本實用新型屬于壓力測量裝置技術領域，涉及一種高溫薄膜壓力敏感元件。

背景技術：

壓力敏感元件按其原理可分為電阻式、電容式、電感式、壓電式及光電式等，能夠制作成薄膜類的壓力敏感元件一般僅限于電阻式結構。在電阻式結構中目前常規(guī)使用的是硅壓阻式薄膜壓力敏感元件，該元件采用了硅材料的壓阻效應，在其薄膜元件受壓時，電阻值發(fā)生變化從而能夠達到測壓的目的。但這類薄膜壓力敏感元件中存在pn節(jié)，該結構會在高溫下產生“質變”，使得敏感元件在高溫下的性能及穩(wěn)定性極差，不能長期進行高溫測量。目前，本領域只是在某些大型科研機構開發(fā)出了高溫壓力敏感元件為核心的壓力傳感器，如已經出現了部分在可400℃～500℃之間使用的以高溫薄膜為基礎的高溫壓力傳感器，其主要的結構是以單晶硅或多晶硅為基礎研制的薄膜系統(tǒng)，但同樣由于硅本身中pn節(jié)的作用，限制了以多晶硅和單晶硅為基礎的高溫薄膜系統(tǒng)的開發(fā)。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于對現有技術存在的問題加以解決，提供一種結構科學合理、精度高、長期穩(wěn)定性好、動態(tài)頻響高、可在高溫下進行穩(wěn)定壓力測量的高溫薄膜壓力敏感元件。

用于實現本實用新型目的的技術解決方案如下所述。

一種高溫薄膜壓力敏感元件，包括一個金屬材料制的罩筒形耐高溫彈性體，在耐高溫彈性體的表面自下而上依次設置有介質薄膜、壓敏薄膜和保護膜，其中，介質薄膜是由多層SiO₂膜和多層Al₂O₃疊加構成的總厚度為1.0～1.2微米的薄膜，壓敏薄膜為通過離子束濺射沉積及光刻工藝制成的厚度為100～200納米的NiCr合金平面電阻膜，在壓敏薄膜上復制有惠斯通電橋，保護膜為通過反應離子束濺射沉積工藝制成的厚度為100～200納米的Si₃N₄材料膜。

上述高溫薄膜壓力敏感元件中，連接惠斯頓電橋的四個電阻(R1、R2、R、R4)處于耐高溫彈性體感受壓力后的表面應變區(qū)內，能夠產生一定比例的信號輸出。

與現有技術相比，本實用新型具有的優(yōu)點如下所述。

一、本實用新型所述的薄膜壓力敏感元件采用了應變式電阻結構，在不銹鋼基底上采用離子束濺射鍍膜、離子束刻蝕以及微加工工藝相配合，制成耐高溫薄膜壓力敏感元件，該薄膜壓力敏感元件中不存在硅材料，沒有pn節(jié)，溫度對其影響較小，且薄膜致密、附性強，制作的薄膜遠見長期穩(wěn)定性好。

二、具有500℃高溫下穩(wěn)定可靠測壓能力。本實用新型采用磁控濺射及離子束濺射技術制作薄膜壓力敏感元件的敏感膜層，薄膜本身具有很高的溫度穩(wěn)定性，再附加高溫承壓彈性體，制作出的薄膜壓力敏感元件可在500℃高溫下穩(wěn)定可靠壓力測量。

三、精度高。本實用新型由于將高溫壓敏薄膜制作成了惠斯頓電橋，利用了同種材料具有相同溫度系數的特點，對高溫薄膜壓力敏感元件的進行了自補償效應，因此本實用新型所述壓力敏感元件在500℃高溫下的最高測量精度可以達到0.1級。

四、長期穩(wěn)定性好。本實用新型所述產品由于采用了離子束濺射及微加工技術制作，使得傳感器零點溫度漂移、綜合精度大大提高，其中零點溫度漂移能夠達到小于0.002％FS/℃的水平。

五、動態(tài)頻響高。本實用新型所述產品由于采用了離子束濺射鍍膜技術制作，使得壓力敏感元件膜層的總厚度小于2微米，薄膜壓力敏感元件的動態(tài)響應速度高。

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是本實用新型中壓敏薄膜的掩模圖。

圖3是本實用新型中保護膜的掩模圖。

圖中各數字標記名稱分別是：1－耐高溫彈性體，2－介質薄膜，3－壓敏薄膜，4－保護膜。

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溫薄膜壓力敏感元件由耐高溫彈性體1、介質薄膜2、壓敏薄膜3、保護膜4組成。耐高溫彈性體1為一個由耐高溫金屬材料制的罩筒形承壓器件，用于將承受的高溫壓力轉變?yōu)閺椥泽w表面的應變。介質薄膜2通過濺射方法沉積在耐高溫彈性體1的上表面，為由多層SiO₂膜和多層Al₂O₃疊加構成的總厚度為1.0～1.2微米的薄膜，負責連接彈性體與高溫壓敏薄膜并隔離將它們電隔離。壓敏薄膜3采用離子束濺射方法沉積在介質薄膜2上，為一個厚度是100～200納米的NiCr合金平面電阻膜，在壓敏薄膜3上復制有惠斯通電橋，壓敏薄膜3的作用是將感受到的耐高溫彈性體1表面的應變轉化成壓敏薄膜3電阻的變化，并通過構成的惠斯頓電橋將應變信號轉換成電壓信號變化。保護膜4采用離子束濺射方法再沉積在壓敏薄膜3上，為一個厚度在100～200納米的Si₃N₄材料膜，起到保護壓敏薄膜3不受到高溫環(huán)境的氧化等影響，使得壓敏薄膜3在高溫下穩(wěn)定工作的作用。實際應用中，將該壓力敏感元件承壓結構部分與連接管通過激光焊接連接，電路部分通過導線與外接線路板連接，形成用于高溫壓力測量的傳感器，它可以在極限500℃高溫下進行長時間的準確的可靠的壓力測量及監(jiān)控。

該高溫薄膜壓力敏感元件的生產方法包括以下步驟：

(1)制作耐高溫彈性體1；

(2)在耐高溫彈性體1的上表面通過濺射方法沉積高溫介質薄膜2；

(3)用離子束濺射方法在介質薄膜2上沉積高溫壓敏薄膜3；

(4)在高溫壓敏薄膜3上首先勻正性光刻膠，其次利用圖2所示的掩模版曝光，再經過顯影和定影完成壓敏電阻(惠斯通電橋)圖形的制作工作；

(5)利用離子束刻蝕的方法，刻蝕掉高溫壓敏薄膜3中不需要的部分；

(6)在刻蝕后的電阻層中，再勻正性光刻膠，利用圖3所示的掩模版曝光，再經過顯影和定影完成保護膜4圖形的制作工作；

(7)第二次用離子束濺射，在高溫壓敏電阻圖形上制作保護膜；

(8)通過超聲波清洗，將薄膜器件上不需要的光刻膠及保護膜清洗掉，形成最終的高溫薄膜壓敏元件。