[发明专利]高温压力传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于压力传感器的技术领域，具体涉及一种高温压力传感器及其制备方法。

背景技术

目前，国际范围内MEMS结构的压力传感器在超过400 ℃以上环境下进行稳定测量尚有难度。在高温环境冲击使得压力敏感结构失效或温度噪声造成压力信号不可传输。对于一些常见的压阻式压力传感器，由于需要对电桥供电和电压检测，连接电桥及检测电路的电引线在高温环境下的稳定性难以保证。一方面，当环境温度超过400 ℃时，由于金属和半导体的互扩散作用，引线和压敏电阻的欧姆接触会发生不可逆变化；另一方面，由于高温杂质扩散作用，压敏电阻自身参数也会发生变化。从目前对金属-半导体欧姆接触的机理和工艺研究结果来看，在400 ℃以上温度下，保持欧姆接触的稳定是不可能实现的，因而基于此类原理的压力传感器无法在高温下长时间工作。要实现工程上的高温环境压力测试，必须加以水冷或隔热等封装手段予以解决。而这样就会大大的增加压力传感器的体积和复杂性，并导致某些对体积要求苛刻或无法提供水冷的工况环境下的高温压力测量难以实现.。

发明内容

本发明针对以上现实高温恶劣环境下的MEMS传感器难点，解决了现在压力传感器在高温高压环境中无法正常工作的问题，提供了一种可工作于高温气流环境下的基于LTCC陶瓷的无源高温压力传感器及其制备方法，其可工作在在400 ℃以上且无需提供电源。

本发明采用如下的技术方案实现：

一种高温压力传感器，其特征在于其包括自上而下的四层，第一层即顶层上表面一侧刷有平面方形螺旋电感，顶层上表面另一侧刷有电容上极板，电容上极板与平面方形螺旋电感的外圈串联；第二层设有密封的压力空腔，第三层覆盖于第四层上表面将电容下极板与压力空腔隔开；第四层即底层上表面刷有电容下极板，电容下极板通过填充有银浆的过孔与顶层平面方形螺旋电感的内部环心连接。

四层结构采用LTCC低温陶瓷材料，电感和电容极板采用银浆。

高温压力传感器的制备方法，步骤如下：

1）、准备生瓷片，将切好的生瓷片放于烘干炉中预处理，

2）、冲压第一、二、三层生瓷片上的过孔、第二层上的空腔结构以及第一层对应空腔结构处的气孔，打孔时将生瓷片膜置于上面，

 3）、在填孔机中置过孔网版，加入银浆，对第一、二、三层生瓷片上过孔进行填充，并进行烘干烧结实现金属化，即互联通孔金属化，填充机采用顶层抽吸的方法来实现通孔的填充，在通孔内填上金属浆料并进行烘干烧结实现金属化，

4）、将金属图形网版置于丝网印刷机上，待生瓷片与丝网印刷版对准后加入银浆料，通过精密丝网印刷使每层生瓷片形成电路图形，再对第三层生瓷片用调制好的碳浆料进行多次印刷，使其厚度等于生瓷片的厚度，

5）、将印刷好的生瓷片置于烘干炉中烘干，使浆料干结，通过叠片机将印刷好的金属化图形和形成互联通孔的生瓷片，按照预先设计的层数和次序叠到一起，紧密粘结，形成一个完整的多层基板胚体，其中第二层为含空腔的方孔生瓷片，对空腔进行碳浆料的填充，

6）、将各层生瓷片进行叠片，将生瓷片包封好保证包封不漏气且层压板四个边上有销钉定位，将包封好的生瓷片置于层压机中进行层压，

7）、将层压后的瓷片按照设定的升温曲线进行烧结，常温~450℃，升温速率2.5℃~2.7℃/min; 450℃~850℃，升温速率4.5℃~4.8℃/min;450℃，恒温22.3min; 850℃~常温，降温速率3℃~3.1℃/min； 

8）、烧结完成后将玻璃微珠放于气孔处按照设定的升温烧结曲线进行高温二次烧结，常温~500℃，升温速率22℃~25℃/min; 500℃~650℃，升温速率6℃~8℃/min; 650℃~820℃，升温速率8℃~9℃/min; 820℃~850℃，升温速率1℃~2℃/min；850℃，恒温15~20min；850℃~700℃，降温速率6℃~8℃/min；700℃~常温，自然降温。

本发明所述的传感器各层结构材料优选为DuPont951陶瓷材料，DuPont951陶瓷材料为一种LTCC低温陶瓷材料，具有很好的抗腐蚀性和长期稳定性、易于加工、耐高温且有一定的机械强度等许多优良特性。

本发明电感与电容极板材料优先选与DuPont951陶瓷材料配套的耐高温银浆，如DuPont6142D银浆，银浆料与陶瓷片有相近的热膨胀系数和相近的收缩率，浆料与陶瓷能够很好地粘合在一起。