专利名称：一种压力敏感芯体的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及薄膜应变式压力传感器的敏感芯体，特别是宽温区下高精度、高可靠性压力测量敏感芯体。
背景技术：
硅压阻式压力传感器由于温度系数大、充油等原因，很难准确测试高于150°C或低于_55°C温度环境下的压力值，应变式薄膜敏感芯体由于采用溅射方式在不锈钢本底上制备，适应于各种恶劣环境下压力测量，原理上能测试液氮温度 175°C温度范围内压力值， 但由于结构、材料、工艺设计等原因，测量精度与长期可靠性不高。
发明内容为了克服现有的压力传感器很难准确测试高于150°C或低于_55°C温度环境下的压力值，或测量精度与长期可靠性不高的不足，本实用新型旨在提供一种压力的敏感芯体，该芯体能在液氮温度 175°C温度下高精度、长期可靠测量压力。为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是所述压力敏感芯体有固支的平膜片，该平膜片包括最大压应变区、最大拉应变区和非应变区，在所述最大压应变区、 最大拉应变区各设两个应变电阻，该四个应变电阻组成惠斯登全桥应变电路，其结构特点是，所述非应变区设有灵敏度温度补偿钼电阻和引线导电孔。作为对本实用新型的进一步改进所述非应变区设有与四个应变电阻连接的零点补偿电阻网络。其中，所述零点补偿电阻网络是将多个连接到应变电阻一端的薄膜小电阻组合成的网络，每个小电阻串入应变电阻，通过对电阻组合的优化选取来补偿电桥零点。所述四个应变电阻为阻值相同的合金薄膜栅条电阻。所述平膜片下部开有至少一个应力释放槽。所述平膜片优选为17-4PH型平膜片。所述平膜片上端面设有绝缘层，绝缘层上方设有电阻膜，电阻膜上方设有保护膜， 保护膜上方设有钼电阻与引线导电层。其中，所述绝缘层的材质为由下至上的Ta205、Si02、 Ta205、SiO2层，四种物质的厚度比例约为1 1 1 :6。所述零点补偿电阻网络采用改性NiCr膜。所述电阻膜采用改性NiCr膜，所述保护膜为SiO2保护膜。所述灵敏度温度补偿电阻和引线导电层均采用离子束溅射Pt薄膜。藉由上述结构，本实用新型综合薄膜压力敏感芯体的制备工艺研究与版图设计， 结构上选取17-4PH材料制作周边固支平膜片，平膜片可采用焊接方式固熔在测试压力底座上，在接近焊接区域设计应力释放槽；工艺上采用精密研抛机对平膜片表面进行磨、抛处理，化学清洗与高能粒子轰击清洗后，采用离子束溅射方式在平膜片上沉积功能薄膜，首先沉积的是由下至上的Ta205/Si02/Ta205/Si02绝缘层，再沉积改性NiCr合金电阻膜，通过光刻工艺刻蚀成应变电阻与补偿电阻网络，再在引线导电孔以外区域沉积SiO2保护膜，最后结合光刻工艺，在非应变区沉积Pt补偿电阻与引线导电孔。本实用新型的工作原理是周边固支平膜片通过焊接方式固熔在测试压力底座上并安装固定在测试点，平膜片感受测试压力产生一定形变，沉积在其上的薄膜电阻跟随膜片形变，从而电阻阻值发生变化，由于分布在最大压应变区与最大拉应变区的电阻会产生相反的变化，连接成惠斯登全桥应变电路后输出一个与被测压力基本成线性的电信号。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是(1)平膜片结构设计采用了应力释放槽，可以减少焊接、安装时外应力对薄膜性能的影响。(2)绝缘层采用离子束溅射方式沉积，薄膜粘附力强，而且采用的Ta205/Si02/ Ta205/Si02绝缘方式，能有效提高绝缘与耐压性能，确保芯片在液氮 175°C温度范围内长期工作时绝缘可靠。(3)应变电阻与零点补偿电阻均采用改性NiCr膜，电阻长期稳定性好，零点补偿电阻与应变电阻同工艺、同材质，不会给电路带来附加影响。(4)灵敏度温度补偿电阻和引线导电层均采用Pt薄膜制备，既简化了工艺，而且 Pt薄膜性能优异，其优良的温度性能可以有效补偿压力敏感芯片的灵敏度温漂，作为引线导电层焊接性能好，在高低温下的长期稳定性保证了电阻值的稳定性，也确保不因迁移或其它影响本底绝缘。(5)所有补偿电阻与外引线导电层设计在非引线区，不受膜片因承受压力而形变的影响，可以提高芯片在恶劣环境下的工作可靠性。(6)零点补偿采用的是一系列连接到应变电阻端的薄膜小电阻组合成的网络，通过对电阻组合的优化选�。梢圆钩サ缜帕愕愕椒系缏芬螅扌柙俳屑す庑拚苊饧す舛缘缱枘�、绝缘膜的影响，工艺质量可控性好，结合工艺能有效保证薄膜电阻桥的零点温漂在宽温区下满足高精度要求。综上所述，由于结合工艺的一系列设计，敏感芯体绝缘性能、电性能均能长期可靠工作在液氮 175°C温度下，由于设计了薄膜零点补偿电阻与灵敏感度温漂补偿电阻，提高了芯体测量精度。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步阐述。
图1为压力敏感芯体版面示意图； 图2为压力平膜片上薄膜层次示意图, 图3为惠斯登全桥应变电路示意图。 在图中1-应力释放槽； 2_平膜片；3-最大压应变区；4-最大拉应变区；5_非应变区； 6，R1，R2，R3，R4-应变电阻7_零点补偿电阻网络 8-灵敏度温度补偿钼电阻；9_引线导电孔； 10-绝缘层； 11-电阻膜；12-保护膜；13-钼电阻与引线导电层。
具体实施方式
一种压力敏感芯体，如图2所示，包括机械加工带应力释放槽1的17-4PH周边固支平膜片2，采用精密研抛机对平膜片2表面进行磨、抛处理，化学清洗与高能粒子轰击清洗后，采用离子束溅射方式在平膜片2上沉积Ta205/Si02/Ta205/Si02绝缘层10和电阻膜11， 通过光刻工艺刻蚀成应变电阻6与补偿电阻网络7，结合光刻工艺在引线导电孔9以外区域沉积SiO2保护膜12，在非应变区5上沉积灵敏度温度补偿钼电阻8与引线导电孔9。如图1所示，在版图设计上，应变电阻Rl、R3在平膜片的压应变区，应变电阻R2、 R4在平膜片的拉应变区，通过外引线连接成图3所示电桥电路，当平膜片感受压力形变时， R1、R3电阻阻值增加，R2、R4电阻阻值减�。缜诺缏肥涑鲇胙沽境上咝缘牡缧藕拧２钩サ缱柰�7是指一系列阻值不同的小电阻，分布在非应变区5，每个小电阻均串入应变电阻6并可以通过引线导电孔9引出，通过测试并计算，选取合适的补偿电阻串入成为桥阻R1、R2、R3、R4的一部分，外引线从选取的补偿电阻所带引线导电孔9引出。如此补偿后的桥路不需另串外电阻补偿或激光修正桥臂。电桥的输入端串接有两个钼电阻，由于温度系数远大于桥阻温度系数，通过在不同温度下对桥路的分压不同来补偿桥路的灵敏度温漂。上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本实用新型， 而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
权利要求1.一种压力敏感芯体，有固支的平膜片(2)，该平膜片(2)包括最大压应变区(3)、最大拉应变区(4)和非应变区(5)，在所述最大压应变区(3)、最大拉应变区(4)各设两个应变电阻(6)，该四个应变电阻(6)组成惠斯登全桥应变电路，其特征是，所述非应变区(5)设有灵敏度温度补偿钼电阻(8)和引线导电孔(9)。
2.根据权利要求1所述的压力敏感芯体，其特征是，所述非应变区(5)设有与四个应变电阻(6)连接的零点补偿电阻网络(7)。
3.根据权利要求1所述的压力敏感芯体，其特征是，所述平膜片(2)下部开有至少一个应力释放槽(1)。
4.根据权利要求1所述的压力敏感芯体，其特征是，所述平膜片(2)上端面设有绝缘层 (10)，绝缘层(10)上方设有电阻膜(11)，电阻膜(11)上方设有保护膜(12)，保护膜(12)上方设有钼电阻与引线导电层(13)。
5.根据权利要求1所述的压力敏感芯体，其特征是，所述平膜片(2)为17-4PH型平膜片。
6.根据权利要求4所述的压力敏感芯体，其特征是，所述绝缘层(10)的为由下至上的 Ta2O5λ Si02、Ta2O5λ SiO2 胃。
7.根据权利要求4所述的压力敏感芯体，其特征是，所述电阻膜(11)采用改性MCr 膜，所述保护膜(12)为SiO2保护膜。
8.根据权利要求1所述的压力敏感芯体，其特征是，所述灵敏度温度补偿电阻(8)和引线导电层(9)均采用离子束溅射Pt薄膜。
9.根据权利要求1所述的压力敏感芯体，其特征是，所述四个应变电阻为阻值相同的合金薄膜栅条电阻。
10.根据权利要求2所述的压力敏感芯体，其特征是，所述零点补偿电阻网络(7)是将多个连接到应变电阻(6)—端的薄膜小电阻组合成的网络(7)，每个小电阻串入应变电阻 (6)，所述零点补偿电阻网络(7)采用改性NiCr膜。
专利摘要本实用新型公开了一种压力敏感芯体，属于薄膜应变式压力传感器领域，为了解决现有的压力传感器难准确测试高于150℃或低于-55℃温度环境下的压力值,或测量精度与长期可靠性不高的问题,所述压力敏感芯体有固支的平膜片，该平膜片包括最大压应变区、最大拉应变区和非应变区，在所述最大压应变区、最大拉应变区各设两个应变电阻，该四个应变电阻组成惠斯登全桥应变电路，所述非应变区设有灵敏度温度补偿铂电阻和引线导电孔。本实用新型测量精度高、可靠性好，测量精度高达0.2级，可在液氮温度～175℃温度范围内高精度、长期可靠测量压力。
文档编号G01L9/04GK202255734SQ20112029939
公开日2012年5月30日 申请日期2011年8月17日 优先权日2011年8月17日
发明者何迎辉, 谢贵久, 谢锋 申请人:中国电子科技集团公司第四十八研究所
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