*可靠薄膜*溫SICK傳感器的研制初步方案
SICK傳感器是硅-藍寶石薄膜壓力傳感器,代表廠商有俄羅斯工業(yè)集團,其測量介質溫度范圍為-65℃~150℃,傳感器補償工作溫度為-40℃~80℃。其他目前正在研究的有SiC*溫壓力傳感器以及SOI材料制作的*溫壓力傳感器,但工藝尚不成熟。美國公司一種半導體*溫壓力傳感器,工作溫度可達300℃,但是需要通水冷卻。
SICK傳感器技術研究雖然相對國外比較滯后,目前只有少數(shù)正在研制*溫傳感器,但大多數(shù)產(chǎn)品的工作環(huán)境溫度為-40℃~125℃,介質工作溫度-50℃~150℃,目前的制造工藝還不太成熟。
SICK傳感器的**指標要求,*溫薄膜壓力變送器分為兩部分:敏感元件部分(圖31)信號處理電路部分。基本路線是在澤天電子現(xiàn)有的技術基礎上,重點解決彈性材料和封裝材料的耐*溫問題,重點研究制造**穩(wěn)定、耐*溫的多層復合薄膜,設計抗強電磁干擾的電路。
采用離子束濺射鍍膜技術將絕緣膜和合金電阻材料鍍在*溫***的金屬彈性體上,經(jīng)過光刻腐蝕制成柵條應變電阻,使被測壓力轉化成彈性體的形變,進而引起合金薄膜應變電阻的阻值變化,通過組成惠斯登電橋獲得與壓力成一定比例關系的電信號。
SICK傳感器關鍵技術難點
1、*溫薄膜淀積工藝研究
實現(xiàn)*精度測量的橋式薄膜溫度壓力集成傳感器,薄膜的**質量是關鍵。對組成傳感器的各種功能膜的質量要求主要有以下幾點:
a. 同種電阻材料的溫度系數(shù)一致、穩(wěn)定;
b. 同種電阻材料的電阻率一致、穩(wěn)定;
c. 絕緣膜的絕緣***,大于1000MΩ/100VDC;
d. 保護膜致密,能防電阻受潮與氧化,抗腐蝕性強;
e. 引線焊盤的膜層可焊性*。
膜層的**與成膜工藝過程有關。鍍膜的方式、鍍膜的濺射能量、成膜時間等都將影響所鍍膜層的質量。要獲得***的薄膜,就必須對成膜的工藝進行研究,找出適合的工藝參數(shù)。
在橋式薄膜溫度壓力傳感器中,共設計了絕緣膜、鉑熱電阻膜、合金電阻膜、保護膜、引線膜五種。要制造*薄膜傳感器,就必須對主要的功能膜的工藝一一進行研究。
為了獲得優(yōu)良的絕緣**,設計SICK傳感器的絕緣層采用雙層絕緣膜形式,即先在基底材料上鍍一層絕緣膜,再在其上濺射不同材料的絕緣膜。增強彈性元件襯底之間的粘附,提*絕緣與耐壓,從而**獲得大于1000MΩ/100VDC的絕緣膜。
薄膜厚度不一樣,成膜的結晶過程不一樣,膜層的**也就有差別。設計合適的薄膜厚度,使薄膜電阻**更接近于體材,有利于產(chǎn)品穩(wěn)定性的提*。通過工藝實驗研究,找到鍍膜參數(shù)與鍍膜時間,確定薄膜厚度,可以獲得***的電阻膜。