专利名称：具有溅射电极的电容薄膜压力传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于真空测量技术领域，可广泛用于气象、航天部门的高空气压与太空模拟室气压的测量以及真空冶炼、薄膜制备、微细加工、电真空工艺等部门的真空度测量。
电容薄膜压力传感器(又称电容薄膜规)有单边单电极，单边双电极和双边双电极等结构形式，它们的共同特点都是由弹性金属膜片和金属电极构成电容的两个电极，通过电容量的变化反映被测压强的大小。例如上海市通用机械技术研究所研制的电容式薄膜规就是较好的一种，它由弹性金属膜片A、金属固定电极B、外壳D和绝缘件E构成，如附图1所示，参考真空室抽成高真空Pr≈0，Px为被测压强。当被测压强Px由大到小(由大气向真空)变化时，电容Cx(CAB)值也由大到小变化(“电容式薄膜真空计精度分析”作者刘家澍、朱耕建、陈宗宝，1983年1月载于<<真空科学与技术>>第20至22页)。这种结构的电容薄膜压力传感器的不足之处是1.由于电容(CAB)间距是随被测压强Px的减小而变大的，电容量由大变小，故压强灵敏度△C／△P逐渐减小，而在实际测量时，则需要越是小压强测量越希望灵敏度高，显然这与测量要求不相适应；2.测量范围仅有三个数量级。美国在电容薄膜压力传感器方面是走在前列的国家，六十年代美国曾在略呈凹形的玻璃上蒸镀Ag或Au构成固定电极，与弹性金属膜片间施加强大的压力夹紧。目前，陶瓷取代了玻璃，在真空状态下进行陶瓷与金属封接，参考真空室获得高真空，构成“绝对型”电容薄膜压力传感器。例如美国MKS公司生产的电容薄膜规就是当前比较先进的，附图2是双边双电极形式的电容薄膜规结构示意图，它由弹性金属膜片A、在陶瓷上蒸镀Ag或Au制成的固定电极B和B’、绝缘外壳D构成，参考真空室抽至高真空Pr≈0，Px为被测压强(“电容薄膜规的校准和使用”)，作者海兰德和沙夫尔，1991年11月－12月，载于<<真空科学与技术>>第2845页(R.W.Hyland and R.L. Shaffer，Calibration and use of capacitance diaphragm gages，J. Vac. Sci.Technol，A9(6)，Nov／Dec 1991，P2845))。当被测压强Px由大到小(由大气往真空)变化时，Cx(CAB’)由小变大，压强灵敏度ΔC／ΔP逐渐提高；但是Cr(CAB)却由大变小，因此，对提高真空端压强灵敏度几乎没有效果。在工艺上，在陶瓷上蒸镀Ag或Au比直接用金属制备电极无疑是一大改进，但精度依然难以控制，因此，这种电容薄膜压力传感器制成后，仍需采用筛选办法将产品按级分类。
本实用新型的目的是克服现有技术之不足，提出一种新型结构的电容薄膜压力传感器，使其灵敏度△C／△P随压强Px变小而显著增高。
本实用新型的结构如附图3所示，其技术特征是两个弹性金属膜片A和A’构成参考真空室，固定电极B和B’是采用磁控溅射方法分别在陶瓷基片F和F’上沉积的金属薄膜，被测压强Px由大到小(由大气向真空)变化时，电容CAB和电容CA′B′均由小变大。
以下结合附图3对本实用新型进行详细描述A和A’为两个凹形金属膜片，A，A’合在一起构成参考真空室，Pr≈0，B和B’是在凹形陶瓷基片F和F’上采用磁控溅射沉积的金属薄膜，构成固定电极，陶瓷基片F和F’同时构成绝缘外壳，陶瓷基片F，F′在G和G′处与强性金属膜片A.A′封接，Px为被测压强，被测压强Px由大到小(由大气向真空)变化时，A与B，A’与B’之间的距离都在不断减小，因而CAB和CA′B′的值均由小变大。
本实用新型的优点是1.被测压强Px由大到小(由大气向真空)变化时，CAB、CA′B′的值随着由小变大，因而压强灵敏度不断提高，这恰与测量要求相适应；2.采用磁控溅射方法制备的薄膜固定电极，由于膜的厚度可精确掌握，测量范围可高达五个数量级(1－105Pa)；3.溅射薄膜比蒸镀膜附着牢，质量好，成品率高；4.可单边使用也可双边使用，单边使用时比附图1的(电容式的)压强灵敏度高1－2个数量级，且寿命提高一倍，双边使用时，CAB与CA′B′并联，ΔCx＝ΔCAB＋ΔCA′B′，压强灵敏度比附图2的(双边双电极式的)压强灵敏度约高一倍。
附图1电容式薄膜规结构图A——弹性金属膜片B——金属固定电极D——绝缘外壳E——绝缘件Px——被测压强附图2双边双电极形式的电容薄膜规结构示意图A——弹性金属膜片B；B’；固定电极(用蒸镀方法制备的Ag或Au薄膜)D——绝缘外壳Px——被测压强附图3具有溅射电极的电容薄膜压力传感器结构图A；A’；弹性金属膜片B；B’；固定电极(用磁控溅射制备的金属薄膜)F；F’；陶瓷基片
Px——被测压强G；G′；封接处实施例参考真空室真空度Pr≤3×10－3Pa，室内放有消气剂，电极直径24±6mm弹性膜片厚0.05－0.10mm靶材可为Ti或M0，膜厚400
－800
，电容相对变化率△C／Co＞90％另外在溅射沉积金属膜构成的固定电极上面还可用反应溅射方法接着再沉积一层介质膜，防止电容的极间短路，工艺简单无须换靶。
弹性膜片A，A′与陶瓷基片F，F′在G，G′处的封接，可在陶瓷片上面溅射Ti＋Ni(或镀Ni)，然后用Ag－Cu焊接与金属封接，以此代替目前常用的高温法与活性法陶瓷金属封接，具有精度高、易控制、便于生产的优点。
权利要求1.一种具有溅射电极的电容薄膜压力传感器，由弹性金属膜片、陶瓷基片上的薄膜固定电极组成，陶瓷基片同时构成绝缘外壳，参考真空室抽成高真空，其特征是两个弹性金属膜片A和A′构成参考真空室，所说的薄膜固定电极是采用磁控溅射方法分别在陶瓷基片F，F′上沉积的金属薄膜B，B′，被测压强由大到小(由大气向真空)变化时，电容CAB和C″AB均由小变大。
2.按照权利要求1所说的具有溅射电极的电容薄膜压力传感器，其特征是在金属薄膜B，B’上还可有一层防止电容极间短路的溅射介质膜。
3.按照权利要求1或2所说的具有溅射电极的电容薄膜压力传感器，其特征是在陶瓷基片F和F’的G，G’处有一层溅射Ti＋Ni(或镀Ni)，再由Ag－Cu焊料与金属膜片A，A’封接。
专利摘要本实用新型涉及到一种具有溅射电极的电容薄膜压力传感器，属于真空测量技术领域。它由两个弹性金属膜片A、A′构成参考真空室，固定电极B和B′是采用磁控溅射方法分别在陶瓷基片F，F′上沉积的金属薄膜，陶瓷基片F，F′同时构成绝缘外壳。其优点是1.被测压强由大到小(由大气向真空)变化时，电容C
文档编号G01L1/14GK2136465SQ92236628
公开日1993年6月16日 申请日期1992年10月21日 优先权日1992年10月21日
发明者吴家庆 申请人:清华大学