航天发动机上的国产溅射薄膜压力传感器研发故事

　　据了解，溅射式薄膜压力传感器又称溅射膜、纳米膜或者纳米薄膜压力传感器，其在航空业的主要用于风洞实验、航空发动机压力检测，飞机主、辅液压系统的压力测量，以及大气参数测量，舱内外压力等测量应用等。

溅射式薄膜压力传感器，资料图

　　与电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器等其它类型压力传感器相比，溅射薄膜式压力传感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%，其温度性能远远优于其它类型压力传感器。

　　一直以来，极端温度环境对航天发动机传感器测量准确性都是一个极大的考验。与其它传感器相比，溅射薄膜压力传感器摒弃了传统的胶粘工艺，显著改变了其长期稳定性和抗蠕变特性，使产品的使用温度范围增大、体积变小、精度更好，能适用于恶劣的外部环境。

　　目前，中国航天科技集团有限公司六院11所远征公司独立自主研发的溅射薄膜压力传感器，通过采用先进的半导体生产工艺，在多种型号航天发动机上均有应用。

　　然而，研制如此高技术含量的传感器谈何容易。为攻克这一难题，2017年下半年，远征公司专门成立溅射薄膜压力传感器研发组，将设计、工艺和生产融为一体。

　　让芯体准确输出电信号，相当于在微纳世界里雕刻。刻画出一幅薄膜图形难度不大，一个好的机床就可以雕刻出一幅精美的图案，但是将薄膜通电，在低温、大振动、强冲击等恶劣的环境条件下监测压力的变化情况，还要保证足够的精度和几年时间内足够的稳定性，这成了摆在团队面前的难题。

　　进入生产芯体的洁净间，更能感受到芯体制造对生产环境要求之苛刻。一个直径两三微米的颗粒，就可能直接导致一个芯体的报废。在如此高的洁净度和多余物控制要求下，生产出完美的芯体，还需要突破重重关卡。

　　产品的工作环境复杂，即使同批次的产品在搭载试车的考核下，得到的数据也不尽相同。其中最大的难点就是如何在不同尺寸、不同产品系列中，应用与之相匹配的性能参数，从而使产品性能达到最优。

　　攻关无处不在，一个小小性能参数的调整，设计人员最后能得出几十项故障原因，上百条改进措施。在传感器技术上，我们“欠账”太多，出现许多知其然而不知其所以然的问题。现在，团队必须在研发上下足功夫，提升产品的可靠性。

　　一个产品完美的设计方案出来了，任务仅完成30%，后面还有大量的工艺摸索和改进工作。指导工人如何操作设备，加工出合格的产品，每一个环节都不能掉以轻心。项目组成员不仅是设计还是工艺，也是操作人员，当设备出现了轻微故障，还能动手修理。

　　净化间内，技术人员正和工人一起进行离子束溅射镀膜，将绝缘材料、电阻材料以分子的形式淀积在不锈钢膜片上，形成分子键合的绝缘薄膜和电阻材料薄膜，并与弹性的不锈钢融为一体。

　　据了解，研发组成立到现在，完成了几百件不同型号溅射薄膜压力传感器的生产、试验和交付，推动交付年产量增加200%。同时，新产品研发不断取得突破，研制出耐高温200℃的标准信号输出传感器，实现高温飞行测点在线测量，性能处于国内领先水平，且拥有自主知识产权；研制出小量程压力传感器和绝压压力传感器，不断补充可测压力量程和测量方式……