應變電阻3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3的影響。

該壓力傳感器的制造過程中，通過采用厚膜絕緣介質漿料燒結成厚膜絕緣介質漿料層的方式，使得彈性基座1無需進行研磨拋光處理即可在其上進行燒結厚膜絕緣介質漿料層，省去了耗時的研磨拋光工藝，也不用在高真空中長時間濺射薄膜絕緣層，降低該傳感器制備成本的同時，提高了制備效率，而且該壓力傳感器還保留了薄膜壓力傳感器的高精度及高穩定性，克服了厚膜壓力傳感器精度低、穩定性差的缺點。

其中，所述鈍化層5為四氮化三硅鈍化層5。這樣設置能保護薄膜應變電阻3的表面、薄膜應變電阻3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3的影響。本實施例中，所述四氮化三硅鈍化層5的厚度為0.3~0.5μm。

另外，所述彈性基座1包括圓形平膜片11及不銹鋼支撐架12，所述不銹鋼支撐架12設于圓形平膜片11的周邊；所述絕緣層2設于圓形平膜片11上。本實施例中，整個彈性基座1為馬氏不銹鋼結構，這樣設置使得彈性基座1的耐腐蝕性好、強度高。

其中，薄膜應變電阻3及電極區4均為鎳鉻合金薄膜結構。這樣設置使得薄膜應變電阻3具有更高的穩定性；而且鎳鉻合金薄膜結構的電極區4能有效阻止金薄膜6電極擴散到絕緣層2，進而破壞絕緣層2的絕緣性。本實施例中，所述鎳鉻合金薄膜結構的厚度為0.1~0.3μm。

另外，所述絕緣層2的厚度為50~60μm。

顯然，本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型權利要求的保護范圍之內。