一种薄膜压力传感器芯片及制造方法技术

本发明专利技术公开了一种薄膜压力传感器芯片及制造方法，制造方法包括准备弹性体材料；分割弹性体材料；将弹性体退火处理；研磨抛光；在原子薄膜沉积系统中沉积原子级的过渡层、绝缘层、薄膜电阻层、接触层后光刻形成应变电阻和补偿电阻；将光刻好的弹性体材料进行退火处理；切割分离成敏感单元；引出信号线；涂敷保护层，烘干形成薄膜压力传感器芯片。由于弹性体材料采用了大面积整块材料，更容易进行研磨抛光，提高了研磨抛光生产效率。将大块弹性体材料进行镀膜，然后进行一次性光刻，大大提高镀膜与光刻生产效率，降低了产品成本。另外，大块弹性体材料可以是很薄的薄片，通过镀膜光刻后形成的产品，量程范围可以很小，实现小量程压力的测量。

A thin film pressure sensor chip and its manufacturing method

The invention discloses a thin film pressure sensor chip and a manufacturing method, which consists of preparing elastomer material, separating elastomer material, annealing the elastomer, grinding and polishing, and depositing atomic level transition layer, insulating layer, film resistance layer, contact layer photolithography to form strain in atomic film deposition system. Resistance and compensation resistance; anneal the photolithographic elastomer material; cut and separate into sensitive unit; lead to signal line; apply coating protection layer to form thin film pressure sensor chip. Because the elastomer material is made of large area of whole material, it is easier to grind and polish and improve the efficiency of grinding and polishing. The bulk elastomer material is coated and then lithography is used. The efficiency of coating and lithography is greatly improved, and the cost of products is reduced. In addition, the bulk elastomer materials can be thin slices, and the products formed after the coating photolithography can be small in range, so that small range pressure can be measured.

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜压力传感器芯片及制造方法
本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种薄膜压力传感器芯片及制造方法。
技术介绍
溅射薄膜压力传感器是采用真空原子薄膜沉积技术，将绝缘材料、应变敏感材料等沉积在弹性体表面而形成的一种性能优良的压力传感器，它具有精度高、稳定性好、工作温度范围宽、可靠性高等优点，在航空、航天、军工等领域得到应用。现有技术薄膜压力传感器采用杯状弹性体，加工工艺主要有弹性体机械加工、研磨、抛光、镀膜、光刻等。研磨抛光工艺耗时长效率低。镀膜工艺一次性只能对少数已研磨抛光的弹性体进行。光刻工艺对已完成镀膜工艺的弹性体进行，需要多次光刻，一次只能刻一只或几只。另外，这种工艺制造的压力传感器受机械加工精度的影响无法在较小量程范围内使用，限制了产品的应用范围。以上主要生产工艺耗时长、效率低、成本高、应用范围窄，产品无法大规模推广应用。因此，开发一种生产效率高、成本低、可在较小和较大量程范围内使用的薄膜压力传感器芯片极其重要。采用整块材料作为弹性体，同时使用整块弹性体材料一次性批量生产的方法制造的薄膜压力传感器芯片能解决上述存在的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述问题，提供一种薄膜压力传感器芯片及制造方法，以保留薄膜压力传感器现有产品优点，同时实现生产效率高、产品成本低、产品量程范围宽等优点。为解决以上技术问题，本专利技术的技术方案是：一种薄膜压力传感器芯片制造方法，包括以下步骤：S1.准备弹性体材料，所述弹性体材料包括但不限于不锈钢、钛合金、非晶合金、硅；S2.采用机械加工的方法或者激光切割的方法，加工出具有定位边的弹性体材料，所述弹性体材料的大小是4英寸、6英寸、8英寸、12英寸中的一种；S3.将加工好的所述弹性体材料放入高温退火炉中进行退火处理；S4.利用机械研磨抛光方法，将所述弹性体材料的上表面进行研磨抛光，然后清洗烘干备用；S5.将烘干后的弹性体材料放入具有二个共溅射离子加速器、一个辅助清洗离子加速器的原子薄膜沉积系统的真空腔室中；S6.启动原子薄膜沉积系统，将真空腔室抽真空，启动所述辅助清洗离子加速器对弹性体材料的上表面进行离子束轰击清洗，使所述上表面进一步抛光，去除上表面上的吸附物，使上表面达到原子级清洁度，同时增强上表面原子能量；S7.启动二个共溅射离子加速器，在所述弹性体材料的上表面上依次共溅射沉积原子级的过渡层、绝缘层、薄膜电阻层、接触层；S8.将沉积好过渡层、绝缘层、薄膜电阻层、接触层的所述弹性体材料进行光刻，形成位于中心位置镜像分布的起应变作用的二个中心薄膜电阻和位于边缘位置镜像分布的二个边缘薄膜电阻；形成起补偿作用的位于边缘位置镜像分布的二个补偿薄膜电阻以及多个接触层焊盘；S9.将光刻好的弹性体材料放入高温炉中，进行退火处理；S10.将退火处理好的弹性体材料切割分离成敏感单元；S11.在所述敏感单元的接触层焊盘上引出信号线；S12.在所述敏感单元的表面涂敷保护层，烘干。优选的，所述的薄膜压力传感器芯片采用上述方法制得。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：由于弹性体材料采用了大面积整块材料，表面容易进行研磨抛光，提高了研磨抛光生产效率。将大块弹性体材料进行镀膜，然后进行一次性光刻，大大提高镀膜与光刻生产效率，降低了产品成本。另外，大块弹性体材料可以是很薄的薄片，通过镀膜光刻后形成的产品，量程范围可以很小，实现小量程压力的测量。本专利技术的薄膜压力传感器芯片的主要性能指标如下：测量范围：0～0.02～200MPa综合精度：0.05％FS～0.5％FS介质温度范围：-200℃～300℃灵敏度系数：≥2.5mV/V零点温度漂移：≤±0.002％FS/℃长期稳定性：≤±0.1％FS/年本专利技术解决了现有薄膜压力传感器生产效率低、成本高、产品不能测量小量程的问题，使高性能薄膜压力传感器能得到广泛推广应用。附图说明图1为本专利技术的弹性体材料示意图。图2为本专利技术的敏感单元剖面示意图。图3为本专利技术的敏感单元光刻图形示意图。图中：1、弹性体材料；2、敏感单元；11、上表面；12、定位边；13、过渡层；14、绝缘层；15、薄膜电阻层；16、接触层；17、保护层；15-1、中心薄膜电阻；15-2、边缘薄膜电阻；15-3、补偿薄膜电阻；16-1、接触层焊盘。具体实施方式以下结合附图对本专利技术优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。如图1、2、3所示，一种薄膜压力传感器芯片。首先准备不锈钢、钛合金、非晶合金、硅等材料中的一种做弹性体材料1，利用机械加工或激光切割的方法，将弹性体材料1加工成4英寸或者6英寸或者8英寸或者12英寸大小，同时弹性体材料1一边加工有定位边12。将加工好的所述弹性体材料1放入高温退火炉中按工艺要求进行退火处理。取出使温度降至常温，利用机械研磨抛光方法，将所述弹性体材料1的上表面11按工艺要求进行研磨抛光，然后清洗烘干备用。将烘干后的弹性体材料1放入具有二个共溅射离子加速器、一个辅助清洗离子加速器的原子薄膜沉积系统的真空腔室中，启动原子薄膜沉积系统，将真空腔室抽真空，启动所述辅助清洗离子加速器对弹性体材料1的上表面11进行离子束轰击清洗，使所述上表面11进一步抛光，去除上表面11上的吸附物，使上表面11达到原子级清洁度，同时增强上表面11表面原子能量；启动二个共溅射离子加速器，在所述弹性体材料1的上表面11上按工艺要求依次共溅射沉积原子级的过渡层13、绝缘层14、薄膜电阻层15、接触层16。由于采用共溅射沉积薄膜技术，所制备的薄膜层更加致密、均匀、结合力好、无针孔。薄膜的电性能、机械性能、力学性能、热性能更好，制造的薄膜压力传感器产品性能更加优良。将沉积好过渡层13、绝缘层14、薄膜电阻层15、接触层16的所述弹性体材料1进行光刻，通过光刻后形成位于中心位置镜像分布的起应变作用的二个中心薄膜电阻15-1和位于边缘位置镜像分布的二个边缘薄膜电阻15-2；同时形成起补偿作用的位于边缘位置镜像分布的二个补偿薄膜电阻15-3以及多个接触层焊盘16-1。二个中心薄膜电阻15-1和二个边缘薄膜电阻15-2组成惠斯通电桥用于对弹性体所受压力进行测量。将光刻好的弹性体材料1放入高温炉中按工艺要求进行退火处理以及高低温处理。将处理好的弹性体材料1切割分离成单个的敏感单元2。利用补偿电阻15-3，通过多个接触层焊盘16-1进行电阻测量，选择阻值接近的四个电阻形成惠斯通电桥，在所述对应的四个接触层焊盘16-1上引出四根信号线。这样形成的所述惠斯通电桥零点输出更小。在所述敏感单元2的表面涂敷保护层17，烘干得到薄膜压力传感器芯片。而相应的一种薄膜压力传感器芯片制造方法，包括以下步骤：S1.准备弹性体材料，所述弹性体材料包括但不限于不锈钢、钛合金、非晶合金、硅；S2.采用机械加工的方法或者激光切割的方法，加工出具有定位边12的弹性体材料1，所述弹性体材料1的大小是4英寸、6英寸、8英寸、12英寸中的一种；S3.将加工好的所述弹性体材料1放入高温退火炉中进行退火处理；S4.利用机械研磨抛光方法，将所述弹性体材料1的上表面11进行研磨抛光，然后清洗烘干备用；S5.将烘干后的弹性体材料1放入具有二个共溅射离子加速器、一个辅助清洗离子加速器的原子薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜压力传感器芯片制造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.准备弹性体材料，所述弹性体材料包括但不限于不锈钢、钛合金、非晶合金、硅；S2.采用机械加工的方法或者激光切割的方法，加工出具有定位边(12)的弹性体材料(1)，所述弹性体材料(1)的大小是4英寸、6英寸、8英寸、12英寸中的一种；S3.将加工好的所述弹性体材料(1)放入高温退火炉中进行退火处理；S4.利用机械研磨抛光方法，将所述弹性体材料(1)的上表面(11)进行研磨抛光，然后清洗烘干备用；S5.将烘干后的弹性体材料(1)放入具有二个共溅射离子加速器、一个辅助清洗离子加速器的原子薄膜沉积系统的真空腔室中；S6.启动原子薄膜沉积系统，将真空腔室抽真空，启动所述辅助清洗离子加速器对弹性体材料(1)的上表面(11)进行离子束轰击清洗，使所述上表面(11)进一步抛光，去除上表面(11)上的吸附物，使上表面(11)达到原子级清洁度，同时增强上表面(11)表面原子能量；S7.启动二个共溅射离子加速器，在所述弹性体材料(1)的上表面(11)上依次共溅射沉积原子级的过渡层(13)、绝缘层(14)、薄膜电阻层(15)、接触层(16)；S8.将沉积好过渡层(13)、绝缘层(14)、薄膜电阻层(15)、接触层(16)的所述弹性体材料(1)进行光刻，形成位于中心位置镜像分布的起应变作用的二个中心薄膜电阻(15‑1)和位于边缘位置镜像分布的二个边缘薄膜电阻(15‑2)；形成起补偿作用的位于边缘位置镜像分布的二个补偿薄膜电阻(15‑3)以及多个接触层焊盘(16‑1)；S9.将光刻好的弹性体材料(1)放入高温炉中，进行退火处理；S10.将退火处理好的弹性体材料(1)切割分离成敏感单元(2)；S11.在所述敏感单元(2)的接触层焊盘(16‑1)上引出信号线；S12.在所述敏感单元(2)的表面涂敷保护层(17)，烘干。...

【技术特征摘要】
1.一种薄膜压力传感器芯片制造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.准备弹性体材料，所述弹性体材料包括但不限于不锈钢、钛合金、非晶合金、硅；S2.采用机械加工的方法或者激光切割的方法，加工出具有定位边(12)的弹性体材料(1)，所述弹性体材料(1)的大小是4英寸、6英寸、8英寸、12英寸中的一种；S3.将加工好的所述弹性体材料(1)放入高温退火炉中进行退火处理；S4.利用机械研磨抛光方法，将所述弹性体材料(1)的上表面(11)进行研磨抛光，然后清洗烘干备用；S5.将烘干后的弹性体材料(1)放入具有二个共溅射离子加速器、一个辅助清洗离子加速器的原子薄膜沉积系统的真空腔室中；S6.启动原子薄膜沉积系统，将真空腔室抽真空，启动所述辅助清洗离子加速器对弹性体材料(1)的上表面(11)进行离子束轰击清洗，使所述上表面(11)进一步抛光，去除上表面(11)上的吸附物，使上表面(11)达到原子级清洁度，同时增强上表面(11)表面原子能量；S7....

【专利技术属性】
技术研发人员：雷卫武，
申请(专利权)人：北京中航兴盛测控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11