本實用新型屬于應變傳感器技術領域，涉及一種高靈敏度薄膜壓力傳感器。

背景技術：

目前市場上公知的壓力傳感器產品大部分是基于硅壓阻原理設計的傳感器，它采用半導體工藝技術，將微機械結構和電路集成在一起，具有體積小、質量輕、功耗低、成本低等優(yōu)點，在整個MEMS行業(yè)中，無論是設計研究還是產業(yè)應用硅壓阻傳感器都占有主要地位，但是硅壓阻傳感器的缺點就是使用溫度范圍窄(最高測量溫度為125℃)，不能廣泛應用于高溫條件的測量。薄膜壓力傳感器近幾年來已被廣泛應用于包括民用及軍用在內的各種測量領域，其敏感元件的制作采用先進的MEMS加工技術，使傳感器具有動態(tài)響應快、長期穩(wěn)定性好、耐高溫(濺射薄膜傳感器的溫度最高可達到280℃)的特點。但目前本領域通過濺射薄膜技術生產的濺射薄膜傳感器產品都是僅限于靈敏度為(2±0.5)mV/V的要求，對于高靈敏度的濺射薄膜原理的傳感器迄今還沒有出現(xiàn)。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于對現(xiàn)有技術存在的問題加以解決，提供一種基于濺射鍍膜原理的可以滿足高靈敏度、寬量程范圍及耐高溫要求的高靈敏度薄膜壓力傳感器。

用于實現(xiàn)本實用新型目的的技術解決方案如下所述。

一種高靈敏度薄膜壓力傳感器，具有一個下部裝有壓力接口座的中空殼體，在殼體上端套裝有帶接插組件的端蓋，在壓力接口座上部設有一個敏感芯體元件和一個線路板支架，所述的敏感芯體元件包括一個下部焊接在壓力接口座上的不銹鋼制敏感彈性體，在敏感彈性體表面自下而上依次設置有絕緣膜、應變膜、焊接膜和保護膜，其中在應變膜上復制有惠斯通電橋電路，所述的線路板支架上安裝有轉接電路板，轉接電路板的輸入端與敏感芯體元件上惠斯通電橋的信號輸出端連通，轉接電路板的輸出端通過導線連接至接插組件。

上述高靈敏度薄膜壓力傳感器中，絕緣膜為采用磁控濺射方法制備的耐高溫的氧化鋁薄膜，該絕緣膜的厚度為2微米。

上述高靈敏度薄膜壓力傳感器中，應變膜為采用反應離子束濺射生成的氮氧化鈦薄膜，將惠斯通電橋通過光刻工藝復制到應變膜表面，應變膜的厚度為200納米。

上述高靈敏度薄膜壓力傳感器中，焊接膜為離子束濺射制備的純鎳薄膜，焊接膜的厚度為500納米。

上述高靈敏度薄膜壓力傳感器中，保護膜為離子束濺射制備的氮化硅薄膜，保護膜的厚度為100納米。

上述高靈敏度薄膜壓力傳感器中，轉接電路板上惠斯通電橋的應變電阻呈環(huán)狀分布并位于敏感芯體元件之敏感彈性體的最大應變區(qū)，電阻值為5000Ω。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有的優(yōu)點和技術效果如下所述。

一、本實用新型所述高靈敏度薄膜壓力傳感器中采用了不銹鋼材料制的敏感彈性體，彈性體受壓面感受被測壓力時產生變形，最終通過薄膜將應變的力學信號轉換為電學信號，將不銹鋼彈性體與壓力接口座焊接為一體，可使傳感器在惡劣環(huán)境下使用，因而本實用新型具有較好的耐高溫、耐腐蝕的特點。

二、在本實用新型所述高靈敏度薄膜壓力傳感器中，采用磁控濺射的方法制備氧化鋁絕緣膜層，采用離子束濺射技術制備應變薄膜，應變膜層為具有壓阻效應的氮氧化鈦薄膜，應變膜在受到壓力的情況下，由于壓阻效應會使應變膜的電阻率發(fā)生很大的變化，進而使電阻發(fā)生變化，因此亦使這種薄膜壓力傳感器具有較高的靈敏度(靈敏度提高到7mV/V)，另外由于采用離子束濺射工藝制備薄膜，使傳感器同時還具有長期穩(wěn)定性好、測量溫度范圍寬的優(yōu)點。

三、本實用新型采用不銹鋼彈性體加工研磨拋光后，可滿足寬量程范圍的要求，采用濺射技術實現(xiàn)應變膜與絕緣膜的原子結合，經過一定溫度的真空熱處理工藝，具有傳感器的溫度漂移系數(shù)小、一致性好及傳感器蠕變性能好等特點。

經本實用新型設計者實驗檢測，本實用新型與以往公知薄膜壓力傳感做對比，其靈敏度有明顯提高。具體傳感器輸出靈敏度為7mV/V，溫度漂移系數(shù)優(yōu)于0.005％F.S/℃。

附圖說明

圖1是本實用新型的一個具體實施例的結構示意圖。

圖2是本實用新型中敏感芯體元件的膜系結構示意圖。

圖3是本實用新型中敏感彈性體表面應變電阻示意圖。

圖中各數(shù)字標記的名稱如下：1－壓力接口座；2－轉接電路板；3－敏感芯體元件,31－敏感彈性體,32－絕緣膜,33－應變膜，34－焊接膜，35－保護膜；4－殼體；5－接插組件。

具體實施方式

以下將結合附圖對本實用新型內容做進一步說明，但本實用新型的實際制作結構并不僅限于下述的實施例。

參見附圖，本實用新型所述的高靈敏度薄膜壓力傳感器由壓力接口座1、轉接電路板2、敏感芯體元件3、殼體4、殼體端蓋、接插件5、線路板支架等構件組成。壓力接口座1裝在殼體4的下部，帶接插組件5的端蓋套裝在殼體4上端。敏感芯體元件3和線路板支架均設置在殼體腔內壓力接口座1的上部，在敏感芯體元件3內復制了惠斯通電橋電路，在線路板支架上安裝有轉接電路板2，轉接電路板2的輸入端與敏感芯體元件3內惠斯通電橋電路的信號輸出端連通，轉接電路板2的輸出端通過導線連接至接插組件5。產品制作時，采用激光束將壓力接口座1與敏感芯體元件3焊接為一體，將轉接線路板2安裝在線路板支架上，再用膠將線路板支架固定在壓力接口座1上，通過超聲壓焊將惠斯通電橋引出到轉接線路板2上，將敏感芯體元件3及轉接線路板2用殼體4封裝，并通過導線連接接插件5。

本實用新型中敏感芯體元件3的膜系結構如圖2所示，它具有一個下部焊接在壓力接口座1上的不銹鋼制敏感彈性體31，在敏感彈性體31表面自下而上依次設置有絕緣膜32、應變膜33、焊接膜34和保護膜35。絕緣膜32為采用磁控濺射的方法制備氧化鋁膜層，膜的厚度為2微米。應變膜33為采用反應離子束濺射生成的氮氧化鈦薄膜，將惠斯通電橋通過光刻工藝復制到應變膜33表面，膜的厚度為200納米。焊接膜34為離子束濺射制備的純鎳薄膜，膜的厚度為500納米。保護膜35為離子束濺射制備的氮化硅薄膜，膜的厚度為100納米。

本實用新型在應變薄膜制作完成后通過掩膜及離子束刻蝕工藝完成應變電阻圖形制作，如圖3所示。電阻均位于敏感彈性體31的最大形變區(qū)。

對敏感芯體元件3的制作步驟為：首先將按照量程要求加工好的不銹鋼制敏感彈性體31進行表面預處理研拋、清洗工藝，之后在敏感彈性體31表面先沉積絕緣膜32，再沉積應變膜33，完成絕緣膜32和應變膜33的制備后，在薄膜表面均勻涂覆一層正性光刻膠，將惠斯通電橋通過光刻工藝復制到應變膜33的表面，顯影定影后通過離子束刻蝕工藝將惠斯通電橋完整的刻蝕出來，二次涂正性光刻膠經過光刻工藝及鍍膜工藝完成焊接膜34的制備，第三次涂正性光刻膠同上述工藝完成保護膜35的制備，起到鈍化保護電橋的目的；敏感芯體元件3制作完成后，將完成保護膜35后的敏感彈性體31放置于真空退火爐內進行經過真空熱處理工藝，真空度小于5.0×10-3，熱處理溫度為750℃，保持時間為3h。