膜片式薄膜压力传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种压力传感器，尤其涉及一种采用大片膜片材料制造成弹性应变元件后再分离焊接成的膜片式薄膜压力传感器。
【背景技术】
[0002]薄膜压力传感器被称为第三代压力传感器，它具有精度高、工作温度范围宽、稳定性好、可靠性高等优点，在军工、石化、机械、冶金、交通等许多领域得到应用。
[0003]现有的薄膜压力传感器如图1所示，顺次包括弹性体1，电路板支架3，转换电路板4组成。所述的现有技术薄膜压力传感器的弹性体I的加工工艺主要有研磨抛光、镀膜、光亥IJ。研磨抛光工艺是采用机械的办法一次性不多于150个所述弹性体I同时进行，完成全部研磨抛光工作需要约8小时。镀膜工艺一次性只能对100个左右已研磨抛光合格的所述弹性体I进行，每次完成全部镀膜工作10小时以上。光刻工艺对已完成镀膜工艺的所述弹性体I进行，只少需要二次光刻，第一次光刻一次性可对10个左右的已完成镀膜工艺的所述弹性体I同时进行，第二次光刻一次只能对一个完成了第一次光刻的所述弹性体I进行。以上主要生产工艺生产效率低、产品生产成本高，无法在民用领域得到广泛应用。
[0004]另外，由于机械的研磨抛光需要弹性体I的研磨抛光面有一定的厚度，低于这个最小厚度值，研磨抛光时会塌陷。这样就限制了小量程产品的制造，一般而言，低于IMPa的产品不能生产。
[0005]因此，开发一种生产效率高、成本低、能适合小量程产品的膜片式薄膜压力传感器极其重要。
[0006]采用大片膜片材料一次性批量生产应变膜片的方法制造的膜片式薄膜压力传感器能解决上述存在的问题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种膜片式薄膜压力传感器，针对现有技术的不足，解决薄膜压力传感器生产效率低、成本高、小量程产品不能生产的问题，实现高性能的薄膜压力传感器在军民领域广泛使用的目的。
[0008]为解决以上技术问题，本发明的技术方案是:一种膜片式薄膜压力传感器，包括一个外壳体，一个焊接在所述外壳体底部中心的应变膜片，一个固定于所述外壳体内部的电路板，其特征在于，所述应变膜片是采用4英寸或6英寸或10英寸的不锈钢或钛合金大片膜片材料，通过离子束溅射分别沉积绝缘膜、应变膜、焊盘膜、保护膜，然后光刻形成惠斯通电桥电路后切割分离的。
[0009]所述的4英寸或6英寸或10英寸的不锈钢或钛合金大片膜片材料厚度为0.03毫米至2.5毫米，可制造50KPa至150MPa的压力传感器。
[0010]与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为:采用大片膜片材料做弹性体，其表面粗糙度小，无需进行研磨抛光就可以镀膜，省去研磨抛光工艺，节省生产时间。将膜片材料切割成4英寸、6英寸、10英寸大小的膜片，以4英寸大片膜片材料为例:清洗后可以同时对4片所述4英寸大片膜片材料进行镀膜，而一片所述4英寸大片膜片材料上至少可以制成直径8毫米的应变膜片100片，这样一次镀膜至少得到400片所述的应变膜片，大大提高镀膜效率。镀膜完成后一次性对4英寸所述大片膜片进行光刻，这样一次可以光刻生成100片所述应变膜片，大大提高光刻效率。
[0011]另外，4英寸、6英寸、10英寸大片膜片材料最薄为0.03毫米，可以制造50KPa的小量程薄膜压力传感器，大大扩充了薄膜压力传感器的应用范围。
[0012]通过上述工艺后，薄膜压力传感器的生产效率提高，生产成本下降，同时能生产小量程产品而又保留了薄膜压力传感器的其它优良性能。
[0013]本发明的膜片式薄膜压力传感器的主要性能指标如下:
[0014]测量范围:0?0.05?150MPa综合精度:0.05% FS?0.5% FS
[0015]介质温度范围:-100°C?200°C 灵敏度系数S 1.8mV/V
[0016]零点温度漂移:彡±0.005% FS/0C 长期稳定性:彡±0.1% FS/年
[0017]本发明解决了现有薄膜压力传感器生产效率低、成本高、不能生产小量程产品的问题。
【附图说明】
[0018]图1为现有技术的薄膜压力传感器的结构示意图。
[0019]图2为本发明的膜片式薄膜压力传感器的结构示意图。
[0020]图3为本发明的膜片式薄膜压力传感器的大片膜片材料上分布的应变膜片示意图。
【具体实施方式】
[0021]如图1所示，现有技术的薄膜压力传感器顺次包括弹性体1，电路板支架3，转换电路板4组成。其中所述电路板支架3焊接在所述弹性体I外周，而所述转换电路板4安装在所述电路板支架3内。
[0022]现有技术的薄膜压力传感器的弹性体I加工工艺主要有研磨抛光、镀膜、光刻。研磨抛光工艺是采用机械的方法一次性不多于150个所述弹性体I同时进行，完成全部研磨抛光工作需要约8小时。镀膜工艺一次性只能对100个左右已研磨抛光合格的所述弹性体I进行，每次完成全部镀膜工作10小时以上。光刻工艺对已完成镀膜工艺的所述弹性体I进行，只少需要二次光刻，第一次光刻一次性可对10个左右的已完成镀膜工艺的所述弹性体I同时进行，第二次光刻一次只能对一个完成了第一次光刻的所述弹性体I进行。通过光刻后，在所述弹性体I的弹性应变面形成了敏感电阻2，通过压焊引线的方式在所述敏感电阻2的焊盘上引出内引线5，并将所述内引线5连接在所述转换电路板4的焊盘上，从所述转换电路板4的焊盘上引出外引线6。通过所述外引线6将传感器的信号引出。
[0023]另外，由于机械的研磨抛光需要弹性体I的研磨抛光面有一定的厚度，低于这个最小厚度值，研磨抛光时会塌陷。这样就限制了小量程产品的制造，一般而言，低于IMPa的产品不能生产。
[0024]综上所述，现有薄膜压力传感器由于弹性体生产效率低，产品生产成本高，小量程产品不能生产，虽然产品综合性能好，但限制了在军民领域的广泛应用。
[0025]如图2所示，本发明的膜片式薄膜压力传感器，包括一个底部开有圆形凹槽的外壳体7，一个焊接在所述外壳体7底部凹槽内的应变膜片8，一个固定于所述外壳体7内部的电路板9。
[0026]如图3所示，所述的大片膜片材料是厚度为0.03毫米至2.5毫米的不锈钢或钛合金薄片，使用机械或激光切割的方法分割成4英寸或6英寸或10英寸的大小。
[0027]以4英寸大片膜片材料14为例进行说明。由于所述大片膜片材料14表面粗糙度小，无需进行研磨抛光就可以镀膜。对所述大片膜片材料14清洗后可以同时对4片所述大片膜片材料14进行镀膜，而一片所述大片膜片材料14上至少可以生成100片直径8毫米的应变膜片8，这样一次镀膜至少得到400片所述的应变膜片8，大大提高镀膜效率。
[0028]镀膜完成后一次性对所述大片膜片材料14进行光刻，这样一次可以光刻生成100片所述应变膜片8，大大提高光刻效率。
[0029]光刻完成后，使用机械冲压或激光切割的办法把所述大片膜片材料14分离成所述应变膜片8。然后把所述应变膜片8焊接在所述外壳体7的底部凹槽内。
[0030]光刻完成后，所述应变膜片8上已形成了四个敏感电阻12，并且组成了一个惠斯通电桥电路。通过压焊引线的方式在所述敏感电阻12的焊盘上引出内引线10，并将所述内引线10连接在所述电路板9的焊盘上，从所述电路板9的焊盘上引出外引线11。通过所述外引线11将传感器的信号引出。
[0031]由于所述大片膜片材料14表面粗糙度小，厚度最薄为0.03毫米，可以制造50KPa的小量程薄膜压力传感器产品。
[0032]由于采用了批量镀膜、光刻工艺，提高了生产效率，降低了生产成本，同时又解决了现有技术薄膜压力传感器不能生产小量程产品的问题，这样高性能的薄膜压力传感器可在军民领域广泛推广应用。
[0033]以上所述，仅是本发明的较佳实施方式，不应被视为对本发明范围的限制，而且本发明所主张的权利要求范围并不局限于此，凡熟悉此领域技艺的人士，依照本发明所披露的技术内容，可轻易思及的等效变化，均应落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种膜片式薄膜压力传感器，包括一个外壳体(7)，一个焊接在所述外壳体(7)底部中心的应变膜片(8)，一个固定于所述外壳体(7)内部的电路板(9)，其特征在于，所述应变膜片(8)是采用4英寸或6英寸或10英寸的不锈钢或钛合金大片膜片材料，通过离子束溅射分别沉积绝缘膜、应变膜、焊盘膜、保护膜，然后光刻形成惠斯通电桥电路(12)后切割分离的。2.如权利要求1所述的膜片式薄膜压力传感器，其特征在于，所述的4英寸或6英寸或10英寸的不锈钢或钛合金大片膜片材料厚度为0.03毫米至2.5毫米，可制造50KPa至200MPa的压力传感器。
【专利摘要】本发明公开了一种膜片式薄膜压力传感器，包括一个外壳体，一个焊接在所述外壳体底部中心的应变膜片，一个固定于所述外壳体内部的电路板，其特征在于，所述应变膜片是采用4英寸或6英寸或10英寸的不锈钢或钛合金大片膜片材料，通过离子束溅射分别沉积绝缘膜、应变膜、焊盘膜、保护膜，然后光刻形成惠斯通电桥电路后切割分离的。另外，大片膜片材料最薄可为0.03mm，可以制造50kPa小量程压力传感器产品。由于采用大片膜片材料批量化生产弹性体，生产效率高，生产成本低，并保留了薄膜压力传感器的优良性能，克服了现有薄膜压力传感器的成本高、小量程产品生产困难的缺点，产品在军工、民用等领域得到广泛应用。
【IPC分类】G01L19/04, G01L9/04
【公开号】CN105136376
【申请号】CN201510504679
【发明人】雷卫武, 邓跃民
【申请人】州际科技实业有限公司
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年8月18日