濺射薄膜壓力傳感器敏感芯體的功能薄膜一般采用多層薄膜結(jié)構(gòu),，這些功能薄膜一般是采用真空離子束濺射工藝生產(chǎn),，由于敏感薄膜厚度一般在100nm以下，因此我們也稱其為納米薄膜,，采用離子束濺射工藝生產(chǎn)制造的壓力傳感器有時稱為納米薄膜壓力傳感器,。澤天傳感是這種薄膜壓力傳感器的專業(yè)制造廠家。

濺射薄膜壓力傳感器的薄膜襯底是圓形特種材料金屬彈性體,。第一層功能薄膜是起隔離作用的介質(zhì)絕緣薄膜,，通常采用SiO2、Al2O3或復(fù)合結(jié)構(gòu)。第二層薄膜是起應(yīng)變作用的金屬敏感薄膜,，通過光刻工藝形成電橋應(yīng)變電阻,，成為壓力敏感芯體的核心，其材料業(yè)內(nèi)一般采用Ni-Cr合金,、NiCrMnSi合金制備,。第三層是鈍化保護(hù)介質(zhì)薄膜，這層薄膜主要用來保護(hù)應(yīng)變電阻和隔離空氣,、水氣,，防止應(yīng)變薄膜氧化、腐蝕等造成應(yīng)變電阻的不穩(wěn)定性,。鈍化保護(hù)介質(zhì)薄膜一般是采用SiO2,、Al2O3等材料。第四層薄膜是金絲引線用的窗口鍍金薄膜,，它與應(yīng)變電阻膜接觸,，實(shí)現(xiàn)電氣引出。

根據(jù)薄膜壓力傳感器的薄膜所起作用的不同,，對各層薄膜的質(zhì)量要求也不同,，對于絕緣薄膜，要求應(yīng)變電阻與傳感器的殼體間的絕緣性電阻為100000MΩ以上,，耐壓100VDC以上,，而絕緣電阻5000MΩ以上。同時,，絕緣薄膜與彈性體的表面粘附力高,。在量程范圍內(nèi)，彎曲變形超過10000000次循環(huán)不失效,。要求絕緣薄膜與彈性體的熱膨脹系數(shù)基本一致,，不因它們之間的差異引起內(nèi)應(yīng)力，從而造成傳感器的輸出不穩(wěn)定,，對制成的薄膜壓力傳感器蠕變要小,。除金屬彈性體的嚴(yán)格熱處理外，要求沉積在其上的介質(zhì)絕緣薄膜附著力高,、致密無針孔,、空洞等缺陷。如有蠕變產(chǎn)生,，則會增加零點(diǎn)漂移誤差,，降低傳感器的非線性。絕緣薄膜含雜質(zhì)量少,，無吸附氣體,。這樣,，能防止使用過程中雜質(zhì)的遷移和氣體釋放所造成絕緣性能降低，漏電流增大,，甚至絕緣失效,。總之,，介質(zhì)絕緣膜層要具有高的電阻系數(shù)；高的擊穿電壓,；優(yōu)良的絕緣性能,；對彈性體的良好附著性；良好的彈性變形的傳遞性,；高的熱穩(wěn)定性,。

對于應(yīng)變金屬敏感薄膜，由于采用多種材料成分,，一般是要求形成薄膜后的組成成分與體材一致,，這樣保證它的溫度系數(shù)和靈敏度不變。對Ni-Cr薄膜而言,，應(yīng)變金屬敏感薄膜在熱處理后殘余應(yīng)力要盡可能小,。殘余應(yīng)力的存在，將引起零點(diǎn)漂移誤差,。要求沉積的應(yīng)變金屬敏感薄膜與介質(zhì)絕緣薄膜的熱膨脹系數(shù)盡可能一致,；薄膜的厚度應(yīng)該在保證穩(wěn)定的連續(xù)薄膜的平均厚度的前提下，盡量控制薄膜的理想厚度,。膜太厚,，膜內(nèi)晶格缺陷引起畸變增加，內(nèi)應(yīng)力增大,，另外阻值也不穩(wěn)定,；膜太薄，薄膜是不連續(xù)的,，不能通過熱處理使其穩(wěn)定,。同時考慮到電阻值要高，橋阻控制在（3～6）KΩ, 應(yīng)變金屬敏感薄膜的方塊電阻應(yīng)為50Ω左右,。其膜厚大約為（50～90）nm,。電阻值高，功耗小,，可減少自熱引起電阻的不穩(wěn)定,。制成的應(yīng)變電阻阻值在很寬的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定例如傳感器的穩(wěn)定性要求為0.1%FS，那么電阻的變化量應(yīng)小于0.05%范圍,。對于長期工作穩(wěn)定性要求,，則電阻穩(wěn)定性要求小于0.001%,。保證這樣高的電阻穩(wěn)定性，其難度較大,，需要采用一些特殊成份的材料改性技術(shù),，使其電阻穩(wěn)定性盡量小?？傊?，應(yīng)變金屬敏感薄膜層要具有電阻率對應(yīng)變的靈敏度高；應(yīng)變檢測受溫度影響??；高的電阻率；低的溫度電阻系數(shù),；可靠的化學(xué)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,。

對于鈍化保護(hù)介質(zhì)薄膜的要求除了熱膨脹系數(shù)，粘附性要求以外,，膜的厚度不能太厚,，太厚容易龜裂損壞。一般在非常致密膜的情況下,，盡可能的薄,，大約300nm左右。鈍化保護(hù)介質(zhì)薄膜層要具有高電氣絕緣性,；良好的防潮性與附著性,；耐高溫（300度以上）；離子滲透的高抗性,；低應(yīng)力,。

對于引線區(qū)窗口鍍金薄膜，要求薄膜附著力好,，球焊時不易剝離,，也不能損壞絕緣層。因此窗口鍍金薄膜一般較厚約1500 nm,。這層薄膜是金制備而成,，金是重金屬，易擴(kuò)散穿透Ni-Cr,、SiO2 層引起絕緣損壞,。所以Ni-Cr和SiO2層有一定的厚度，甚至需增加導(dǎo)電的阻擋層,，防止金穿透,。引線窗口鍍金薄膜層要具有與應(yīng)變層良好的電氣連接；低電阻率,；與后序加工的兼容性,；高的熱穩(wěn)定性,；良好的附著性；電阻溫度系數(shù)與應(yīng)變層相匹配,。

綜上所述,，濺射薄膜壓力傳感器對各層薄膜質(zhì)量總的要求主要是機(jī)械特性與電氣特性。機(jī)械特性包括：薄膜的附著力,，內(nèi)應(yīng)力,，熱應(yīng)力，受力形變后彈性好,，熱膨脹系數(shù)小等,。電氣特性主要是介質(zhì)膜的絕緣性能好，擊穿強(qiáng)度高,，漏電流小，金屬薄膜的方塊電阻適中,，電阻值的穩(wěn)定性好,。薄膜壓力傳感器薄膜的機(jī)械特性、電特性,，主要依賴于薄膜制備設(shè)備及制備工藝技術(shù),，由于薄膜形成過程非常復(fù)雜，即使是同一生產(chǎn)設(shè)備制造的薄膜,，其質(zhì)量差異有時也有較大的差異,。本文源自澤天傳感，版權(quán)所有,，轉(zhuǎn)載請保留出處,。