耐压能力翻倍！启泰金属基压敏芯片突破1000V AC 绝缘难关

8月19日，湖南省半导体行业协会秘书长黄奂果一行考察了协会理事单位——湖南启泰传感科技有限公司，参观了压敏芯片产线，并见证了湖南启泰最新重大研究成果：耐高电压的金属基压敏芯片成功通过了AC 1000V 1分钟耐压测试。

长城计量检测报告

 基于金属基压敏芯片的压力传感器俗称“金属溅射膜”压力传感器，被业界誉为“压力传感器中的明珠”。在中国，常常有人感叹“金属溅射膜”压力传感器好是好，就是用不起。用不起，是因为中国以前没有一家院所或公司实现规模化量产，以德国公司为首的制造商联合起来掌握了定价权。如今，湖南启泰作为国内唯一具有大规模生产能力的金属基压敏芯片生产商，大量投入市场的金属基芯片压力传感器已经大大降低了该种类压力传感器的销售价格。

    该产品所指的“贵族”品质，简单地来说，是指这种传感器具有高超的精度，优良的稳定性、可靠性，对各种恶劣的环境具有耐受性，且部件间的连接可通过热焊接工艺实现，不会产生泄漏（激光焊、电子焊、亚弧焊等）。基底材料采用特种金属，是为了利用金属良好的弹性和耐疲劳性质，这些优良性质是陶瓷等其余材料不具备的。这种产品之所以优秀，关键在于从其基底表面到功能电阻层、保护层的总厚度不超过几微米。采用厚膜方案还是薄膜方案，是决定压力传感器品质的决定性因素。启泰的微米级薄膜方案膜层结合力好，反应灵敏，膜层的内应力小，因而零点不容易漂，长期稳定性更好。而其它技术路线（硅基、陶瓷基等）的产品受技术路线限制，其膜层总厚度一般是金属溅射膜产品的十几倍到几十倍不等，厚膜层从材料物理性质上来说就注定了反应不够灵敏，而且膜层之间容易分离。如果电阻功能材料的温度系数处理得好，温漂性能也很好。

    但金属基压敏芯片也存在技术短板，如绝缘耐压水平不如陶瓷基的。这是因为陶瓷基本身就是绝缘材料，而金属基本身是良导体，完全靠绝缘薄膜来实现绝缘耐压功能。据了解，目前全世界的金属基压敏芯片的绝缘耐压能力一般不超过500VAC，这对类似于高铁这类强电系统是远远不够的，金属基压敏芯片的更高的耐压强度是一个世界性难题。

    而这一世界难题，如今已被湖南启泰领先突破了：湖南启泰通过5年的攻关，终于攻克了1000VAC耐压强度的金属基压敏芯片，为溅射薄膜金属基压力传感器进军高铁、核电、家用电器等需要耐受高电压的应用场景扫除了最大的技术难关。

    早在上世纪60年代，荷兰和法国已提出薄膜压力传感器的设想，但因时代技术条件局限性的限制，研发进展缓慢。到了70年代，随着微电子技术和真空溅射工艺的成熟，荷兰率先实现技术突破，首次报道了相关研究成果，其开发的产品在连续工作8年后，零点漂移仍小于千分之一，这标志着该技术在实际应用中的突破。 随后，美国、法国在70年代中期也报道了基于蒸发工艺的薄膜技术。而德国、俄罗斯则在80年代后期采用磁控溅射方法推进了该技术的工业化应用。英国采用17-4PH不锈钢膜片，通过分子键合技术制造全无机材料的敏感元件，显著提升了产品在恶劣环境中的性能，并在20世纪末推出了商用产品。目前，最大产能国是德国，英国、日本和瑞士也有一定的产能，其余国家在市面流通的芯体产品较少见。

    中国于上世纪90年代初开始研发这类产品，最初研发者为国防科技大学的研发团队。有关科研院所在产业化上做了有益的尝试。2016年，湖南启泰开始建设厂房和产线，于2019年通线，2021年完成良率、产能“双爬坡”，总投资超过了3.5亿元。湖南启泰传感科技的芯片产品良率目前达到了95%，超越了国际上同类产品良率的平均水准。从2021年产品入市到现在，湖南启泰的各型号产品经历了市场4、5年的检验，已应用到了包括各种特种用途内的很多领域，经历了多行业、长时间、各种恶劣乃至于极端工况的考验，初步站稳了脚跟，实现了规模量产和“进口替代”。湖南启泰的量产线也成为目前国内唯一的一条大规模量产线。2024年，在工信部的机构主持下，湖南启泰的压敏芯片有关技术通过了国家级的技术评价会，技术整体上达到了国际先进水平，部分关键指标达到了国际领先水平。