压力传感器种类多应用广泛,石油石化、航空航天、工程机械、汽车工控等领域都是压力传感器使用大户。像一辆传统燃油汽车上面,压力传感器超过了20颗。其逐渐形成了硅基、陶瓷基、金属基底这三类压力传感器。这几类传感器因应用场景不一样,每一类都有自己生存的空间。在消费电子领域硅基压力传感器应用较多,但在高端应用领域,金属基压力传感器应用较多。
在国防、航空航天、自动控制系统中,例如运载火箭燃料室的压力测量、导弹飞行的平衡控制以及石油工业的井下压力测量等,都需要高精度、高稳定性、耐恶劣环境的压力传感器,因为金属的机械性能优良,耐高温性能和耐腐蚀性能优越,金属弹性衬底的薄膜压力传感器便应运而生。
薄膜压力传感器的核心是金属基压敏芯片,其利用现代薄膜制备技术,采用MEMS工艺将薄膜应变电阻直接制作在金属基底上,再经过光刻、调阻等工序制成惠斯通电桥。当被测介质压力作用于金属基底使金属膜片受力弹性形变时,芯片输出与被测压力成线性关系的mV电压信号,实现对被测压力的准确快速测量。
薄膜压力传感器应用领域
薄膜压力传感器的衬底是圆形特种材料金属弹性体。第一层是起隔离作用的介质绝缘薄膜。第二层是起应变作用的金属敏感薄膜,通过光刻工艺形成电桥应变电阻,成为压力敏感芯体的核心。第三层是隔离和保护应变电阻的介质薄膜,第四层是金丝引线用的窗口镀金薄膜,它与应变电阻膜接触,实现电气引出。
合金薄膜压力传感器膜层结构
薄膜压力传感器芯体工艺制程
以下是薄膜压力传感器零点修调案例的打样工艺报告摘录:
输入15V,输出≤±0.2mv;
不能伤到底材;
靠近惠斯通电路桥臂修调,要求刀数尽量少
刀型:I型缩进
激光类型:紫外(1W)
激光参数:功率27.7%,频率28kHz
镭切速度:5mm/s
其它配置:正焦-0.6,扩束镜10X
修调结果满足:最终调零输出不超过±0.2 mV的要求。
文章总结:薄膜压力传感器可直接在被测零件表面制膜而不影响设备内部环境,有利于实现结构/感知一体化制造。由于具备这些优点,薄膜压力传感器得到越来越多国家的关注。其中压敏金属基芯片的技术和市场,曾长期被日本、英国、德国、瑞士等国外企业占据,国产率不到0.5%。经过十多年的科研攻关,国内公司攻克了异质膜关键工艺与技术,并率先将之应用于金属基压敏芯片的生产上,大族半导体测试将薄膜激光修阻技术应用到薄膜压力传感器中的芯体薄膜制备工艺环节中,激光调节零位输出,解决了产品精度和稳定性问题,并大大提高了产量,填补了我国大规模工厂化生产产线的空白。
激光修调加入后的薄膜压力传感器芯体工艺制程