專利名稱：一種壓力敏感芯體的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及薄膜應變式壓力傳感器的敏感芯體，特別是寬溫區(qū)下高精度、高可靠性壓力測量敏感芯體。
背景技術：
硅壓阻式壓力傳感器由于溫度系數大、充油等原因，很難準確測試高于150°C或低于_55°C溫度環(huán)境下的壓力值，應變式薄膜敏感芯體由于采用濺射方式在不銹鋼本底上制備，適應于各種惡劣環(huán)境下壓力測量，原理上能測試液氮溫度 175°C溫度范圍內壓力值， 但由于結構、材料、工藝設計等原因，測量精度與長期可靠性不高。
發(fā)明內容為了克服現有的壓力傳感器很難準確測試高于150°C或低于_55°C溫度環(huán)境下的壓力值，或測量精度與長期可靠性不高的不足，本實用新型旨在提供一種壓力的敏感芯體，該芯體能在液氮溫度 175°C溫度下高精度、長期可靠測量壓力。為了實現上述目的，本實用新型所采用的技術方案是所述壓力敏感芯體有固支的平膜片，該平膜片包括最大壓應變區(qū)、最大拉應變區(qū)和非應變區(qū)，在所述最大壓應變區(qū)、 最大拉應變區(qū)各設兩個應變電阻，該四個應變電阻組成惠斯登全橋應變電路，其結構特點是，所述非應變區(qū)設有靈敏度溫度補償鉬電阻和引線導電孔。作為對本實用新型的進一步改進所述非應變區(qū)設有與四個應變電阻連接的零點補償電阻網絡。其中，所述零點補償電阻網絡是將多個連接到應變電阻一端的薄膜小電阻組合成的網絡，每個小電阻串入應變電阻，通過對電阻組合的優(yōu)化選取來補償電橋零點。所述四個應變電阻為阻值相同的合金薄膜柵條電阻。所述平膜片下部開有至少一個應力釋放槽。所述平膜片優(yōu)選為17-4PH型平膜片。所述平膜片上端面設有絕緣層，絕緣層上方設有電阻膜，電阻膜上方設有保護膜， 保護膜上方設有鉬電阻與引線導電層。其中，所述絕緣層的材質為由下至上的Ta205、Si02、 Ta205、SiO2層，四種物質的厚度比例約為1 1 1 :6。所述零點補償電阻網絡采用改性NiCr膜。所述電阻膜采用改性NiCr膜，所述保護膜為SiO2保護膜。所述靈敏度溫度補償電阻和引線導電層均采用離子束濺射Pt薄膜。藉由上述結構，本實用新型綜合薄膜壓力敏感芯體的制備工藝研究與版圖設計， 結構上選取17-4PH材料制作周邊固支平膜片，平膜片可采用焊接方式固熔在測試壓力底座上，在接近焊接區(qū)域設計應力釋放槽；工藝上采用精密研拋機對平膜片表面進行磨、拋處理，化學清洗與高能粒子轟擊清洗后，采用離子束濺射方式在平膜片上沉積功能薄膜，首先沉積的是由下至上的Ta205/Si02/Ta205/Si02絕緣層，再沉積改性NiCr合金電阻膜，通過光刻工藝刻蝕成應變電阻與補償電阻網絡，再在引線導電孔以外區(qū)域沉積SiO2保護膜，最后結合光刻工藝，在非應變區(qū)沉積Pt補償電阻與引線導電孔。本實用新型的工作原理是周邊固支平膜片通過焊接方式固熔在測試壓力底座上并安裝固定在測試點，平膜片感受測試壓力產生一定形變，沉積在其上的薄膜電阻跟隨膜片形變，從而電阻阻值發(fā)生變化，由于分布在最大壓應變區(qū)與最大拉應變區(qū)的電阻會產生相反的變化，連接成惠斯登全橋應變電路后輸出一個與被測壓力基本成線性的電信號。與現有技術相比，本實用新型的有益效果是(1)平膜片結構設計采用了應力釋放槽，可以減少焊接、安裝時外應力對薄膜性能的影響。(2)絕緣層采用離子束濺射方式沉積，薄膜粘附力強，而且采用的Ta205/Si02/ Ta205/Si02絕緣方式，能有效提高絕緣與耐壓性能，確保芯片在液氮 175°C溫度范圍內長期工作時絕緣可靠。(3)應變電阻與零點補償電阻均采用改性NiCr膜，電阻長期穩(wěn)定性好，零點補償電阻與應變電阻同工藝、同材質，不會給電路帶來附加影響。(4)靈敏度溫度補償電阻和引線導電層均采用Pt薄膜制備，既簡化了工藝，而且 Pt薄膜性能優(yōu)異，其優(yōu)良的溫度性能可以有效補償壓力敏感芯片的靈敏度溫漂，作為引線導電層焊接性能好，在高低溫下的長期穩(wěn)定性保證了電阻值的穩(wěn)定性，也確保不因遷移或其它影響本底絕緣。(5)所有補償電阻與外引線導電層設計在非引線區(qū)，不受膜片因承受壓力而形變的影響，可以提高芯片在惡劣環(huán)境下的工作可靠性。(6)零點補償采用的是一系列連接到應變電阻端的薄膜小電阻組合成的網絡，通過對電阻組合的優(yōu)化選取，可以補償電橋零點到符合電路要求，無需再進行激光修正，避免激光對電阻膜、絕緣膜的影響，工藝質量可控性好，結合工藝能有效保證薄膜電阻橋的零點溫漂在寬溫區(qū)下滿足高精度要求。綜上所述，由于結合工藝的一系列設計，敏感芯體絕緣性能、電性能均能長期可靠工作在液氮 175°C溫度下，由于設計了薄膜零點補償電阻與靈敏感度溫漂補償電阻，提高了芯體測量精度。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步闡述。

圖1為壓力敏感芯體版面示意圖； 圖2為壓力平膜片上薄膜層次示意圖, 圖3為惠斯登全橋應變電路示意圖。 在圖中1-應力釋放槽； 2_平膜片；3-最大壓應變區(qū)；4-最大拉應變區(qū)；5_非應變區(qū)； 6，R1，R2，R3，R4-應變電阻7_零點補償電阻網絡 8-靈敏度溫度補償鉬電阻；9_引線導電孔； 10-絕緣層； 11-電阻膜；12-保護膜；13-鉬電阻與引線導電層。
具體實施方式
一種壓力敏感芯體，如圖2所示，包括機械加工帶應力釋放槽1的17-4PH周邊固支平膜片2，采用精密研拋機對平膜片2表面進行磨、拋處理，化學清洗與高能粒子轟擊清洗后，采用離子束濺射方式在平膜片2上沉積Ta205/Si02/Ta205/Si02絕緣層10和電阻膜11， 通過光刻工藝刻蝕成應變電阻6與補償電阻網絡7，結合光刻工藝在引線導電孔9以外區(qū)域沉積SiO2保護膜12，在非應變區(qū)5上沉積靈敏度溫度補償鉬電阻8與引線導電孔9。如圖1所示，在版圖設計上，應變電阻Rl、R3在平膜片的壓應變區(qū)，應變電阻R2、 R4在平膜片的拉應變區(qū)，通過外引線連接成圖3所示電橋電路，當平膜片感受壓力形變時， R1、R3電阻阻值增加，R2、R4電阻阻值減小，電橋電路輸出與壓力基本成線性的電信號。補償電阻網絡7是指一系列阻值不同的小電阻，分布在非應變區(qū)5，每個小電阻均串入應變電阻6并可以通過引線導電孔9引出，通過測試并計算，選取合適的補償電阻串入成為橋阻R1、R2、R3、R4的一部分，外引線從選取的補償電阻所帶引線導電孔9引出。如此補償后的橋路不需另串外電阻補償或激光修正橋臂。電橋的輸入端串接有兩個鉬電阻，由于溫度系數遠大于橋阻溫度系數，通過在不同溫度下對橋路的分壓不同來補償橋路的靈敏度溫漂。上述實施例闡明的內容應當理解為這些實施例僅用于更清楚地說明本實用新型， 而不用于限制本實用新型的范圍，在閱讀了本實用新型之后，本領域技術人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
權利要求1.一種壓力敏感芯體，有固支的平膜片(2)，該平膜片(2)包括最大壓應變區(qū)(3)、最大拉應變區(qū)(4)和非應變區(qū)(5)，在所述最大壓應變區(qū)(3)、最大拉應變區(qū)(4)各設兩個應變電阻(6)，該四個應變電阻(6)組成惠斯登全橋應變電路，其特征是，所述非應變區(qū)(5)設有靈敏度溫度補償鉬電阻(8)和引線導電孔(9)。
2.根據權利要求1所述的壓力敏感芯體，其特征是，所述非應變區(qū)(5)設有與四個應變電阻(6)連接的零點補償電阻網絡(7)。
3.根據權利要求1所述的壓力敏感芯體，其特征是，所述平膜片(2)下部開有至少一個應力釋放槽(1)。
4.根據權利要求1所述的壓力敏感芯體，其特征是，所述平膜片(2)上端面設有絕緣層 (10)，絕緣層(10)上方設有電阻膜(11)，電阻膜(11)上方設有保護膜(12)，保護膜(12)上方設有鉬電阻與引線導電層(13)。
5.根據權利要求1所述的壓力敏感芯體，其特征是，所述平膜片(2)為17-4PH型平膜片。
6.根據權利要求4所述的壓力敏感芯體，其特征是，所述絕緣層(10)的為由下至上的 Ta2O5λ Si02、Ta2O5λ SiO2 胃。
7.根據權利要求4所述的壓力敏感芯體，其特征是，所述電阻膜(11)采用改性MCr 膜，所述保護膜(12)為SiO2保護膜。
8.根據權利要求1所述的壓力敏感芯體，其特征是，所述靈敏度溫度補償電阻(8)和引線導電層(9)均采用離子束濺射Pt薄膜。
9.根據權利要求1所述的壓力敏感芯體，其特征是，所述四個應變電阻為阻值相同的合金薄膜柵條電阻。
10.根據權利要求2所述的壓力敏感芯體，其特征是，所述零點補償電阻網絡(7)是將多個連接到應變電阻(6)—端的薄膜小電阻組合成的網絡(7)，每個小電阻串入應變電阻 (6)，所述零點補償電阻網絡(7)采用改性NiCr膜。
專利摘要本實用新型公開了一種壓力敏感芯體，屬于薄膜應變式壓力傳感器領域，為了解決現有的壓力傳感器難準確測試高于150℃或低于-55℃溫度環(huán)境下的壓力值,或測量精度與長期可靠性不高的問題,所述壓力敏感芯體有固支的平膜片，該平膜片包括最大壓應變區(qū)、最大拉應變區(qū)和非應變區(qū)，在所述最大壓應變區(qū)、最大拉應變區(qū)各設兩個應變電阻，該四個應變電阻組成惠斯登全橋應變電路，所述非應變區(qū)設有靈敏度溫度補償鉑電阻和引線導電孔。本實用新型測量精度高、可靠性好，測量精度高達0.2級，可在液氮溫度～175℃溫度范圍內高精度、長期可靠測量壓力。
文檔編號G01L9/04GK202255734SQ20112029939
公開日2012年5月30日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權日2011年8月17日
發(fā)明者何迎輝, 謝貴久, 謝鋒 申請人:中國電子科技集團公司第四十八研究所