基于厚膜工藝的不銹鋼壓力傳感器設計與制造技術研究.pdf

1、壓力傳感器在各個行業(yè)各個領域都有著廣泛的應用,是傳感器大家族中需求量最大的品種。然而目前市場上的各種壓力傳感器都存在著這樣或那樣的缺點,無法滿足不同應用領域的實際需求。
　　針對當前主流壓力傳感器技術存在的不足,結合國內外行業(yè)發(fā)展狀況,本文提出了兩種非傳統(tǒng)的基于厚膜工藝的不銹鋼壓力傳感器,并對其進行研究。第一種是在430不銹鋼彈性體上燒結厚膜電阻應變片制作不銹鐵壓力傳感器。測試所需材料參數,借助于有限元法設計厚膜不銹鋼壓力傳感器的

2、結構和制造工藝,評估其的綜合性能和可靠性。第二種是采用外延沉積技術制作半導體應變片,并將其通過厚膜工藝燒結在17-4PH不銹鋼彈性體上制成不銹鋼壓力傳感器,評估其主要性能指標;研究粘接劑材料特性和微觀結構對傳感器輸出特性的影響。主要研究內容包括:
　　(1)采用納米壓痕連續(xù)剛度法測試430不銹鋼基片上介質層的力學性能,結果顯示,其平均楊氏模量為126.56GPa,平均硬度為8.364GPa。測試厚膜電阻的性能參數,評估其作為力傳感

3、器應變片的可行性。厚膜電阻的應變系數約為10.2,電流噪聲約為?20dB,在?40~125℃的溫度系數小于230ppm/K,在125~220℃的溫度系數小于250ppm/K。
　　(2)自由落體試驗和熱沖擊試驗驗證介質層和430不銹鋼基片粘接的可靠性;微觀結構分析表明不銹鋼、介質層和厚膜電阻層在材料成分上是兼容的,證實了制作厚膜不銹鋼壓力傳感器的可行性。
　　(3)采用有限元模擬,確定介質層的厚度與在額定載荷下厚膜電阻在介質

4、層-不銹鋼彈性體上的印燒位置。模擬計算厚膜電阻的自熱效應、介質層與不銹鋼的熱脹系數失配產生的熱應力對厚膜不銹鋼壓力傳感器輸出特性和可靠性的影響,并提出相應的改進方法。
　　(4)設計厚膜應變片式不銹鋼壓力傳感器工藝流程,制作樣品,評估其性能指標。該傳感器在?40~125℃的溫漂小于2.5％,與精度相關的參數誤差(線性度、遲滯和重復性誤差)都在0.15%以內;在125~220℃范圍內,該傳感器的溫漂不高于2.85%,與精度相關的參數