（一）項目概述

國內(nèi)外最常用的三種接觸式測溫元件是熱電偶、電阻溫度計（RTD）和NTC熱敏電阻。熱電偶的工作溫度范圍寬，但易受噪聲影響，漂移較高，500℃以下測量精度及穩(wěn)定性較差。NTC熱敏電阻靈敏度高，但穩(wěn)定性差、線性與互換性差，阻值偏差大。遠(yuǎn)距離、非接觸式測溫中用得多的是紅外溫度傳感器，但它受水氣、煙霧、塵霧、塵埃等影響較大，這些都不適合環(huán)境惡劣的軍用傳感器性能要求。在低、中溫段，以電阻溫度計的線性最好，尤其是鉑熱敏電阻，憑借其上佳的線性和無與倫比的長期穩(wěn)定性，確立了自己作為溫度參考傳遞國際標(biāo)準(zhǔn)的地位。所以，高精度、高穩(wěn)定性的軍用傳感器基本都是采用的鉑熱電阻溫度傳感器。

國外對高精度鉑熱敏電阻的研制主要集中在鉑膜熱敏電阻上。如瑞典的IRON公司、德國賀利氏（Heraeus）公司、美國霍尼韋爾公司，德國賀利氏的高精度鉑熱敏膜電阻的代表有L020、L420。國外對高精度產(chǎn)品的開發(fā)投入相當(dāng)大，美國霍尼韋爾公司的固態(tài)傳感器發(fā)展中心每年用于設(shè)備投資就達(dá)5000萬美元，目前擁有包括計算機(jī)輔助設(shè)計、單晶生長、加工、圖形發(fā)生器，對步重復(fù)照像、自動涂膠和光刻、等離子刻蝕、濺射、擴(kuò)散、外延、蒸鍍、離子注入、化學(xué)氣相沉積、掃描電鏡、封裝和屏蔽動態(tài)測試等最先進(jìn)的成套設(shè)備和生產(chǎn)線，而且是大約每三年左右就要更新其中大部分儀器設(shè)備。

通過先進(jìn)的薄膜制備技術(shù)制作的薄膜鉑熱敏電阻是新型的高精度溫度敏感元件，國外軍事上普遍使用。它的主要工作原理是利用鉑熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化，并呈一定函數(shù)關(guān)系的特性來進(jìn)行測溫，這種溫敏元件能直接測量-60℃～+600℃范圍內(nèi)的液體、氣體介質(zhì)以及固體表面的溫度。如日本產(chǎn)的CRZ鉑金薄膜鉑熱敏電阻芯片就是一個劃時代溫度傳感器發(fā)展的產(chǎn)物。這種薄膜鉑熱敏電阻元件采用的是最先進(jìn)高科技方法，像激光噴鍍，顯微照相和平版印刷光刻技術(shù)，用陶瓷和鉑特制而成，而電阻值則以數(shù)字修整方式作出微調(diào)，因而能提供最精確的電阻值，產(chǎn)品精度達(dá)到了A級和B級。該電阻元件在高溫下能夠保持優(yōu)良的穩(wěn)定性，適合在-50℃～400℃的溫度下使用。鉑薄膜通過激光噴濺在陶瓷表層，因而鉑膜熱敏電阻元件具有良好的防振動和防沖擊性能，薄膜表面覆蓋以陶瓷，因此元件能夠承受高電壓并有良好的絕緣性。

（二）研究目標(biāo)

國內(nèi)鉑膜熱敏電阻的研究起步較晚，在電阻的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、線性度等技術(shù)性能和可生產(chǎn)性方面，與國外同類型產(chǎn)品還有很大的差距。國內(nèi)市場上絕大部分的高精度薄膜熱電阻傳感器都是采用國外的薄膜鉑電阻芯體組裝而成，如澤天傳感所生產(chǎn)的CWB系列溫度傳感器，其測試范圍為-50℃～4OO℃，但其耐壓25MPa。國內(nèi)市場上絕大部分的高精度鉑膜熱敏電阻都依賴于進(jìn)口，這對我國工業(yè)技術(shù)與國防事業(yè)的發(fā)展都很不利。本項目的研究目標(biāo)是：通過對離子束濺射鍍膜、離子束刻蝕、高壓高導(dǎo)熱封裝等工藝技術(shù)進(jìn)行研究，制造新型的高穩(wěn)定、高精度鉑膜熱敏電阻傳感器，打破國外技術(shù)的封鎖，滿足高速飛機(jī)中液壓系統(tǒng)中機(jī)油溫度的快速測試需求，為我國軍事裝備的運(yùn)用提供保障。

1、向用戶提交鑒定樣品2只。

2、向用戶提供產(chǎn)品20只。

3、形成完整的研制報告和工藝技術(shù)文件，固化生產(chǎn)工藝。

（三）技術(shù)指標(biāo)

傳感器主要技術(shù)指標(biāo)如下：1、測量溫度范圍：-50~+300℃；2、貯存溫度范圍：-50~+400℃；3、外殼耐壓力：25MPa；4、響應(yīng)時間：τ0.5小于1秒;5、阻值系列（0℃）：100Ω；500Ω；1000Ω；2000Ω；6、溫度系數(shù)： 3850 PPM/℃；7、芯片電阻允許偏差： ClassC：±0.24%；ClassD：±0.48%；8、抗振動：10～2000Hz，40g；9、抗沖擊：100g ，8ms，半正弦波；10、絕緣電阻：100MΩ；11、芯片外形尺寸：2×10×0.65mm3

（四）研究內(nèi)容

1、鉑膜版圖的設(shè)計；2、離子束濺射鉑電阻膜的工藝研究；3、薄膜鉑電阻的熱處理工藝研究；4、傳感器基底及熱保護(hù)管材料的研制。

擬采取的研究技術(shù)路線及關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)

（一）技術(shù)路線

鉑熱敏電阻的制作工藝一般采用的是絲式、箔式、厚膜式，薄膜鉑熱敏電阻還很少。絲式鉑熱敏電阻是在平板形式支架用直徑為0.03~0.07mm純鉑絲繞制而成，雖然精度高，但具有抗振動和抗沖擊性能差，可靠性低的缺點(diǎn)，并且體積大，不利于向微型化方向發(fā)展。箔式鉑熱敏電阻雖然抗振動沖擊性能有所改善，但具有耐濕性差，絕緣性能低的缺點(diǎn)。鉑膜熱敏電阻的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：穩(wěn)定性好，抗振動，抗沖擊；體積小，重量輕，便于微型化；精度高，壽命長。金屬鉑熱敏電阻器是利用一鉑電阻隨溫度而變化的特性來測溫的。鉑電阻具有高的穩(wěn)定性，制成標(biāo)準(zhǔn)電阻系列可以和儀表或電路接口直接連接，實現(xiàn)對溫度的自動測量、控制和調(diào)節(jié)，應(yīng)用廣泛，成為中、低溫測量不可缺少的溫度敏感元件之一。

鉑電阻阻值與溫度變化之間的關(guān)系可以近似用下式表示：在0~600℃溫度范圍內(nèi)Rt= R0（1+At+Bt2）…………………………………（1）

在-190℃~0℃溫度范圍內(nèi) Rt= R0（1+At+Bt2+C（t-100））t3 ……………………（2）

式中R0，Rt 分別是0℃和℃時的電阻值；A —常數(shù)（3.96847×10-3/℃）；B —常數(shù)（-5.847×10-7/℃）；C —常數(shù)（-4.22×10-12/℃）；

金屬鉑電阻的阻值隨溫度的變化關(guān)系，在一定的溫區(qū)內(nèi)，電阻阻值的變化量與溫度基本呈線性。

本項目將利用金屬鉑的這種熱電阻制作成薄膜熱敏電阻。該薄膜熱敏電阻濺鍍在基底材料上，基底材料可以是金屬材料或者陶瓷。在基底材料上先鍍一層性能優(yōu)良的絕緣膜，再在其上制作電阻膜。功能薄膜的分布圖第一層是基底材料，上面依次是絕緣膜、電阻膜、保護(hù)膜、引線膜。

鉑膜熱敏電阻的溫度測量原理是：熱能-鉑膜電阻值變化。

電阻器封裝采用耐溫材料，芯片與封裝體之間的電氣連接采用金絲球焊件。熱敏電阻一般選用陶瓷作為基底材料，由于本產(chǎn)品要求快速響應(yīng)，采用導(dǎo)熱性好的金屬材料作基底，經(jīng)拋光后，在基底材料上沉積一層絕緣膜，然后在絕緣層上濺射鉑電阻膜，經(jīng)離子束刻蝕成柵條電阻，再在電阻膜層上濺射一層保護(hù)絕緣膜。每片基片上可制造10-20支電阻器，芯片制造工藝完成后再進(jìn)行切片，內(nèi)引線，封裝，檢測。

（二）關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)

1、鉑熱電阻膜工藝研究

鉑電阻溫度系數(shù)線性好，阻值穩(wěn)定，適合制作高精度的薄膜熱電阻。每種材料的濺射速率是不一樣的，而且不同的濺射能量參數(shù)下，所獲得的薄膜的性能也有差異，所以，鍍不同材質(zhì)的膜層時，所需的濺射能量參數(shù)不一樣。要獲得均勻、致密、性能優(yōu)異的薄膜，必須對不同膜層的工藝參數(shù)進(jìn)行工藝研究。

對電阻膜性能的要求，主要集中在多厚的膜的材質(zhì)最接近于體材的材質(zhì)，有著穩(wěn)定的溫度性能與電阻性能。從理論上分析，電阻膜的各項性能在工藝上主要受濺射靶材的性能、成膜的過程、成膜的厚度、電阻膜的柵條形狀及分布、薄膜的熱處理工藝等影響。為了保證膜層的均勻一致性，保證工藝的可重復(fù)性，必須對薄膜電阻的形狀、厚度和成膜速率進(jìn)行研究。

薄膜厚度不一樣，成膜的結(jié)晶過程不一樣，膜層的性能也就有差別。厚度太薄的膜，由于其缺陷多，穩(wěn)定性差，工藝可控性不強(qiáng)，對傳感器的性能、制作工藝不利，適當(dāng)提高薄膜的厚度，使其性能更接近于體材，有利于產(chǎn)品穩(wěn)定性的提高和工藝中的控制。膜厚達(dá)到一定程度，濺射材料成分的細(xì)微變化、膜層雜質(zhì)、光刻腐蝕過程中的差異等對電阻阻值的影響就會減小，這些都有利于薄膜電阻溫度系數(shù)的一致性與阻值的均勻性。通過大量的工藝實驗研究，找到最佳鍍膜參數(shù)與鍍膜時間，確定薄膜厚度，可以獲得高性能的電阻膜。

2、激光調(diào)阻技術(shù)研究

激光調(diào)阻技術(shù)是采用激光束對多層薄膜的中間層鉑膜電阻條阻值進(jìn)行精確修正，使阻值精確符合100Ω，500Ω等標(biāo)準(zhǔn)系列。預(yù)先在薄膜電阻版圖上設(shè)計激光調(diào)阻區(qū)，在鍍膜完成后，利用激光束的能量，對鉑電阻進(jìn)行熔斷或切削。主要研究內(nèi)容包括：激光束能量的大小、束徑控制、定位系統(tǒng)和阻值精密監(jiān)測系統(tǒng)。

3、封裝

研究解決耐高壓的高導(dǎo)熱的材料（如玻璃鋼）問題，研究封裝方法。本文源自澤天傳感，版權(quán)所有，轉(zhuǎn)載請保留出處。