基于厚膜工藝的不銹鋼壓力傳感器設(shè)計(jì)與制造技術(shù)研究.pdf

1、壓力傳感器在各個(gè)行業(yè)各個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用,是傳感器大家族中需求量最大的品種。然而目前市場上的各種壓力傳感器都存在著這樣或那樣的缺點(diǎn),無法滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的實(shí)際需求。
　　針對當(dāng)前主流壓力傳感器技術(shù)存在的不足,結(jié)合國內(nèi)外行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r,本文提出了兩種非傳統(tǒng)的基于厚膜工藝的不銹鋼壓力傳感器,并對其進(jìn)行研究。第一種是在430不銹鋼彈性體上燒結(jié)厚膜電阻應(yīng)變片制作不銹鐵壓力傳感器。測試所需材料參數(shù),借助于有限元法設(shè)計(jì)厚膜不銹鋼壓力傳感器的

2、結(jié)構(gòu)和制造工藝,評估其的綜合性能和可靠性。第二種是采用外延沉積技術(shù)制作半導(dǎo)體應(yīng)變片,并將其通過厚膜工藝燒結(jié)在17-4PH不銹鋼彈性體上制成不銹鋼壓力傳感器,評估其主要性能指標(biāo);研究粘接劑材料特性和微觀結(jié)構(gòu)對傳感器輸出特性的影響。主要研究內(nèi)容包括:
　　(1)采用納米壓痕連續(xù)剛度法測試430不銹鋼基片上介質(zhì)層的力學(xué)性能,結(jié)果顯示,其平均楊氏模量為126.56GPa,平均硬度為8.364GPa。測試厚膜電阻的性能參數(shù),評估其作為力傳感

3、器應(yīng)變片的可行性。厚膜電阻的應(yīng)變系數(shù)約為10.2,電流噪聲約為?20dB,在?40~125℃的溫度系數(shù)小于230ppm/K,在125~220℃的溫度系數(shù)小于250ppm/K。
　　(2)自由落體試驗(yàn)和熱沖擊試驗(yàn)驗(yàn)證介質(zhì)層和430不銹鋼基片粘接的可靠性;微觀結(jié)構(gòu)分析表明不銹鋼、介質(zhì)層和厚膜電阻層在材料成分上是兼容的,證實(shí)了制作厚膜不銹鋼壓力傳感器的可行性。
　　(3)采用有限元模擬,確定介質(zhì)層的厚度與在額定載荷下厚膜電阻在介質(zhì)

4、層-不銹鋼彈性體上的印燒位置。模擬計(jì)算厚膜電阻的自熱效應(yīng)、介質(zhì)層與不銹鋼的熱脹系數(shù)失配產(chǎn)生的熱應(yīng)力對厚膜不銹鋼壓力傳感器輸出特性和可靠性的影響,并提出相應(yīng)的改進(jìn)方法。
　　(4)設(shè)計(jì)厚膜應(yīng)變片式不銹鋼壓力傳感器工藝流程,制作樣品,評估其性能指標(biāo)。該傳感器在?40~125℃的溫漂小于2.5％,與精度相關(guān)的參數(shù)誤差(線性度、遲滯和重復(fù)性誤差)都在0.15%以內(nèi);在125~220℃范圍內(nèi),該傳感器的溫漂不高于2.85%,與精度相關(guān)的參數(shù)