[实用新型]一种压力敏感芯体

说明书

技术领域

本实用新型涉及薄膜应变式压力传感器的敏感芯体，特别是宽温区下高精度、高可靠性压力测量敏感芯体。

背景技术

硅压阻式压力传感器由于温度系数大、充油等原因，很难准确测试高于150℃或低于-55℃温度环境下的压力值，应变式薄膜敏感芯体由于采用溅射方式在不锈钢本底上制备，适应于各种恶劣环境下压力测量，原理上能测试液氮温度～175℃温度范围内压力值，但由于结构、材料、工艺设计等原因，测量精度与长期可靠性不高。

发明内容

为了克服现有的压力传感器很难准确测试高于150℃或低于-55℃温度环境下的压力值,或测量精度与长期可靠性不高的不足, 本实用新型旨在提供一种压力的敏感芯体，该芯体能在液氮温度～175℃温度下高精度、长期可靠测量压力。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：所述压力敏感芯体有固支的平膜片，该平膜片包括最大压应变区、最大拉应变区和非应变区，在所述最大压应变区、最大拉应变区各设两个应变电阻，该四个应变电阻组成惠斯登全桥应变电路，其结构特点是，所述非应变区设有灵敏度温度补偿铂电阻和引线导电孔。

作为对本实用新型的进一步改进：

所述非应变区设有与四个应变电阻连接的零点补偿电阻网络。其中，所述零点补偿电阻网络是将多个连接到应变电阻一端的薄膜小电阻组合成的网络 ，每个小电阻串入应变电阻, 通过对电阻组合的优化选取来补偿电桥零点。所述四个应变电阻为阻值相同的合金薄膜栅条电阻。

所述平膜片下部开有至少一个应力释放槽。所述平膜片优选为17-4PH型平膜片。

所述平膜片上端面设有绝缘层，绝缘层上方设有电阻膜，电阻膜上方设有保护膜，保护膜上方设有铂电阻与引线导电层。其中，所述绝缘层的材质为由下至上的Ta₂O₅、SiO₂、Ta₂O₅、SiO₂层，四种物质的厚度比例约为1：1：1：6。

所述零点补偿电阻网络采用改性NiCr膜。所述电阻膜采用改性NiCr膜，所述保护膜为SiO₂保护膜。

所述灵敏度温度补偿电阻和引线导电层均采用离子束溅射Pt薄膜。

藉由上述结构，本实用新型综合薄膜压力敏感芯体的制备工艺研究与版图设计，结构上选取17-4PH材料制作周边固支平膜片，平膜片可采用焊接方式固熔在测试压力底座上，在接近焊接区域设计应力释放槽；工艺上采用精密研抛机对平膜片表面进行磨、抛处理，化学清洗与高能粒子轰击清洗后，采用离子束溅射方式在平膜片上沉积功能薄膜，首先沉积的是由下至上的Ta₂O₅/SiO₂/Ta₂O₅/SiO₂绝缘层，再沉积改性NiCr合金电阻膜，通过光刻工艺刻蚀成应变电阻与补偿电阻网络，再在引线导电孔以外区域沉积SiO₂保护膜，最后结合光刻工艺，在非应变区沉积Pt补偿电阻与引线导电孔。

本实用新型的工作原理是：周边固支平膜片通过焊接方式固熔在测试压力底座上并安装固定在测试点，平膜片感受测试压力产生一定形变，沉积在其上的薄膜电阻跟随膜片形变，从而电阻阻值发生变化，由于分布在最大压应变区与最大拉应变区的电阻会产生相反的变化，连接成惠斯登全桥应变电路后输出一个与被测压力基本成线性的电信号。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

（1）平膜片结构设计采用了应力释放槽，可以减少焊接、安装时外应力对薄膜性能的影响。

（2）绝缘层采用离子束溅射方式沉积，薄膜粘附力强，而且采用的Ta₂O₅/SiO₂/Ta₂O₅/SiO₂绝缘方式，能有效提高绝缘与耐压性能，确保芯片在液氮～175℃温度范围内长期工作时绝缘可靠。

（3）应变电阻与零点补偿电阻均采用改性NiCr膜，电阻长期稳定性好，零点补偿电阻与应变电阻同工艺、同材质，不会给电路带来附加影响。