溅射薄膜压力传感器的原理

压力传感器的工作原理：在一块金属薄膜上施加一定程度的压强。在薄膜的表面上施加一定的压力，当该厚度在某种意义上或其他类似方法下能在同一时刻达到临界作用时，其内部产生瞬时反应。当这种瞬时反应能在较长时间内维持在一定频率范围内时，在表面施加一定强度或应力，从而实现一定的测量性能。应用：当某膜片经过某个加工工序时，由于某些原因（如：晶圆热膨胀或热疲劳）使薄膜变得比原来薄、较脆且硬度很大时或某些工艺因素引起膜片不均匀性变形时，对其施加机械扭矩以抵消这种不均匀性变形带来的部分应力从而保证膜片的正常工作。

1、传感器可通过改变不同的安装位置，来测量各种形状、不同大小及大小不等的膜片；

不同尺寸的膜片，如圆形、方形、扇形和菱形等，通过不同的安装方式也可测量不同的位置范围。此种方式，可测量膜片面积大小。可以用于测量膜厚和机械性能（如抗拉强度）。还可以通过改变加工顺序，来实现对膜厚的精确测量。一般膜片都是平行放置于基片上形成一定形状后再分别将两个贴合的部位固定于一块基片上。这样可以减小两个贴合处各方向上的力造成的膜片变形，从而保证所制作元件尺寸准确度满足要求。

2、不同的膜片对压力有不同的响应；

如图2所示，对于单面膜片（金属薄膜),当施加一定的压力时，由于其材料不同硬度也会有所差异；在两种薄膜材料中，硬度的差异不大，但是随着在同一时刻施加的压力不同，就会导致薄膜材料本身的弹性变化和膜应变的变化，从而使膜应变与外界压力产生关系。当压力增大时，膜应变减小，使表面被拉伸或被压缩；而当压力减小时，膜应变增大，被压缩，然后相互抵消。通过理论分析，膜应变随压力变化基本呈线性关系。对于单面膜片而言，不同压力下，因为在薄膜材料性能的不同，其对压力响应也不一样；在膜应变为0时，膜片对压力反应是不对称的；在压强相同时，由于受到材料种类等因素、受到材料自身物理性质和加工条件等因素的影响，对压力产生响应不对称。如图3所示为单面膜片（金属）与薄膜材料关系图，由表1可知：单面膜片（金属）对于压力响应具有一个极好的线性，其误差随压强而增大；但当对膜应变率进行测定时，会有很大的误差：如图4所示为双面膜（金属）与薄膜材料关系图可知：双面膜在一个压强作用下是不对称的；当压强值小于零位时，其误差为零或非常小（在0~0.05 kPa范围内）。

3、传感器可测量多种压力值，但仅限于极低频率的范围内；

在低频率范围内(0~3 Hz)测量其值非常合适，特别是在压力测量方面。压力传感器可以广泛应用于各种传感器应用领域中。由于它是通过接触器与被测元件相连来获得各种压力值（高、低),所以在测试过程中必须经常检查被测元件。因此在实际应用中使用压力表通常使用与传感器相同的传感器装置。通常使用的两种方式:1、压力传感器可以适用于各种表面压力(5 MPa、50 MPa等）进行测试;2、在特殊情况下测试时可用压力表直接测量压力值(0-20 MPa)。

4、传感器可测量压力/应变比超过5的数据；

由于压力传感器在精密加工过程中具有很高的精度和可靠性，所以其精度能够达到0.0005 g/cm,从而可以检测到薄膜厚度在10 mm以下的各种工件压力分布、应变分布的准确特性。并且是金属材料所不具备的，因此具有良好的检测能力，甚至在一些恶劣环境下也能正常使用；此外，由于使用了精密、高精度的元器件和制造工艺等原因，因此可用于精密电子产品和精密机械制造领域；

5、具有更好的抗干扰能力，提高检测效率

系统特性：该系统为非接触式，可以通过触摸来检测。并且整个系统可以连接到一台计算机或手机上，可实现远程控制的功能。通过数字输入/输出接口(PIN)控制信号输出，稳定，信号具有较高的输出稳定性，而且系统具有自诊断功能。具有完善的信号显示界面，操作简便，可实现高分辨率的显示和键盘操作的控制。该系统可用于控制精密成型设备的压力检测。