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利用温度与压力双结合研制传感器的方法

时间:2021-04-19 点击次数:

科学技术人员知道,在液体和气体等测量介质的压力和温度的同点测量、宇宙飞船、飞机、高速列车、箭(导弹)、核反应堆等特殊测量环境下,测量的可靠性要求非常重要。但现有传感器不仅在制作精度上,更重要的是在大加速度、高温、强辐射、强振动等恶劣条件下,远远不能满足测量可靠性的要求。很多专业人士,一生都在寻求完美解决上述问题的方法。幸运的是,在现在的世界里,高纯度的三氧化铝(Al2O3)γ单晶体,即莫氏硬度达到9.0,响应频率达到5×1018Hz的蓝宝石单晶体,成为制造力敏感和热敏感传感器的理想和几乎完美的高弹性高温晶体。单晶硅可以外延生长,与钛、白金等金属容易亲和,热膨胀系数在-196℃~400℃的温度区域内,与钛和绝大多数钛合金非常一致。这便于制作传感器的高标准封闭操作。但是,在结构设计和技术制作方面仍有很多难题和困难。针对现有硅蓝宝石力敏传感器的加工技术比较复杂等难以克服的问题,利用现代加工手段和新的思维方法,制作适合高温测量的硅蓝宝石力敏传感器,该制作技术以单晶硅胶膜的蓝宝石晶片外延生长,以静电封接或分子键方法封接钛合金应力杯,以钛合金应力杯对称中心为基准,激光刻出硅应变电阻,硅应变电阻的白金盘用金属弹性触头连接引线,封装连接外部引线该传感器解决了耐温等问题,但触头在强振动和大加速度下容易磨损和故障。同时,压力和温度的同点测量问题无法解决。为了解决同点测量问题,人们试图将压力传感器与温度传感器合并捆绑,例如将Pt100铂温度传感器与压力传感器捆绑在一起。但是,体积大,占有空间多的结构不紧凑,测温和测压点分离的测温原件和测量点有间隙,测温容易滞后或测量不正确。粘合剂等介质粘接温度传感器,会带来漏电,特别是高温漏电,温度系数不一致,有可能发生故障的引线难以处理,一般不抗振动和不抗大加速度适应温度不足的绝缘问题难以解决,外引线不固定,抗振强度不足等。因此,现有传感器远远不能满足同点测量和恶劣条件下测量的高可靠性要求。


微型压式传感器LF-305

研究目的是提供高温压力和温度的复合传感器和制备方法,解决了现有技术存在的不能满足同点测量压力和温度的高可靠性问题,不仅保留了现有硅蓝宝石力传感器的优点,而且与同类产品相比,制造技术合理,操作快,相对成本低,生产效率高

采用的技术方案是,该高温压力和温度的复合传感器包括使用静电封接或分子键结合的蓝宝石晶体和钛合金应力杯、引线和钛合金外壳,其技术要点是以钛合金应力杯对称轴中心定位,在应力区制作硅应变电阻和铂合金焊盘的同一蓝宝石晶体上的非应力区域设置白金热电阻,在钛合金应力杯上焊接的钛固定爪的内腔使用银铜焊层封接带印刷电路的绝缘引线转换板,作为引线的金属箔一端焊接在与硅应变电阻和白金热电阻相连接的白金焊盘的另一端,由于绝缘引线的转换板的绝缘。

所述绝缘导线转换板的印刷电路是首先预制绝缘导线转换板,然后将该绝缘导线转换板的导线、穿线孔和钛固定爪密封表面,均进行钨钼金属化厚膜技术处理,在钨钼金属化膜层印刷钯银导线浆料,在真空、900℃烧结,绝缘导线焊盘、穿线孔、导线

高温压力和温度复合传感器的制备方法包括以下研究步骤:

光刻蓝宝石晶片上的内引线白金焊盘窗口。

将外延单晶硅的蓝宝石晶片以高温湿法氧化硅表面形成致密的SiO2层钛合金应力杯内径作为应力区定位,根据设计要求,在预定区域制作硅应变电阻的内引线白金焊盘的位置和在非应力区域的一角制作白金热电阻和内引线白金焊盘的位置,雕刻出适合制作白金热电阻和内引线白金焊盘的蓝宝石表面

口罩溅射白金,制作硅应变电阻内引线白金焊盘和白金热敏电阻的白金层及其内引线白金焊盘;

将蓝宝石晶片封装在钛合金应力杯上;

将白金焊盘和白金热电阻飞溅的蓝宝石晶片切片,在400℃的温度下,在高真空环境中,加入2000V.DC电场,将蓝宝石晶片蓝宝石面封在钛合金应力杯上;

以钛合金应力杯对称轴中心定位,用激光刻印阻止。

激光刻印机以钛合金应力杯对称轴中心定位,确定应力区和非应力区,平整蓝宝石晶片的有内引线白金焊盘面,定位,首先在应力区按单晶硅晶对刻印硅应变电阻,连接硅应变电阻的内引线白金焊盘,制作惠斯顿桥

将绝缘导线转换板定位到钛合金应力杯的底座;

首先预制绝缘引线转换板,在绝缘引线转换板的引线、穿线孔和钛固定爪的封面上,制作所有钨钼金属化膜的真空、900℃的高温下,在绝缘引线转换板的钨钼金属化膜层上制作钯银引线焊盘和引线层,制作印刷电路的印刷电路的绝缘引线转换板,在真空、700℃下,用银铜焊接层连接钛固定爪,外引线通过线孔焊接绝缘引线转换板

作为内引线金属箔的另一端焊接到白金焊盘上,焊接钛合金外壳,测试检定,成为高温压力和温度的复合传感器。

本研究的优点和积极效果是,本研究基于硅蓝宝石力敏传感器及其制备方法,在同一蓝宝石晶体片上制作测量高温介质的硅压力和白金温度的复合传感器,保留了现有硅蓝宝石力敏传感器的优点,扩大了传感器的新功能,解决了现有技术存在的同点测量压力和温度的高可靠性问题。在同一蓝宝石晶片上制作测量压力(力)的单晶硅应变电阻桥和白金热电阻的白金热电阻在制作过程中已经有专利的硅蓝宝石力敏感传感器和制备技术,制作应变电阻的技术过程完全兼容的金属箔代替弹性金属触头,具有剪切、拉伸、无应力,在实现高温的同时,在实现强振动和强加速度的外引线点焊或焊接到引线转换板上,具有固定点、拉伸。与同类产品相比,具有制造工艺更合理、操作快、制造成本低、生产效率高的特点。因此,在恶劣条件下测量的可靠性和推广应用显着提高。

滚球下注平台是测力传感器、扭矩传感器、称重传感器、柱式传感器的专业制造商,也是集生产、销售、售后为一体的综合性技术创新企业。

大家的产品有适用于各种恶劣环境的高、中、低温传感器和高防护等级传感器。也可广泛应用于航空航天、汽车制造、纺织、电子、油田、化工、机械加工、能源、环保、医疗、交通、建材等领域自动化工程的检测和过程控制。

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