一种基于离子束溅射薄膜的堵片传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于离子束溅射薄膜的堵片传感器，包括一个由聚酰亚胺绝缘材料制作的基底，在基底表面设置有一层由Ti薄膜材料制作的过渡膜层，在过渡膜层上表面的中间区域制作有由Cu薄膜材料制作的电阻应变计导电膜层，在电阻应变计导电膜层上设有一层由Si3N4薄膜材料制作的保护膜层，在保护膜层上表面的两侧各设有一块与电阻应变计导电膜层两端引出电极连通的电极膜片。本实用新型专利技术可使堵片传感器的灵敏度，分辨率、测量范围小、测量精度等得到提高，可实现对堵片打开信号的可靠、稳定测量，满足航天飞行器发动机控制系统信号测试需要。

A plugging sensor based on ion beam sputtering thin film

The utility model relates to a plugging sensor based on ion beam sputtering film, which comprises a substrate made of polyimide insulating material, a transition film layer made of Ti film material on the substrate surface, and a resistance strain gauge made of Cu film material conducting in the middle area of the upper surface of the transition film layer. A protective film made of Si3N4 film material is arranged on the conductive film layer of resistance strain gauge, and an electrode diaphragm connected with the leading electrodes at both ends of the conductive film layer of resistance strain gauge is arranged on both sides of the upper surface of the protective film. The utility model can improve the sensitivity, resolution, small measuring range and precision of the plugging sensor, realize reliable and stable measurement of the opening signal of the plugging chip, and satisfy the signal testing requirements of the aerospace vehicle engine control system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于离子束溅射薄膜的堵片传感器
本技术属于传感器测量装置
，涉及一种基于离子束溅射薄膜的堵片传感器。
技术介绍
溅射薄膜传感器技术是将半导体技术中的薄膜溅射、光刻等工艺应用到传感器制造行业而产生的一种新型的传感器技术。与传统传感器相比，溅射薄膜传感器具有稳定性好、可靠性高、使用温区宽、温度性能好、耐腐蚀性能高等优点，适合在各种恶劣及特殊条件下的信号测量。近年来，随着薄膜工艺技术的日趋成熟，薄膜压力等传感器已初步实现批量化生产，产品正逐步应用于航空航天、煤炭机械、石油化工等领域，体现出了其技术优势。随着我国航天飞行器技术的快速发展，对两端分别连接于发动机的喷管及堵片上的用于控制系统进行堵片打开信号检测的堵片传感器提出了更高的要求(堵片传感器的工作原理为：当发动机点火后，燃烧室内压力迅速增大至一定值，将传感器的堵片打开，拉断传感器，从而给控制系统提供打开信号)。目前，本领域普遍使用的堵片传感器均为采用胶粘剂将应变计敏感层直接粘贴到基底上的结构，但采用这种工艺制作的传感器在实际应用中相应存在由灵敏低、分辨率和测量范围小、测量精度低的不足，不能实现微小应变的测量。
技术实现思路
本技术的目的在于对现有技术中存在的问题加以解决，在已有粘贴式堵片传感器结构基础上，提供一种基于离子束溅射薄膜的堵片传感器，用以使薄膜传感器实现对堵片打开信号的可靠、稳定测量，满足航天飞行器发动机控制系统信号测试需要。用于实现本技术目的的技术解决方案如下所述。一种基于离子束溅射薄膜的堵片传感器，包括一个由聚酰亚胺绝缘材料制作的基底，在基底表面设置有一层由Ti薄膜材料制作的过渡膜层，在过渡膜层上表面的中间区域制作有由Cu薄膜材料制作的电阻应变计导电膜层，在电阻应变计导电膜层上设有一层由Si3N4薄膜材料制作的保护膜层，在保护膜层上表面的两侧各设有一块与电阻应变计导电膜层两端引出电极连通的电极膜片，所述的电极膜片由Au薄膜材料制作。上述基于离子束溅射薄膜的堵片传感器中，过渡膜层的厚度为200nm，电阻应变计导电膜层的厚度为600nm，保护膜层的厚度为200nm，电极膜片的厚度为200nm。本技术产品采用的具体制备方式是：过渡膜层采用离子束溅射法沉积工艺制备，导电膜层采用离子束辅助溅射方法制备，在电阻膜层上采用光刻工艺制作导电应变片，保护膜层采用反应离子束溅射方法制备，导电应变片电极膜层两端的电极上采用离子束溅射制作。与现有技术相比，本技术具有以下技术优点：一、本技术所述的基于离子束溅射薄膜的堵片传感器，过渡膜层为在聚酰亚胺基底和Cu导电薄膜之间起连接过渡作用的重要膜层，采用离子束溅射Ti薄膜的方法，采用该过渡薄膜可减小离子束溅射Cu膜的应力，提高了导电Cu薄膜与基底之间的结合力，可提高堵片传感器的可靠性；二、本技术中制作的导电应变片，电阻应变计导电膜层为采用离子束辅助沉积的方法制作的厚度为600nm的Cu膜层，该厚度可减小薄膜由于太薄而产生的边界及杂质效应，提高薄膜导电应变片的工作稳定性；三、本技术在电阻应变计导电膜层(Cu导电应变片)上沉积设置有采用离子束溅射方法制作的Si3N4保护薄膜，可阻止Cu导电应变片因受到外界湿度、温度等环境影响后薄膜表面发生氧化，提高堵片传感器的可靠性；四、本技术在导电应变片两端的的引出电极上采用离子束溅射的方法在Cu膜上再沉积一层厚度为300nm的Au薄膜，使引线焊接电极不易被氧化，提高电极焊点的的可焊性和稳定性；五、本技术可使堵片传感器的灵敏度，分辨率、测量范围、测量精度等得到提高，可实现对堵片打开信号的可靠、稳定测量，满足航天飞行器发动机控制系统信号测试需要。经设计者实验检测，本技术与现有的胶粘贴片式传感器相比，各项性能都有所提高，其具体参数如下：(1)、应变计电阻值(含两端导线)在0.8Ω～1Ω之间，平均值0.93±0.05Ω；(2)、极限耐受电流大于1.6A，工作时间大于10min；(3)、工作电流大于0.5A，持续工作时间不小于11h；(4)、机械强度：可自由弯曲，绕曲半径小于2mm，可在空间三个方向任意扭曲，有一定强度，应变计的拉断强度在3.0～4.5kg；(5)、绝缘电阻：在常温常湿下保温1小时后，测试电压100V，绝缘电阻大于100MΩ；在相对湿度为98％，温度为25±5℃，保温8小时后，测试电压100V，绝缘电阻大于50MΩ。附图说明图1是本技术的侧视向结构示意图。图2是本技术的俯视向结构示意图。附图中各数字标记名称分别是：1－基底，2－过渡膜层，3－电阻应变计导电膜层，4－保护膜层，5－电极膜片。具体实施方式以下将结合附图对本
技术实现思路
做进一步说明，但本技术的实际制作结构并不仅限于下述的实施例。参见附图，本技术所述的基于离子束溅射薄膜的堵片传感器由聚酰亚胺基底1及制作在基底1上的多层膜系结构组成，膜系结构如图1所示，自下而上依次为过渡膜层2、电阻应变计导电膜层3、保护膜层4和电极膜片5。过渡膜层2为采用离子束法制作在聚酰亚胺基底1上的厚度为200nm的Ti薄膜材料层。电阻应变计导电膜层3为采用离子束辅助溅射法在过渡膜层2上沉积厚度为600纳米的Cu导电膜层，在Cu导电膜层上通过光刻的方法制作有导电应变片，电阻应变计导电膜层3处于基底的中间区域(参见图2)。保护膜层4为采用离子束溅射方法制作在电阻应变计导电膜层3上的厚度为200纳米的Si3N4薄膜，可防止外界水汽等对导电薄膜的污染，提高薄膜传感器的稳定性。电极膜片5是在导电膜层电阻应变片的两端引出电极上采用离子束溅射法沉积Au薄膜,其厚度为300纳米。本技术产品的制备步骤为：1、预处理基底表面：对聚酰亚胺基底1表面进行超声波及离子束轰击二次清洗；2、制作过渡膜层2：在二次处理过的基底1的表面采用离子束溅射法沉积Ti过渡薄膜；3、制作导电薄膜：在Ti过渡薄膜表面采用离子束溅射的方法沉积一层Cu导电薄膜；4、制作导电应变片图形：在应变导电Cu薄膜表面用匀胶机均匀的涂上正性光刻胶，再用掩模板通过紫外曝光机进行曝光，再进行显影，留下了所设计的应变导电应变片光刻胶覆盖图形；5、刻蚀应变片图形后制得电阻应变计导电膜层3：利用离子束刻蚀的方法，刻蚀掉光刻胶覆盖图形以外多余的Cu膜层后，用无水乙醇超声波清洗去除掉导电应变片上覆盖的光刻胶，得到所设计的电阻应变计导电膜层3；6、制作保护膜图形：在刻蚀后的膜层表面，涂正性光刻胶，用掩模板进行紫外曝光，显影，对引出电极上进行覆盖光刻胶保护；7、制作保护薄膜4：采用离子束反应溅射的方法在电极以外的导电应变片上沉积一层Si3N4保护薄膜，再用无水乙醇通过超声波清洗去除电极上的覆盖光刻胶保护；8、制作电极图形：用负性光刻胶，并用掩模板设计图形进行曝光、显影，完成电极以外的覆盖光刻胶保护；9、制作电极薄片5：采用离子束溅射的方法在导电应变片两端的引出电极Cu膜层再沉积一层Au导电薄膜后，用无水乙醇超声波清洗去除电极以外的覆盖光刻胶保护。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于离子束溅射薄膜的堵片传感器，其特征在于：包括一个由聚酰亚胺绝缘材料制作的基底(1)，在基底(1)表面设置有一层由Ti薄膜材料制作的过渡膜层(2)，在过渡膜层(2)上表面的中间区域制作有由Cu薄膜材料制作的电阻应变计导电膜层(3)，在电阻应变计导电膜层(3)上设有一层由Si3N4薄膜材料制作的保护膜层(4)，在保护膜层(4)上表面的两侧各设有一块与电阻应变计导电膜层(3)两端引出电极连通的电极膜片(5)，所述的电极膜片(5)由Au薄膜材料制作。

【技术特征摘要】
1.一种基于离子束溅射薄膜的堵片传感器，其特征在于：包括一个由聚酰亚胺绝缘材料制作的基底(1)，在基底(1)表面设置有一层由Ti薄膜材料制作的过渡膜层(2)，在过渡膜层(2)上表面的中间区域制作有由Cu薄膜材料制作的电阻应变计导电膜层(3)，在电阻应变计导电膜层(3)上设有一层由Si3N4薄膜材料制作的保护膜层(4)，在保护膜层(4)上表面的...

【专利技术属性】
技术研发人员：戚云娟，邓勇生，潘婷，王文卷，聂俊，
申请(专利权)人：陕西电器研究所，
类型：新型
国别省市：陕西,61