一種薄膜壓力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種薄膜壓力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]薄膜傳感器被稱為第三代傳感器，是國外80年代后隨著薄膜技術(shù)的進(jìn)步逐步發(fā)展起來的感器新品種，由于薄膜壓力傳感器采用的是物理氣相沉積的方法制備，能滿足高溫、濕熱、腐蝕、震動等惡劣環(huán)境下使用。薄膜壓力傳感器由于其優(yōu)異的穩(wěn)定性和惡劣環(huán)境適應(yīng)性在航空、航天領(lǐng)域、石油工業(yè)及汽車等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
[0003]目前，薄膜壓力傳感器芯體主要使用的應(yīng)變材料是鎳鉻合金，但是由于鎳鉻合金應(yīng)變因子低于2.5，因此限制了傳感器的靈敏度，不適合于惡劣環(huán)境下測量應(yīng)變，所以開發(fā)具有高靈敏度的應(yīng)變材料對于薄膜壓力傳感器的性能十分重要的。
[0004]因此，亟需一種以氮化坦為應(yīng)變材料的薄膜壓力傳感器，以解決上述現(xiàn)有存在的冋題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種薄膜壓力傳感器，解決現(xiàn)有薄膜壓力傳感器靈敏度不足，不適合于惡劣環(huán)境下應(yīng)變測量的問題，實(shí)現(xiàn)對壓力參數(shù)的精確測量，提高薄膜壓力傳感器抗環(huán)境干擾能力和可靠性。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種薄膜壓力傳感器，包括彈性基底，所述彈性基底為由兩個(gè)豎直部分和連接所述兩個(gè)豎直部分頂端的水平部分構(gòu)成的倒U型；所述倒U型上表面覆蓋有緩沖層；所述緩沖層上設(shè)有絕緣層；所述倒U型水平部分上方的絕緣層上設(shè)有多個(gè)應(yīng)變電阻層；所述倒U型豎直部分上方的絕緣層上設(shè)有多個(gè)測溫電阻層；所述應(yīng)變電阻層和測溫電阻層上表面的焊盤區(qū)域均設(shè)有電極層；所述多個(gè)應(yīng)變電阻層之間的絕緣層上、所述測溫電阻層與應(yīng)變電阻層之間的絕緣層上，以及應(yīng)變電阻層和測溫電阻層的非焊盤區(qū)域均設(shè)有鈍化層。
[0007]所述彈性基底采用不銹鋼制成。
[0008]所述緩沖層為氧化鉭薄膜，所述氧化鉭薄膜厚度為0.05 μ πΓ 0.1 μ m，其熱膨脹系數(shù)介于不銹鋼襯底與二氧化硅絕緣膜之間，有效的緩沖了熱失配對二氧化硅膜層的破壞。
[0009]所述應(yīng)變電阻層為氧化鉭薄膜，所述氧化鉭薄膜厚度為2.5 μπΓ3 μπι ;所述氧化鉭薄膜的方塊電阻為10 Ω/方塊，應(yīng)變因子大于3.5，芯體具有高的靈敏度及精度。
[0010]所述測溫電阻層由金屬鉑薄膜制備而成。
[0011]所述鈍化層為二氧化硅薄膜，所述二氧化硅薄膜厚度為0.2 ym，有效的阻擋了氧氣和水汽對傳感器功能層的侵蝕，提高了穩(wěn)定性和可靠性。
[0012]所述電極層由金屬鎳鉻、鉑和金薄膜依次沉積制備而成，可以有效的阻擋金薄膜的擴(kuò)散，并為后期焊接封裝提供高質(zhì)量的金薄膜電極。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所具有的有益效果為:本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有薄膜壓力傳感器靈敏度不足，不適合于惡劣環(huán)境下應(yīng)變測量的問題，能實(shí)現(xiàn)對壓力參數(shù)的精確測量，提高了薄膜壓力傳感器抗環(huán)境干擾能力和可靠性。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1所示，本實(shí)用新型一實(shí)施例包括彈性基底1，所述彈性基底I上表面設(shè)有氧化鉭緩沖層2，該緩沖層2上設(shè)有二氧化硅絕緣層3，在二氧化硅絕緣層3上設(shè)有氮化鉭應(yīng)變電阻層4和測溫電阻層5，在應(yīng)變電阻層4和測溫電阻層5上的焊盤區(qū)域設(shè)有金電極層6，應(yīng)變電阻層4和測溫電阻層5非焊盤區(qū)域設(shè)有二氧化硅鈍化層7。
[0016]本實(shí)用新型的以氮化鉭為應(yīng)變材料的薄膜壓力傳感器的制備方法，依次按照以下步驟進(jìn)行:
[0017]a)對不銹鋼彈性體基底I進(jìn)行研磨與拋光處理，保證沉積薄膜前不銹鋼基底的潔凈度與平行度；
[0018]b)利用離子束濺射沉積厚度0.05 μ πΓΟ.1 μ m的氧化鉭過渡膜，用以增強(qiáng)二氧化硅絕緣層薄膜與不銹鋼彈性體基底的結(jié)合力；離子束濺射沉積厚度2.5 μ πΓ3 μπι的二氧化硅絕緣層薄膜；在二氧化硅絕緣層薄膜用離子束濺射沉積氮化鉭功能膜，氮化鉭薄膜的方塊電阻為10 Ω/ □，應(yīng)變因子大于3.5 ；
[0019]c)利用光刻工藝制作光刻膠掩膜層，通過離子束刻蝕氮化鉭薄膜形成四個(gè)電阻橋組成惠斯通全橋電路，內(nèi)電阻分布在靠近彈性體應(yīng)變區(qū)域的中心，外電阻分布在靠近應(yīng)變區(qū)域的邊緣；
[0020]d)利用光刻工藝制作光刻膠掩膜層，通過離子束濺射沉積測溫電阻層鉑；
[0021]e)利用光刻工藝制作光刻膠掩膜層，通過離子束濺射沉積電極薄膜層金；
[0022]f)利用光刻工藝制作光刻膠掩膜層，通過離子束濺射沉積鈍化層二氧化硅。
[0023]本實(shí)用新型中，應(yīng)變電阻層材料是氮化鉭薄膜，其方塊電阻為10Ω/ □，應(yīng)變因子大于3.5，電阻溫度系數(shù)在±100 ppm/K以內(nèi)，得到的芯體具有高的靈敏度及精度。
[0024]本實(shí)用新型中，緩沖層采用的是氧化坦，其熱膨脹系數(shù)介于不銹鋼襯底與二氧化硅絕緣膜之間，有效的緩沖了熱失配對二氧化硅膜層的破壞。
[0025]本實(shí)用新型中，測溫電阻層是通過離子束濺射沉積在芯片非應(yīng)變區(qū)域的薄膜鉑電阻，可以同時(shí)進(jìn)行壓力和溫度測量。
[0026]本實(shí)用新型中，應(yīng)變電阻層采用光刻與離子束刻蝕工藝實(shí)現(xiàn)圖形制備，保證了應(yīng)變電阻功能柵條的均勻性及重復(fù)性，提高了穩(wěn)定性和可靠性。
[0027]本實(shí)用新型中，電極材料采用的是NiCr/Pt/Au結(jié)構(gòu)，可以有效的阻擋金薄膜的擴(kuò)散，并為后期焊接封裝提供高質(zhì)量的金薄膜電極。
[0028]本實(shí)用新型中，鈍化層采用二氧化硅薄膜，有效的阻擋了氧氣和水汽對傳感器功能層的侵蝕，提高了穩(wěn)定性和可靠性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種薄膜壓力傳感器，其特征在于，包括彈性基底(I )，所述彈性基底(I)為由兩個(gè)豎直部分和連接所述兩個(gè)豎直部分頂端的水平部分構(gòu)成的倒U型；所述倒U型上表面覆蓋有緩沖層(2);所述緩沖層(2)上設(shè)有絕緣層(3);所述倒U型水平部分上方的絕緣層(3)上設(shè)有多個(gè)應(yīng)變電阻層(4);所述倒U型豎直部分上方的絕緣層(3)上設(shè)有多個(gè)測溫電阻層(5);所述應(yīng)變電阻層(4)和測溫電阻層(5)上表面的焊盤區(qū)域均設(shè)有電極層(6);所述多個(gè)應(yīng)變電阻層(4)之間的絕緣層(3)上、所述測溫電阻層(5)與應(yīng)變電阻層(4)之間的絕緣層(3)上，以及應(yīng)變電阻層(4)和測溫電阻層(5)的非焊盤區(qū)域均設(shè)有鈍化層(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜壓力傳感器，其特征在于，所述彈性基底(I)采用不銹鋼制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜壓力傳感器，其特征在于，所述緩沖層(2)為氧化鉭薄膜，所述氧化鉭薄膜厚度為0.05 μ πΓ 0.1 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜壓力傳感器，其特征在于，所述應(yīng)變電阻層(4)為氧化鉭薄膜，所述氧化鉭薄膜厚度為2.5 μ πΓ3 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的薄膜壓力傳感器，其特征在于，所述氧化鉭薄膜的方塊電阻為10 Ω/方塊，應(yīng)變因子大于3.5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜壓力傳感器，其特征在于，所述測溫電阻層(5)由金屬鉑薄膜制備而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜壓力傳感器，其特征在于，所述鈍化層(7)為二氧化硅薄膜，所述二氧化娃薄膜厚度為0.2 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜壓力傳感器，其特征在于，所述電極層(6)由金屬鎳鉻、鉑和金薄膜依次沉積制備而成。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種薄膜壓力傳感器，包括彈性基底，所述彈性基底為由兩個(gè)豎直部分和連接所述兩個(gè)豎直部分頂端的水平部分構(gòu)成的倒U型；所述倒U型上表面覆蓋有緩沖層；所述緩沖層上設(shè)有絕緣層；所述倒U型水平部分上方的絕緣層上設(shè)有多個(gè)應(yīng)變電阻層；所述倒U型豎直部分上方的絕緣層上設(shè)有多個(gè)測溫電阻層；所述應(yīng)變電阻層和測溫電阻層上表面的焊盤區(qū)域均設(shè)有電極層；所述多個(gè)應(yīng)變電阻層之間的絕緣層上、所述測溫電阻層與應(yīng)變電阻層之間的絕緣層上，以及應(yīng)變電阻層和測溫電阻層的非焊盤區(qū)域均設(shè)有鈍化層。本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有薄膜壓力傳感器靈敏度不足，不適合于惡劣環(huán)境下應(yīng)變測量的問題。
【IPC分類】G01L9-04
【公開號】CN204286669
【申請?zhí)枴緾N201420694900
【發(fā)明人】周國方, 景濤, 龔星, 袁云華, 章良
【申請人】中國電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月19日