[发明专利]一种新型电容式压力传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于压力传感器领域，具体涉及一种新型电容式压力传感器及其制备方法，特别是双极板形变的压力传感器及其制备方法。

背景技术

压力传感器是工业领域中最为常见的一种传感器，其广泛应用在各种工业控制场合中，例如暖通空调、汽车工业、铁路交通、航天航空、石油化工、机床、液压管道等。按照工作原理的不同，压力传感器主要分为压阻式、电容式以及压电式等。

目前，压阻式压力传感器由于其制造工艺与半导体工艺兼容性高，制造工艺成熟，接口电路简单等优点，是目前压力传感器的主流技术。但是压阻式压力传感器却有着温度特性差，灵敏度低，功耗大等缺点，并不适合一些高可靠性、精度高的应用领域。

压电式压力传感器制造工艺复杂，温度系数大，使用及维护比较困难。

电容式压力传感器通常采用平板电容方式，将压力敏感膜作为电容一个电极，利用敏感膜感测压力时弹性形变引起电容间距发生变化，从而引起电容量变化的原理测量压力。常用的电容式压力传感器工作示意图如图1所示：

该压力电容由动极板41和定极板40组成，二者之间的距离为d，相对面积为S，电容介质3介电常数为ε，则电容的计算公式为：

当压力介质进入压力腔室作用到动极板41上，动极板受外力作用向上发生变形，引起两极板间距变小，则根据上述计算公式，电容C与d成反比，电容C相应地增大。

上述常用电容式压力传感器的基本特征可归纳为单极板形变，该特征的压力传感器制备工艺成熟，但存在以下不足：

(1)、该压力传感器的灵敏度取决于单个动极板的形变量，受电极板的制作工艺和材料限制，相应动极板的感测压力时的形变量无法做到足够大，因此传感器的灵敏度无法进一步提高；

(2)、为实现较高灵敏度，需要加大动极板的形变量，这就极大地增加了动极板的制作难度和制作成本，同时大的形变量容易导致电极破裂，降低了传感器整体的可靠性，极大缩短了传感器的寿命。

(3)、采用单极板形变的传感器体积普遍比较大，不符合目前传感器小型化的要求。

鉴于此，提供一种新型电容式压力传感器及其制备方法是本发明所要研究的课题。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种新型电容式压力传感器及其制备方法，以解决现有单极板形变电容压力传感器灵敏度低、可靠性差、体积大、以及制造成本低的不足。

为实现上述发明目的，本发明提供以下的技术方案：一种新型电容式压力传感器制备方法，

步骤1，将陶瓷粉或玻璃粉利用模具加压成型，并通过烧结制成基座；其中，所述基座包括两对称设置的半基座，以基座的轴向中心平面为基础，定义基座的左半边为左半基座，基座右半边为右半基座，所述左半基座和右半基座的结构、形状以及尺寸均相同，所述左半基座和右半基座均分为上下两段，其上段为内孔半圆柱结构，其下段为平板结构，在左半基座的平板结构上开设有左压力介质通孔，右半基座的平板结构上开设有右压力介质通孔，在左半基座的内孔半圆柱结构上开设有左加工通孔，右半基座的内孔半圆柱结构上开设有右加工通孔；

步骤2，利用两块面积相同的陶瓷板作为敏感片的基板，并且利用薄膜溅射工艺在每个基板上制备贵金属电极及电极引线；其中，所述敏感片两块面积相同的基板分别为左基板和右基板，所述左基板和右基板的内侧面上分别设有电极及电极引线，左基板和右基板上的两个电极为相对电极；

步骤3，在所述左基板和/或右基板上的电极及电极引线周边设有金属支撑墙，所述金属支撑墙厚度高于电极及电极引线厚度；

步骤4，将左基板和右基板的电极正对装配，并通过热压工艺将两个基板制备成一个完整的敏感片，此时，两个贵金属电极通过金属支撑墙隔开一定的间距；

步骤5，将所述基座和敏感片装配到一起，使敏感片的左基板上的电极位置正对左半基座上的左压力介质通孔，同时，使右基板上的电极位置正对右半基座上的右压力介质通孔；

步骤6，通过烧结工艺将所述敏感片与基座烧结成一体，形成新型电容式压力传感器。

进一步的，所述支撑墙采用薄膜工艺或厚膜工艺，其中，所述薄膜工艺为溅射、蒸镀或气相沉积工艺，所述厚膜工艺为丝印或电镀工艺。

进一步的，还包括外壳，所述外壳与基座上部的中空圆柱体通过烧结连接而成。