[发明专利]一种薄膜压力传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明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及其制造方法。

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。

发明内容

本发明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，本发明采用的技术方案是：

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。本发明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。进一步优选地，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。

本发明的另一个目的在于提供一种薄膜压力传感器的制造方法，包括如下步骤：

S1.在弹性基座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及电极区；

S3.在薄膜应变电阻及表面暴露的绝缘层上覆盖钝化层；

S4.在电极区上溅射金薄膜以形成电极焊接区。

步骤S1中，先对弹性基座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上。