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      薄膜電阻應變式壓力傳感器的制作工藝簡單、 精確度高、成品率高


      發布日期:[2018-12-16]    作者:昊明壓力傳感器價格



      本文所采用的真空鍍膜方法及光刻技術, 是將成熟的半導體制作工藝,用于薄膜電阻應變式壓力傳感器的制作,該生產工藝簡單、 精確度高、成品率也高, 可進行壓力傳感器的批量生產, 因而具有很好的經濟前景。 這種改進傳感器敏感柵結構的方法,對高溫、 高性能傳感器的生產制作有著重要的意義。但其中也存在一些問題:

      1) 彈性元件的厚度直接影響傳感器的靈敏度, 在材料所能承受的壓力范圍內, 適當減小基片厚度, 將會大大提高器件的靈敏度。 

      2) 近年來, 傳感器有向小型化、 集成化方向發展的趨勢, 小尺寸、 輕重量、 高強度且性能優良的一體化器件, 是目前應變式壓力傳感器研究的方向。

      3) 陶瓷材料由于在測量極限范圍內, 都具有非常好的應力應變線性度, 而成為制作壓力傳感器彈性元件的首選材料。 但其不易進行表面拋光, 從而使光刻工藝的進行具有一定難度, 直接影響產品的成品率。 如果能將陶瓷基片表面光潔度提高, 將會使批量生產制作高精度、 高穩定性、 耐高溫的三高壓力傳感器成為可能。

       薄膜電阻應變式壓力傳感器

      應變式壓力傳感器傳感元件將感受到的非電量直接轉換成電量, 是轉換元件, 如固態壓阻式壓力傳感器。 傳統的電阻應變式壓力傳感器的電阻敏感柵是刻錄在一層絕緣脂薄膜上, 而薄膜又通過粘結劑粘合到彈性基片上, 由于彈性元件與粘結劑及絕緣脂膜之間的彈性模量不同, 彈性元件的應變不能直接傳遞給敏感柵, 而是要通過粘結劑、 絕緣脂膜才能到達敏感柵, 從而產生較大的蠕變和滯后, 影響傳感器的靈敏度、 響應度、 線性度等性能。 為了消除絕緣薄膜層和粘結劑層對傳感器性能的影響, 可以嘗試采用真空鍍膜方法及光刻技術, 在彈性元件上直接刻錄敏感柵,彈性元件與敏感柵直接接觸,以克服常規工藝導致的滯后和蠕變大的缺陷。 關鍵詞: 壓力傳感器, 薄膜, 敏感柵 隨著社會的發展, 信息處理技術、 微處理器和計算機技術的快速發展和廣泛應用, 都需要在傳感器的開發方面有相應的進展。 


      薄膜電阻應變式壓力傳感器

      應變式壓力傳感器器件研制采用真空鍍膜技術在彈性基片上蒸鍍一層約 300nm 金屬柵材料的薄膜,用半導體光刻技術, 在彈性基片上直接形成電阻敏感柵, 最后利用耐高溫、 耐酸堿腐蝕的環氧樹脂粘結劑,將制作好的芯片封裝在工件中,組成壓力傳感器探頭。經過熱老化、 電老化, 待封裝應力趨于穩定后, 進行電性能測試。 在制作薄膜電阻應變式壓力傳感器中, 采用的工藝流程如圖 3 所示。 圖 3 工藝流程圖 高溫石英薄膜壓力傳感器, 是由石英作為彈性元件的金屬薄膜應變柵為芯片組成的壓力傳感器。 免費論文參考網。 其主要特點為: 成本低、成品率高、 耐高溫、 耐酸堿腐蝕、 工藝簡單、 穩定性好等。 


      應變式壓力傳感器是將壓力這個物理量轉換成電信號的一種電阻應變式傳感器。 傳統的電阻應變式壓力傳感器是一種由敏感柵和彈性敏感元件組合起來的傳感器[7]。將應變片用粘合劑粘貼在彈性敏感元件上, 當彈性敏感元件受到外施壓力作用時, 彈性敏感元件將產生應變, 電阻應變片將它們轉換成電阻變化, 再通過電橋電路及補償電路輸出電信號。 它是目 前應用較多的壓力傳感器之一, 因具有結構簡單、 使用方便、 測量速度快等特點而廣泛應用于航空、 機械、 電力、 化工、 建筑、 醫學等諸多領域。 傳統的電阻應變式壓力傳感器的電阻敏感柵是刻錄在一層絕緣脂薄膜上,而薄膜又通過粘結劑粘合到彈性基片上,由于彈性元件與粘結劑及絕緣脂膜之間的彈性模量不同, 彈性元件的應變不能直接傳遞給敏感柵, 而是要通過粘結劑、絕緣脂膜才能到達敏感柵, 從而產生較大的蠕變和滯后, 影響傳感器的靈敏度、響應度、 線性度等性能。 另外, 由于粘結劑不能在高溫條件下使用, 這也使它的應用范圍受到限制。 為了消除絕緣薄膜層和粘結劑層對傳感器性能的影響, 可以嘗試采用真空鍍膜方法及光刻技術, 在彈性元件上直接刻錄敏感柵, 彈性元件與敏感柵直接接觸, 以克服常規工藝導致的滯后和蠕變大的缺陷。 另外, 如果彈性材料和結構選擇恰當, 還可制成耐高溫、 耐腐蝕的全隔膜式薄膜壓力傳感器。

      薄膜電阻應變式壓力傳感器

      現在非電物理量的測試與控制技術, 已越來越廣泛地應用于航天、 航空、 常規武器、 船舶、 交通運輸、 冶金、機械制造、 化工、 輕工、 生物醫學工程、 自動檢測與計量、 稱重等技術領域,而且也正在逐步引入人們的日 常生活中??梢哉f測試技術與自動控制技術水平的高低, 是衡量一個國家科學技術現代化程度的重要標志。應變式壓力傳感器是信息采集系統的感應單元, 所以, 它是自動化系統和控制設備的關鍵部件, 作為系統中的一個結構組成, 在科技、 生產自動化領域中的作用越來越重要。 傳感器亦稱換能器, 是將各種非電量( 包括物理量, 化學量, 生物學量等)按一定的規律轉換成便于處理和傳輸的另外一種物理量( 一般為電量、 磁量等)的裝置, 它能把某種形式的能量轉換成另一種形式的能量。 傳感器一般由敏感元件、 傳感元件和測量電路三部分組成, 有時還需加上輔助電源。敏感元件直接感受被測物理量,如在應變式壓力傳感器中為彈性元件;傳感元件將感受到的非電量直接轉換成電量, 是轉換元件, 如固態壓阻式壓力傳感器; 測量電路是將傳感元件輸出的電信號轉換為便于顯示、 控制和處理的有用電信號的電路, 使用較多的是電橋電路。 由于傳感器元件輸出的信號一般較小, 大多數的測量電路還包括放大電路, 有的還包括顯示器, 直接在傳感器上顯示出所測量的物理量;輔助電源是供給傳感元件和測量電路工作電壓和電流的器件。 國際電工委員會 IEC 則將傳感器定義為測量系統中的一種前置部件, 它將輸入變量轉換成可供測量的信號。 傳感器是傳感器系統的一個組成部分, 是被測量信號輸入的第一道關口。 對傳感器在技術方面有一定的要求, 而同時亦要考慮盡可能低的零點漂移、 溫度漂移及蠕變等。 近年來, 傳感器有向小型化、集成化、 智能化、 系列化 、 標準化方向發展的趨勢。 電阻式傳感器的工作原理是將被測的非電量轉換成電阻值, 通過測量此電阻值達到測量非電量的目 的。這類傳感器大致分為兩類:電阻應變式和電位計式。利用電阻式傳感器可以測量形變、 壓力、 力、 位移、 加速度和溫度等非電量參數。 



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