基于LTCC的新型高灵敏度陶瓷压力传感器的研制

刘红雨

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西 太原 030024)

0 引 言

以陶瓷为代表的高温绝缘材料因具有较好的稳定性及机械弹性，在高温、高压等各种复杂恶劣环境下得到了广泛应用. 常规的MEMS传感器(如压力传感器，流量传感器，温度传感器等)采用硅作为敏感材料[1-4]. 然而，由于硅的材料属性，限制了其在150℃以上的环境中工作. 但是，近年来，随着高温绝缘材料的不断发展，低温共烧陶瓷(LTCC)因具有介电常数变化大、耐高温、集成度高等优点被应用于各个领域.

尽管LTCC集成技术优化了电容式压力传感器的制造工艺，但采用陶瓷材料作为压力敏感膜仍存在以下缺点： ① 由于陶瓷材料的弹性模量较大，韧性较低而导致灵敏度低； ② 由于陶瓷材料的刚度过高而导致寿命短、性能差； ③ 制造过程中LTCC敏感膜的变形影响因素大； ④ 由于LTCC胶带的厚度固定而导致难以薄膜化.

为了解决上述难题并提高传感器的性能，本文提出了一种新颖的LTCC陶瓷压力传感器的制备方法，该方法利用4J33 铁-镍-钴合金作为敏感膜材料，通过平行焊缝密封技术将4J33铁-镍-钴合金和LTCC陶瓷基板紧密焊接在一起. 最后，在室温环境下，对制造的传感器进行一系列的压力测试，以研究传感器的性能测试，并且进行了一系列压力研究，验证了传感器的灵敏度.

1 测量原理与结构设计

本文设计的传感器测量依据无线无源谐振遥测方案，通过电感间的无线耦合从外部读取器天线获取压力的变化，传感……