（一）項(xiàng)目概述

國(guó)內(nèi)外最常用的三種接觸式測(cè)溫元件是熱電偶、電阻溫度計(jì)（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(cè)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(cè)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(jì)的線性最好，尤其是鉑熱敏電阻，憑借其上佳的線性和無(wú)與倫比的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，確立了自己作為溫度參考傳遞國(guó)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(guó)外對(duì)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(guó)賀利氏（Heraeus）公司、美國(guó)霍尼韋爾公司，德國(guó)賀利氏的高精度鉑熱敏膜電阻的代表有L020、L420。國(guó)外對(duì)高精度產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)投入相當(dāng)大，美國(guó)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(wàn)美元，目前擁有包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、單晶生長(zhǎng)、加工、圖形發(fā)生器，對(duì)步重復(fù)照像、自動(dòng)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(dòng)態(tài)測(cè)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(guò)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(guó)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(lái)進(jìn)行測(cè)溫，這種溫敏元件能直接測(cè)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(gè)劃時(shí)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(jí)和B級(jí)。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(guò)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(dòng)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(guó)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(guó)外同類(lèi)型產(chǎn)品還有很大的差距。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上絕大部分的高精度薄膜熱電阻傳感器都是采用國(guó)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(cè)試范圍為-50℃～4OO℃，但其耐壓25MPa。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上絕大部分的高精度鉑膜熱敏電阻都依賴(lài)于進(jìn)口，這對(duì)我國(guó)工業(yè)技術(shù)與國(guó)防事業(yè)的發(fā)展都很不利。本項(xiàng)目的研究目標(biāo)是：通過(guò)對(duì)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(guó)外技術(shù)的封鎖，滿(mǎn)足高速飛機(jī)中液壓系統(tǒng)中機(jī)油溫度的快速測(cè)試需求，為我國(guó)軍事裝備的運(yùn)用提供保障。

1、向用戶(hù)提交鑒定樣品2只。

2、向用戶(hù)提供產(chǎn)品20只。

3、形成完整的研制報(bào)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(cè)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(shí)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(dòng)：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?jī)?nèi)容

1、鉑膜版圖的設(shè)計(jì)；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(dòng)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(dòng)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(dòng)，抗沖擊；體積小，重量輕，便于微型化；精度高，壽命長(zhǎng)。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(lái)測(cè)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(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的自動(dòng)測(cè)量、控制和調(diào)節(jié)，應(yīng)用廣泛，成為中、低溫測(cè)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(shí)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(xiàng)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?cè)诨撞牧仙?，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?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(cè)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(cè)。

（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(shí)，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(duì)不同膜層的工藝參數(shù)進(jìn)行工藝研究。

對(duì)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(xiàng)性能在工藝上主要受濺射靶材的性能、成膜的過(guò)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(duì)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(guò)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(duì)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(guò)程中的差異等對(duì)電阻阻值的影響就會(huì)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(guò)大量的工藝實(shí)驗(yàn)研究，找到最佳鍍膜參數(shù)與鍍膜時(shí)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(duì)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(jì)激光調(diào)阻區(qū)，在鍍膜完成后，利用激光束的能量，對(duì)鉑電阻進(jìn)行熔斷或切削。主要研究?jī)?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(cè)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(wèn)題，研究封裝方法。本文源自澤天傳感，版權(quán)所有，轉(zhuǎn)載請(qǐng)保留出處。