随着物联网时代的到来,中国工业将由传统制造模式转型为智能制造模式,因此未来发展的重点必将集中于先进制造业。压力传感器广泛应用于各个领域,如在汽车、能源、石油、化工、航空航天等领域亟需超高负载、耐高温疲劳、抗冲击腐蚀、动态响应快的传感器。在众多压力传感器种类中,陶瓷电容式压力传感器能够满足以上性能要求,其精度、灵敏度、疲劳寿命等显著优于同类传感器产品。本文主要针对陶瓷电容式压力传感器在封装和工作过程中的稳定性和可靠性来进行研究。通过感压元件封接材料和工艺研究、封装应力和疲劳寿命分析、电极可靠性研究以及输出信号稳定性测试,全面评估和提升压力传感器的稳定性和可靠性。首先,设计制备了两种不同体系的低熔点封接玻璃浆料,对比分析两者的物化性能。采取不同的烧结温度在陶瓷基底上制备玻璃膜层,利用纳米划痕试验法测试其膜基结合强度,观察划痕形貌并分析其失效形式。研究结果表明两种体系的玻璃浆料在800℃以下的物化性能比较接近,两者均在烧结温度为580℃左右取得了最为理想的性能指标,无铅体系由于粘度较小且存在少量低温分解物质导致烧结后存在内应力,易出现细微裂纹。但通过划痕法对比两者烧结后玻璃膜层的结合力和失效形式来看,含铅体系的膜基结合强度要低于无铅体系,且易出现大范围剥离现象。综合考虑膜基结合可靠性及绿色环保要求,最终选取无铅玻璃粉在烧结温度为580℃下对感压元件进行可靠封装。接着,对传感器的电容腔和感压元件进行了建模和仿真分析,利用有限元软件模拟感压元件受到封装应力、高温环境以及交变载荷作用的情况。模拟结果显示:对感压元件施加1 MPa载荷作用下,陶瓷膜片中心位置形变量最大;封装应力的存在使感压元件的初始结构发生了改变,对其在室温下的灵敏度没有影响,但使其在高温下的温度灵敏度急剧增大;对感压元件施加循环交变载荷,陶瓷膜片正对于电容腔的区域出现疲劳失效。此外添加封装应力作用后,疲劳失效影响区明显扩大,疲劳寿命也大大减小。然后,通过磁控溅射法在陶瓷基底上制备了厚度为250 nm左右的金电极,研究发现在150～250℃下烘烤,陶瓷表面附着的金原子数目随温度的升高而增多,无序性增加,表面粗糙度增大,电阻也相应变大;在560～600℃下退火处理,随着退火温度的上升,陶瓷表面附着的金原子逐渐开始团聚,导电性下降,金电极的膜基结合强度也逐渐降低,内应力增大,易出现大范围电极剥离现象。最后,利用自制压力传感器测试平台对陶瓷电容式压力传感器进行信号检测。在静态测试环节中,随着陶瓷膜片所受压强的增大,电容、电压均呈现正相关,线性度良好。但在动态连续测试中,信号波动比较明显,灵敏度大大降低,信号存在明显的滞后性。