[发明专利]一种陶瓷电容式压力传感器导电薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种陶瓷电容式压力传感器导电薄膜的制备方法。该方法为：一、陶瓷基底表面打磨、清洗、烘干；二、磁控溅射镀制导电薄膜；三、高温热处理。本发明以金靶材和钛靶材作为主要原材料，制备的Ti/TiAu/Au的导电薄膜，Ti作为打底层，TiAu合金作为过渡层，Au作为导电层，大大降低了Au导电层的厚度，导电薄膜与陶瓷基底附着力强，结合强度高，导电性能好。本发明在磁控溅射制备导电薄膜后经过热处理，可增强导电薄膜与陶瓷基底的附着力，解决了陶瓷压力传感器芯片在高温焊接时出现电极呈“孤岛”状而失去导电性能的缺点。

技术领域

本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种陶瓷电容式压力传感器导电薄膜的制备方法。

背景技术

制备电极薄膜有多种制备方法，总体上可归纳为两大类：物理法和化学法。物理法主要包括磁控溅射法和真空蒸镀法；溶胶-凝胶法等方法则属于化学法。其中物理法操作相对简便，易流水线作业，环境污染小，生产成本相对较高；化学法制造成本较低，适用于小规模膜层镀制，不适合大规模生产使用，不易形成流水线生产。对于陶瓷电容式压力传感器导电薄膜的传统工艺存在一些缺陷：(1)电极耐高温性能差，一些工艺制备的传感器导电薄膜在陶瓷片封接工艺中要经过高温烧结处理，高温烧结后电极材料会发生下渗或固态润湿，导致导电薄膜呈“孤岛”状，从而失去了导电薄膜的导电性能；(2)导电膜层太薄，与陶瓷基底附着力太低，在使用中容易脱落等缺点。

在工业生产和科研开发中，磁控溅射法已经成为制备工艺简单，适用性广泛，性能优良的首要电极薄膜制备工艺。在该工艺制备过程中，通过高能电子束轰击靶材料，使其在一定气氛环境下发生辉光放电。辉光放电现象使得一定量的靶原子从表面逃逸至气氛中，在外加偏转磁场的作用下，这些逃逸原子逐渐沉积在基板表面而形成薄膜。同时离子束轰击会产生二次电子，这些电子在维持溅射工艺起到极其重要的作用。磁控溅射凭借沉积速率快、基片温度低，对膜层的损伤小、操作压力低等优点而被广泛使用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种工艺简单、导电性能好、与基底结合性能好且不易脱落、耐高温、耐腐蚀的陶瓷电容式压力传感器导电薄膜的制备方法。同时解决现有技术在金电极层的吸附性较差以及较厚金电极层所带来的缺陷。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种陶瓷电容式压力传感器导电薄膜的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一：采用陶瓷材料作为陶瓷电容式压力传感器芯片的基底，经过表面打磨、清洗、烘干后备用。

步骤二：将步骤一得到的陶瓷基底放入高温炉内进行热处理。

步骤三：将步骤二热处理后的陶瓷基底放入加工好的金属模具中，按照导电薄膜图案加工金属掩膜板，将金属掩膜板置于装有陶瓷基底的金属模具上面，用高温胶带粘接。

步骤四：将步骤三粘接好的金属模具整体放入多靶磁控溅射腔体工件盘中，一个溅射靶装上金靶材，金靶材纯度为99.99％，另一个溅射靶装上金属钛靶材，钛靶材纯度为98％以上。

步骤五：将装有金属模具的工件盘加热，加热温度为100℃～400℃，用多靶磁控溅射中离子源对金属模具中的陶瓷基底进行表面处理。

步骤六：打开钛靶材电源，缓慢加大功率，起辉后打开钛靶材遮挡板，镀制金属钛作为打底层，厚度控制在200nm～500nm。

步骤七：步骤六结束后，同时打开钛靶材和金靶材电源，缓慢加大功率，起辉后打开靶材遮挡板，镀制金属钛、金合金作为过渡层，厚度控制在200nm～800nm。

步骤八：关闭钛靶材遮挡板、电源，继续镀制金导电层，厚度控制在20nm～50nm。

步骤九：开炉取出试样，去除掩膜板，陶瓷基底上制得导电薄膜，然后在高温炉内进行热处理。