专利名称:一种薄膜压力传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种薄膜压力传感器，包括弹性基底，所述弹性基底为由两个竖直部分和连接所述两个竖直部分顶端的水平部分构成的倒U型；所述倒U型上表面覆盖有缓冲层；所述缓冲层上设有绝缘层；所述倒U型水平部分上方的绝缘层上设有多个应变电阻层；所述倒U型竖直部分上方的绝缘层上设有多个测温电阻层；所述应变电阻层和测温电阻层上表面的焊盘区域均设有电极层；所述多个应变电阻层之间的绝缘层上、所述测温电阻层与应变电阻层之间的绝缘层上，以及应变电阻层和测温电阻层的非焊盘区域均设有钝化层。本实用新型解决了现有薄膜压力传感器灵敏度不足，不适合于恶劣环境下应变测量的问题。
【专利说明】 一种薄膜压力传感器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种薄膜压力传感器。
【背景技术】
[0002]薄膜传感器被称为第三代传感器，是国外80年代后随着薄膜技术的进步逐步发展起来的感器新品种，由于薄膜压力传感器采用的是物理气相沉积的方法制备，能满足高温、湿热、腐蚀、震动等恶劣环境下使用。薄膜压力传感器由于其优异的稳定性和恶劣环境适应性在航空、航天领域、石油工业及汽车等领域得到了广泛应用。
[0003]目前，薄膜压力传感器芯体主要使用的应变材料是镍铬合金，但是由于镍铬合金应变因子低于2.5，因此限制了传感器的灵敏度，不适合于恶劣环境下测量应变，所以开发具有高灵敏度的应变材料对于薄膜压力传感器的性能十分重要的。
[0004]因此，亟需一种以氮化坦为应变材料的薄膜压力传感器，以解决上述现有存在的冋题。
【发明内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种薄膜压力传感器，解决现有薄膜压力传感器灵敏度不足，不适合于恶劣环境下应变测量的问题，实现对压力参数的精确测量，提高薄膜压力传感器抗环境干扰能力和可靠性。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是:一种薄膜压力传感器，包括弹性基底，所述弹性基底为由两个竖直部分和连接所述两个竖直部分顶端的水平部分构成的倒U型；所述倒U型上表面覆盖有缓冲层；所述缓冲层上设有绝缘层；所述倒U型水平部分上方的绝缘层上设有多个应变电阻层；所述倒U型竖直部分上方的绝缘层上设有多个测温电阻层；所述应变电阻层和测温电阻层上表面的焊盘区域均设有电极层；所述多个应变电阻层之间的绝缘层上、所述测温电阻层与应变电阻层之间的绝缘层上，以及应变电阻层和测温电阻层的非焊盘区域均设有钝化层。
[0007]所述弹性基底采用不锈钢制成。
[0008]所述缓冲层为氧化钽薄膜，所述氧化钽薄膜厚度为0.05 μ πΓ 0.1 μ m，其热膨胀系数介于不锈钢衬底与二氧化硅绝缘膜之间，有效的缓冲了热失配对二氧化硅膜层的破坏。
[0009]所述应变电阻层为氧化钽薄膜，所述氧化钽薄膜厚度为2.5 μπΓ3 μπι ;所述氧化钽薄膜的方块电阻为10 Ω/方块，应变因子大于3.5，芯体具有高的灵敏度及精度。
[0010]所述测温电阻层由金属铂薄膜制备而成。
[0011]所述钝化层为二氧化硅薄膜，所述二氧化硅薄膜厚度为0.2 ym，有效的阻挡了氧气和水汽对传感器功能层的侵蚀，提高了稳定性和可靠性。
[0012]所述电极层由金属镍铬、铂和金薄膜依次沉积制备而成，可以有效的阻挡金薄膜的扩散，并为后期焊接封装提供高质量的金薄膜电极。
[0013]与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为:本实用新型解决了现有薄膜压力传感器灵敏度不足，不适合于恶劣环境下应变测量的问题，能实现对压力参数的精确测量，提高了薄膜压力传感器抗环境干扰能力和可靠性。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型一实施例结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]如图1所示，本实用新型一实施例包括弹性基底1，所述弹性基底I上表面设有氧化钽缓冲层2，该缓冲层2上设有二氧化硅绝缘层3，在二氧化硅绝缘层3上设有氮化钽应变电阻层4和测温电阻层5，在应变电阻层4和测温电阻层5上的焊盘区域设有金电极层6，应变电阻层4和测温电阻层5非焊盘区域设有二氧化硅钝化层7。
[0016]本实用新型的以氮化钽为应变材料的薄膜压力传感器的制备方法，依次按照以下步骤进行:
[0017]a)对不锈钢弹性体基底I进行研磨与抛光处理，保证沉积薄膜前不锈钢基底的洁净度与平行度；
[0018]b)利用离子束溅射沉积厚度0.05 μ πΓΟ.1 μ m的氧化钽过渡膜，用以增强二氧化硅绝缘层薄膜与不锈钢弹性体基底的结合力；离子束溅射沉积厚度2.5 μ πΓ3 μπι的二氧化硅绝缘层薄膜；在二氧化硅绝缘层薄膜用离子束溅射沉积氮化钽功能膜，氮化钽薄膜的方块电阻为10 Ω/ □，应变因子大于3.5 ；
[0019]c)利用光刻工艺制作光刻胶掩膜层，通过离子束刻蚀氮化钽薄膜形成四个电阻桥组成惠斯通全桥电路，内电阻分布在靠近弹性体应变区域的中心，外电阻分布在靠近应变区域的边缘；
[0020]d)利用光刻工艺制作光刻胶掩膜层，通过离子束溅射沉积测温电阻层铂；
[0021]e)利用光刻工艺制作光刻胶掩膜层，通过离子束溅射沉积电极薄膜层金；
[0022]f)利用光刻工艺制作光刻胶掩膜层，通过离子束溅射沉积钝化层二氧化硅。
[0023]本实用新型中，应变电阻层材料是氮化钽薄膜，其方块电阻为10Ω/ □，应变因子大于3.5，电阻温度系数在±100 ppm/K以内，得到的芯体具有高的灵敏度及精度。
[0024]本实用新型中，缓冲层采用的是氧化坦，其热膨胀系数介于不锈钢衬底与二氧化硅绝缘膜之间，有效的缓冲了热失配对二氧化硅膜层的破坏。
[0025]本实用新型中，测温电阻层是通过离子束溅射沉积在芯片非应变区域的薄膜铂电阻，可以同时进行压力和温度测量。
[0026]本实用新型中，应变电阻层采用光刻与离子束刻蚀工艺实现图形制备，保证了应变电阻功能栅条的均匀性及重复性，提高了稳定性和可靠性。
[0027]本实用新型中，电极材料采用的是NiCr/Pt/Au结构，可以有效的阻挡金薄膜的扩散，并为后期焊接封装提供高质量的金薄膜电极。
[0028]本实用新型中，钝化层采用二氧化硅薄膜，有效的阻挡了氧气和水汽对传感器功能层的侵蚀，提高了稳定性和可靠性。
【权利要求】
1.一种薄膜压力传感器，其特征在于，包括弹性基底(I )，所述弹性基底(I)为由两个竖直部分和连接所述两个竖直部分顶端的水平部分构成的倒U型；所述倒U型上表面覆盖有缓冲层(2);所述缓冲层(2)上设有绝缘层(3);所述倒U型水平部分上方的绝缘层(3)上设有多个应变电阻层(4);所述倒U型竖直部分上方的绝缘层(3)上设有多个测温电阻层(5);所述应变电阻层(4)和测温电阻层(5)上表面的焊盘区域均设有电极层(6);所述多个应变电阻层(4)之间的绝缘层(3)上、所述测温电阻层(5)与应变电阻层(4)之间的绝缘层(3)上，以及应变电阻层(4)和测温电阻层(5)的非焊盘区域均设有钝化层(7)。2.根据权利要求1所述的薄膜压力传感器，其特征在于，所述弹性基底(I)采用不锈钢制成。3.根据权利要求1所述的薄膜压力传感器，其特征在于，所述缓冲层(2)为氧化钽薄膜，所述氧化钽薄膜厚度为0.05 μ πΓ 0.1 μ m。4.根据权利要求1所述的薄膜压力传感器，其特征在于，所述应变电阻层(4)为氧化钽薄膜，所述氧化钽薄膜厚度为2.5 μ πΓ3 μ m。5.根据权利要求4所述的薄膜压力传感器，其特征在于，所述氧化钽薄膜的方块电阻为10 Ω/方块，应变因子大于3.5。6.根据权利要求1所述的薄膜压力传感器，其特征在于，所述测温电阻层(5)由金属铂薄膜制备而成。7.根据权利要求1所述的薄膜压力传感器，其特征在于，所述钝化层(7)为二氧化硅薄膜，所述二氧化娃薄膜厚度为0.2 μ m。8.根据权利要求1所述的薄膜压力传感器，其特征在于，所述电极层(6)由金属镍铬、铂和金薄膜依次沉积制备而成。
【文档编号】G01L9-04GK204286669SQ201420694900
【发明者】周国方, 景涛, 龚星, 袁云华, 章良 [申请人]中国电子科技集团公司第四十八研究所