基于LTCC的电容式高温压力传感器的设计、制作与测试

摘要

基于近年来军用民用/行业对高温环境下的压力信号获取的需求日益增大，而传统的压力传感器在高温环境应用场合表现出了非常大的局限性的现状，本论文提出了一种基于LTCC（低温共烧陶瓷）的电容式高温压力传感器，不仅可以解决400℃-600℃高温环境下压力信号读取的难题，同时也开创了传感器结构设计方面的一些新的思路与方法，对以后的MEMS结构设计和制作有着重要指导和借鉴意义
　　本论文结合国内外相关研究现状，主要对LTCC高温压力传感器的设计，制备及关键工艺，以及测试三方面进行研究。
　　传感器设计环节：介绍了LTCC高温压力传感器的电磁模型和平面螺旋电感模型；根据了传感器的力-电原理分析了传感器在载荷下的电容变化；设计了LTCC高温压力传感器的结构模型并对其进行了ANSYS仿真和理论验证，讨论该模型频率-压力函数关系并得出其理论灵敏度。
　　传感器制备及关键工艺环节：阐述了LTCC材料和技术；分析了压力敏感膜工艺和封口工艺两个关键工艺，尤其是在压力敏感膜工艺中创新性的引入了填充碳膜作为牺牲层的工艺，极大程度上改进了敏感膜平整度，提升了传感器灵敏度；介绍了LTCC电容式高温压力传感器的制作过程，讨论了传感器相关优化工艺。
　　传感器的测试环节：搭建了负压测试平台，对传感器整体形貌以及敏感膜受压之后的形变测试和理论分析；搭建了常温均匀压力测试平台，对传感器进行了常温下的压力测试并对实验结果结合理论推导进行了分析讨论，在实验中我们得到了国际领先的传感器灵敏度；搭建了高温压力测试平台，对传感器高温下的性能进行了测试并对其温度寄生参数进行了分析。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究概况

1.3 本论文主要研究内容

第二章 LTCC高温压力传感器的设计

2.1 传感模块电磁理论分析

2.2 传感器力-电模型分析

2.3 传感器设计及仿真

2.4 本章小结

第三章 LTCC高温压力传感器的制备工艺及关键技术

3.1 LTCC及LTCC高温压力传感器工艺流程简介

3.2 LTCC高温压力传感器关键工艺及相关工艺

3.3 LTCC高温压力传感器的制作

3.4 本章小结

第四章 LTCC高温压力传感器的测试

4.1 压力敏感膜的测试

4.2 常温下传感器均匀压力测试

4.3 高温下传感器的性能测试

4.4 本章小结

第五章 总结及展望

5.1 全文工作总结

5.2 工作展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文情况

致谢