浅谈溅射薄膜压力传感器的国内外发展历史

在国内，我国自50年代就开始了粘贴应变式压力传感器的研究，直到70年代，国内压力传感器商品仍然以粘贴式和早期的机械式压力传感器为主。进入80年代我国才开始引进生产线生产电容式压力传感器，并大量用于工控领域。同时期，电子部等单位自行开发的扩散硅压力传感器也形成小批量生产能力，但技术水平与国外同类产品相比有较大差距，主要表现在温度性能、长期稳定度等技术指标方面。

国内溅射薄膜压力传感器的研究工作也始于80年代初期，如陕西晶体管厂、计量局等单位早有实验结果的文献报道，但至今未形成规模化商品化生产，仍停留在实验和试制阶段。90年代，国内有研究机构开始采用离子束溅射方式制备溅射膜压力传感器并小量应用于军事装备。

在国外，国外40年代发明了粘贴应变式压力传感器，随后几十年，各国都致力于该产品中的粘贴剂和补偿技术等方面的研究，使产品技术得到很大发展。70年代前后基本上取代了机械式的压力传感器，但是粘贴式应变压力传感器中粘贴胶的弊端无法消除，产品性能受到限制。

60年代，荷兰、法国等先后提出了薄膜压力传感器的开发设想，即利用薄膜技术将应变电阻直接制作在弹性材料上，代替粘贴工艺，但当时受到设备和工艺的限制，该技术的发展较慢。同时期电容式压力传感器和扩散硅压力传感器得到迅速发展，产品在工业过程控制、汽车、衡器等领域得到大量应用。

由于电容式压力传感器体积笨重，抗振动、冲击等恶劣环境能力差，而扩散硅压力传感器存在温度漂移大的致命弱点，使各发达国家自70年代以后又加大了对薄膜压力传感器的研究投入。荷兰Could公司首先报导了研究结果；压力传感器连续工作8年，零点漂移小于千分之一。70年代中期，美国、法国报道了利用阴极蒸发等工艺制造薄膜压力传感器的技术成果。80年代后， 德国、俄罗斯等国也相继报道了利用磁控溅射等方法制造的产品成果，薄膜压力传感器的优良性能得到世界传感器行家的公认。

目前，薄膜压力传感器在国外主要用于军事（如美国用于阿波罗飞船、俄罗斯于用联盟号飞船和暴风雪­—能源号航天飞机、法国用于阿迪亚娜运载火箭）、核工业、油井等恶劣环境，正推广应用于工控、船舶、机械等其它领域。

近几年来，我国压力传感器制造技术虽有长足的进步，但纵观全局，我国压力传感器的整体水平与国外发达国家比仍有较大差距，一些核心制造工艺技术还严重滞后于国外。所以有不少国内传感器制造单位主要依靠进口国外关键器件（如压力芯片）进行组装。更多的公司、企业则主要从事国外产品的推销和代理，显然，这是一种纯粹的商业行为，对国内传感器的发展不能起积极作用。

从技术角度看，目前市场上常见的有扩散硅式、差压电容式、陶瓷压阻式、金属应变片粘贴式等多个品种。溅射薄膜式压力变送器的一大突出特点是受温度影响小。在温度变化100℃时，零点漂移仅为0.5%。其温度性能远优于扩散硅式压力变送器，由于溅射式以惠斯顿电桥与弹性不锈钢膜片间有很好的匹配并成为一体，而不存在任何胶粘剂。所以比粘贴式应变片传感器显示出高的长期稳定性与可靠性。国内压力传感器仍处于落后水平，在压力传感器的生产环节中存在“瓶颈”现象，研制和生产的水平不高，造成主要性能指标和国外有较大差距，特别是稳定性可靠性问题没有得到根本解决，有人称这为是“国产压力传感器的硬伤”，极大地限制了国产压力传感器的使用范围和可信程度，有些高性能产品不是靠工艺保证，而是靠筛选、试用。由于质量没有保证，许多需要高性能的压力传感器还不得不依赖进口，在一些重大工程如化工、电站、冶金、石油、环保、机械等领域中，目前仍有较大压力传感器依赖进口。这种情况，无疑对国产武器装备的研制和保障是极不利的。

目前，国内现有离子束溅射技术淀积薄膜小批生产薄膜压力传感器产品，少量提供军品。与国外技术水平的差距，主要表现在薄膜压力芯片性能难以兼顾高温范围和低温范围，质量难以控制等方面。究其原因，主要是对薄膜压力芯片制作这个关键工艺没有吃透，要解决薄膜压力芯片制作中的关键问题、关键技术，才有可能彻底提薄膜压力高传感器的稳定性和可靠性。本文源自泽天传感，版权所有，转载请保留出处。