一种双电容厚膜陶瓷感压元件的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种双电容厚膜陶瓷感压元件的制备方法，包括绘制平面化设计版图、电极印刷、粘结密封层的丝网印刷及烧结制备工艺。绘制平面化设计版图，经照相制版、曝光显影，将原图转印于丝网上构成掩模网版，通过厚膜网版将Ｐｄ／Ａｇ电极浆料淀积在陶瓷盖板和陶瓷弹性膜片上，经流平、烘干、烧结形成电极；通过粘结网板在陶瓷弹性膜片及陶瓷盖板边缘印刷高温粘结白玻璃层，经流平、烘干干燥后烧结白玻璃；在公共电极上印刷、烘干、烧结一层二氧化硅绝缘膜，以防止感压元件过载时短接，印刷低温粘结玻璃层后，将上下电极粘结形成双电容厚膜陶瓷感压元件结构且经烧结制成。该发明专利技术的制备方法成本低，工艺实现相对容易，可靠性好，适于批量生产。

【技术实现步骤摘要】
所属领域 本专利技术涉及传感器应用领域，特别涉及。
技术介绍
压力传感器是我国传感器系统中应用最广的一类传感器，在精密测量、自动化控制、航空航天、汽车、冶金、化工等领域都得到广泛的应用。长期以来，国内外力敏传感器一直以电阻应变式为主，其中主要是金属箔式、半导体硅压阻式两种。金属箔式应变计灵敏度低、应变系数仅为2，采用应变胶粘贴，易受温度、湿度等环境条件影响，并随时间老化，产生零点漂移，迟滞增大，传感器性能随时间变化；半导体硅压阻式应变系数高，然而因材料对温度非常敏感，环境温度影响大，工作温度范围窄(一般不超过60℃)，而且测量腐蚀性物体压力需要隔离，结构复杂、成本高。近年来，虽有薄膜应变式等新型力敏传感器出现，但因成本高等多种因素，难以满足日益增长的石化、冶金、工业过程控制等需求。国内外从八十年代开始研究电容式压力传感器，美国专利第4345299号公开了一种电容压力传感器，包括由陶瓷材料制成的一个基座和一个膜片，基座和膜片上分别制备一个金属电极，上述基座和膜片之间固定在一起形成一介质腔，构成压力传感器。美国专利第4735098号公开了一种电容差压传感器，包括由陶瓷材料制成的一个基座和两个膜片，基座两面和膜片的一面分别制备一个金属电极，上述基座和膜片固定在一起形成两个介质腔，构成差压力传感器。这两种传感器系周边支撑圆盘机构单电容，未能解决当大压力时，由于边缘效应，存在较大的非线性，且过载时两电极容易短接；传感器本身不带处理电路，由于分布电容的影响，难于远距离使用；基座不带排气孔，密封时内部气体和挥发物在高温下难排除，因而封接质量不高。中国专利第87209178号公开了一种耐高温抗振型的电容式压力传感器，包括一个由75氧化铝陶瓷材料制成的基座和一个由95氧化铝陶瓷材料制成的膜片，基座和膜片分别制备一对银电极，上述基座和膜片之间用云母片隔开并用铅玻璃固定在一起形成一个介质腔，构成压力传感器。该专利基座和膜片的材料膨胀系数不一致，难以保证传感器封接的可靠性和测量的稳定性；银电极表面粗糙、难以形成表面平滑光滑的电极层，给后续加工带来难度，容易造成电极短路，且银电极易氧化，不耐腐蚀，难以在其表面覆盖无机绝缘材料，用云母片来控制电容间隙工艺难度大。中国专利第2165438Y号公开了一种电容式压力传感器，包括由信号线，上、下外壳，动片固定螺栓，垫片，动片，弹性膜等部件，其中将上、下外壳、动片固定螺栓、传感器弹性膜合为一个整体，动片由动片固定螺栓固定。但这种一体化实现传感器结构部件太过复杂，整个传感器显得庞大，不适应小型化微型化需求，信号线装配困难，可靠性和稳定性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对
技术介绍
中传感器的不足，为了满足批量生产的需要，提出。该专利技术采用了先进的电子陶瓷技术、无中介液的干式压力测量技术、厚膜传感技术及丝网印刷、烧结工艺技术，能够研制一种高性能、低成本的新型双电容厚膜陶瓷感压元件的制备方法。本专利技术的技术方案是，包括绘制平面化设计版图、电极印刷、粘结密封层的丝网印刷及烧结，其特征在于它是按以下步骤完成的1.1绘制平面化设计版图，经照相制版、感光胶曝光显影，将原图转印于丝网上构成掩模网版，选择96％Al2O3陶瓷盖板及陶瓷弹性膜片作电极板，并在净化间进行超声波清洗； 1.2电极印刷，取Pd/Ag电极浆料，并充分搅拌匀浆，采用250目尼龙丝网，将Pd/Ag电极浆料置于网板上，用刮板匀浆并通过网孔把浆料均匀地印刷淀积在陶瓷基片上；印刷后的电极水平放置流平5～15min后，置于50～180℃下60～80min，其中，自50℃始，升温速率为15～25℃/min，烘干，温度分别为50℃，70℃，90℃，110℃，130℃，150℃，180℃，各温点保温10min后在干燥箱内自然冷却；1.3 Pd/Ag电极烧结，使用烧结炉，将陶瓷弹性膜片、陶瓷盖板一起分别置于400℃、563℃、831℃、854℃、852℃和700℃下合计0.9～1.1小时，带速0.87m/min；1.4印刷、烧结高温粘结玻璃，通过粘结网板在弹性膜片及陶瓷盖板上印刷高温粘结白玻璃层，经流平、烘干干燥后烧结白玻璃，温度参数设置，同Pd/Ag电极烧结；1.5印刷、烘干、烧结绝缘玻璃层，通过绝缘层网版在陶瓷弹性膜片上再丝网印刷淀积一层二氧化硅绝缘膜，流平10min后，置于50～180℃下60～80min，其中，自50℃始，升温速率为15～25℃/min，烘干，温度分别为50℃，70℃，90℃，110℃，130℃，150℃，180℃，各温点保温10min后在干燥箱内自然冷却，于580～620℃下烧结50-70min；1.6印刷低温粘结玻璃，通过粘结网板在弹性膜片及陶瓷盖板上，再印刷一层低温玻璃粘结层，流平10min；1.7上下电极粘结，将陶瓷弹性膜片和陶瓷盖板粘结，感压元件在干燥箱烘干冷却；1.8烧结感压元件，烧结温度300℃，400℃，510℃，520℃，520℃，400℃，带速0.87m/min，烧结时长0.9～1.1小时，烧制成感压元件。所说的平面化设计版图，其测量电极半径为R1、参考电极内半径为R2、参考电极外半径为R3时，则应满足R32-R22＝R12，且R2≥R10.5cm。本专利技术制备方法的双电容厚膜陶瓷感压元件，包括基座和膜片，基座和膜片分别由厚的陶瓷盖板和薄的陶瓷弹性膜片构成；陶瓷盖板中心设置圆形的测量电极，边缘设置环形的参考电极，构成同轴双电极结构并使两电极面积相等；陶瓷弹性膜片上设置一圆形的单电极作为公共电极，在公共电极上面覆盖一层薄的二氧化硅玻璃绝缘膜，防止陶瓷弹性膜片上的公共电极过载时与陶瓷盖板上的测量电极发生短路，公共电极与中心的测量电极构成测量电容器，公共电极与边缘环形的参考电极构成参考电容器，即构成同轴环状的双电容感压元件；陶瓷盖板和陶瓷弹性膜片中间通过粘接玻璃层封接形成一个空心金属凹槽的空气介质腔，在空气介质腔上面设置一个通气孔使双电容感压元件的腔体与大气相通；通过设置的空心金属凹槽引出双电容感压元件的电极引出线，引出参考电极引出线、测量电极引出线、公共电极引出线形成空气介质的电容器，引出线分别电连接软性电路板将后续信号处理电路与双电容感压元件集成一体，减小导线分布电容影响并适合远距离信号传输。陶瓷盖板上带有排气孔，利于密封时内部气体和挥发物在烧结高温下排除。陶瓷盖板和陶瓷弹性膜片使用同一种电子陶瓷材料，即选择96％Al2O3作电极板。相对于现有技术的有益效果相对于现有技术，本专利技术提供了，包括绘制平面化设计版图、电极印刷、粘结密封层的丝网印刷及烧结制备工艺，双电容厚膜陶瓷感压元件的制备方法成本低，工艺实现相对容易，可靠性好，而且所需生产设备投资少。采用六温区全自动遂道烧结炉，各温区温度均由微机控制，控制精度高，温度分布均匀，操作方便，批量生产时生产周期短，该制备方法消除了普通炉子快速升温时膜层表面先硬化，而内部存在气孔等弊端。附图说明下面结合附图和实例对本专利技术做进一步说明。图1是本专利技术制备的双电容厚膜陶瓷感压元件结构图；图2是双电容厚膜陶瓷感压元件的陶瓷盖板电极图；图3是双电容厚膜陶瓷感压元件的陶瓷弹性膜片电极图；图4是双电容厚膜陶瓷感压元件的粘接层网版图；图5是双电容厚膜陶瓷感压元件的二氧化硅绝缘膜图。根据附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双电容厚膜陶瓷感压元件的制备方法，包括绘制平面化设计版图、电极印刷、粘结密封层的丝网印刷及烧结，其特征在于它是按以下步骤完成的：１．１绘制平面化设计版图，经照相制版、感光胶曝光显影，将原图转印于丝网上构成掩模网版，选择９６％Ａｌ ↓［２］Ｏ↓［３］陶瓷盖板及陶瓷弹性膜片作电极板，并在净化间进行超声波清洗；１．２厚膜电极丝网印刷，取Ｐｄ／Ａｇ电极浆料，并充分搅拌匀浆，采用２５０目尼龙丝网，将Ｐｄ／Ａｇ电极浆料置于网板上，用刮板匀浆并通过网孔把浆料均匀地印刷淀积 在陶瓷基片上；印刷后的电极水平放置流平５～１５ｍｉｎ后，置于５０～１８０℃下６０～８０ｍｉｎ，其中，自５０℃始，升温速率为１５～２５℃／ｍｉｎ，烘干，温度分别为５０℃，７０℃，９０℃，１１０℃，１３０℃，１５０℃，１８０℃，各温点保温１０ｍｉｎ后在干燥箱内自然冷却；１．３Ｐｄ／Ａｇ电极烧结，使用烧结炉，将陶瓷弹性膜片、陶瓷盖板一起分别置于４００℃、５６３℃、８３１℃、８５４℃、８５２℃和７００℃下合计０．９～１．１小时，带速０．８７ｍ／ｍｉｎ；１．４印刷、烧结 高温粘结玻璃，通过粘结网板在陶瓷弹性膜片及陶瓷盖板上印刷高温粘结白玻璃层，经流平、烘干干燥后烧结白玻璃，温度参数设置，同Ｐｄ／Ａｇ电极烧结；１．５印刷、烘干、烧结绝缘玻璃层，通过绝缘层网版在陶瓷弹性膜片上再丝网印刷淀积一层二氧化硅绝 缘膜，流平１０ｍｉｎ后，置于５０～１８０℃下６０～８０ｍｉｎ，其中自５０℃始，升温速率为１５～２５℃／ｍｉｎ，烘干，温度分别为５０℃，７０℃，９０℃，１１０℃，１３０℃，１５０℃，１８０℃，各温点保温１０ｍｉｎ后在干燥箱内自然冷却，于５８０～６２０℃下烧结５０－７０ｍｉｎ；１．６印刷低温粘结玻璃，通过粘结网板在陶瓷弹性膜片及陶瓷盖板上，再印刷一层低温玻璃粘结层，流平１０ｍｉｎ；１．７上下电极粘结，将陶瓷弹性膜片和陶瓷盖板粘结，感压元件在干燥箱烘干冷却； １．８烧结粘结好的感压元件，烧结温度３００℃，４００℃，５１０℃，５２０℃，５２０℃，４００℃，带速０．８７ｍ／ｍｉｎ，烧结时长０．９～１．１小时，烧结成感压元件。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李民强，马亦武，王英先，唐力强，李鹏，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]