陶瓷作為彈性材料在壓力傳感器行業的應用

陶瓷壓力傳感器分為電容式陶瓷壓力傳感器和壓阻式陶瓷壓力傳感器二種，這二種傳感器都采用厚膜技術(Thick Film Technology)制造的。

電容式陶瓷壓力傳感器：極薄的彈性體背面印刷燒結一圓形電極，而彈性體承載體(基座)亦采用厚膜技術印刷燒結相應的電極，并在兩電極表面印刷燒結極薄的絕緣層，當彈性體受壓后會產生微量位置變化,它與基座另一電極之間電容會產生變化,而組裝在傳感器上面ASIC電路中振蕩回路即引起振蕩頻率變化,再由ASIC電路的"頻率-電壓"轉換電路轉換成電壓變化或再轉換成電流變化。從而實現壓力/電信號物理量轉換。

壓阻式陶瓷壓力傳感器：采用電子漿料, 將四個厚膜電阻印刷--燒結在傳感器彈性體上形成惠斯頓電橋路，并采用激光修調系統將電橋修調成平衡狀態。當傳感器彈性體微量形變便形成電橋不平衡，當在橋路相對兩端施加直流激勵電壓，而橋路另兩端便有毫伏級的電壓信號輸出。其橋路輸出電壓與壓力大小完全精密線性相關，在信號調理電路中可不用線性補償便可得到很高的線性精度和低溫度漂移，但是壓阻式陶瓷壓力傳感器的長期穩定性不是很理想，在要求測量精度高場合是合適采用的。

厚膜工藝是指采用Hybrid Integrated Technology技術。是在二次世界大戰以后發展起來的二次集成工藝,它開始是直接應用于軍事領域,后來發展到通信和計算機領域。一體化厚膜陶瓷壓力傳感器是國際上近三年來才開始出現第三代高性能壓力傳感器。它的特點是傳感器彈性體與瓷環在陶瓷制造過程中直接做成一體,與以往的同類產品相比，一體化厚膜陶瓷壓力傳感器彈性體和瓷環從設計和工藝技術上實現一體化，較目前國際上第一代和第二代陶瓷壓力傳感器彈性體和瓷環需要用有機粘結劑粘合大大提高了陶瓷壓力傳感器的機械特性、電特性和可靠性。特別是提高了傳感器過載壓力、靈敏度、重復性、遲滯性和穩定性等性能。

從生產設備來講，所有厚膜工藝設備(包括自動絲網印刷機、膜厚非接觸式測試設備、燒結爐、激光修調系統等)都必須從美國、英國、日本等國家進口，這些都是國際一流設備，國內不具備生產能力。另外，傳感器是敏感元件，對生產環境要求極高，生產線必須具備凈化廠房。而這一點，國內的生產線亦無法達到要求。以前，我們曾嘗試，將自己設計的一體化陶瓷環、高壓阻系數電子漿料，配方研制完成后，在國內生產，但生產出的產品性能始終無法達到要求。以設備來講，國內生產線加工的傳感器存在的最大的問題就是時漂和溫漂大，也就是說性能不太穩定。

我國壓力傳感器市場主要是工業自動化控制領域，和汽車領域。在工控領域里目前我國絕大部份采用擴散硅壓力傳感器、應變片式壓力傳感器和濺射薄膜壓力傳感器，而國內廠家生產面廣量大的就是擴散硅壓力傳感器。

進入九十年代,國際上MEMS技術有了長足的發展，硅片定向微機電加工精度和成品率不斷提高，加上離子注入技術的發展使擴散硅壓力傳感器從技術上有了可靠保證，成本也有所下降。在許多應用領域里，擴散硅壓力傳感器還必須與充油蕊體配套,這又使它的售價大幅度上升。這些原因無疑在一定程度上促進了國內壓力傳感器市場的興盛。

在國外，壓阻式陶瓷壓力傳感器以其高可靠性，抗腐蝕、優良的線性精度和低成本開始逐漸替代擴散硅壓力傳感器，這也將是必然的發展趨勢。瑞士Metallux公司,此外德國WIKA公司和韓國Greensensor公司也生產陶瓷壓力傳感器,他們都看好中國市場。本文源自澤天傳感，版權所有，轉載請保留出處。