[發明專利]流場傳感器及其制作方法

無效

• 申請號: 200810115672.1
• 申請日: 2008-06-26
• 公開（公告）號: CN101614753A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發明（設計）人: 朱榮;劉鵬
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01P5/12
• 分類號: G01P5/12;G01M10/00
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司
• 代理人: 王 勇

技術領域

本發明涉及流場傳感器技術領域，特別涉及用于測量風速/剪切力的具有高集成度的流場傳感器及其制作方法。

背景技術

流場測量在國民生產和國防工業的多個領域都有需求，尤其在航空航天領域有著重要作用。風速/剪應力測量是表面流場測量的關鍵組成，因此流場傳感器的研究有著很重要的意義。傳統的風速測量方法有皮托管、熱線、熱膜等測量方法，其中熱線/熱膜測量方法采用的熱線/熱膜傳感器是一種常用的流場傳感器。

隨著微電子機械系統(簡稱MEMS)的發展，基于MEMS工藝的熱線、熱膜傳感器開始出現。鉑電阻Pt100/Pt1000就是一類典型的基于MEMS工藝的熱膜傳感器。它是用薄膜濺射工藝把鉑濺射在陶瓷晶體的底片上，形成一層薄膜，再利用光刻技術把它調成所需要的電阻值，最后在表面涂上一層絕緣膜(陶瓷)封裝而成。利用薄膜鉑熱敏電阻自身加熱原理可以形成風速/剪應力傳感器，它利用氣體冷卻效應引起的鉑電阻的電阻值變化，通過測量鉑電阻的大小，可以推算出風速/剪應力的大小，進而可以推算出流場情況。

現有的薄膜鉑熱敏電阻(如Pt100/Pt1000)雖然能對物體表面流場進行測量，但由于采用陶瓷封裝，電阻體積較大，此外，陶瓷封裝還增加了傳感器的熱容量，降低了傳感器的性能，所以在物體表面流場測量中存在如下問題：

(1)體積、重量較大，不易在物體表面上陣列化使用；

(2)熱容量大，使傳感器動態性能受到限制；

(3)熱容量大、散熱面積大，導致功耗大；

(4)在物體表面安裝困難，與測量電路的集成度低。

這些問題在實際應用中都是必須加以考慮的，為了解決這些問題，需要尋找或設計一種更適用于物體表面流場測量的熱式傳感器。

發明內容

因此，本發明的任務是克服現有技術的缺陷，從而提供一種具有高集成度的流場傳感器。

本發明的另一任務是提供一種流場傳感器的制作方法。

一方面，本發明提供的流場傳感器，包括集成有調理電路的電路板，以及制作在此電路板上的敏感材料層，所述敏感材料層電連接至所述調理電路。

上述流場傳感器中，所述敏感材料層可以為單層結構或多層復合結構，所述敏感材料優選鎳或鉑。

上述流場傳感器中，所述傳感器還優選包括位于所述電路板與所述敏感材料層之間的粘附層，用于增強所述敏感材料層與電路板基層之間的粘附性。

上述流場傳感器中，所述傳感器還優選包括覆蓋在所述敏感材料層上的封裝層，所述封裝層的材料優選聚酰亞胺。

上述流場傳感器中，所述電路板為柔性電路板或剛性電路板，所述柔性電路板的材料優選聚酰亞胺。

上述流場傳感器中，所述調理電路可以為恒流式、恒壓式或恒溫式調理電路。

另一方面，本發明提供了一種流場傳感器的制作方法，包括以下步驟：

a)首先，在電路板上制作調理電路；

b)然后，在該電路板上制作敏感材料層，并使所述敏感材料層電連接至所述調理電路。

上述方法中，為了增強所述敏感材料層與電路板基層之間的粘附性，在所述步驟b)之前，還優選包括制作位于所述電路板與所述敏感材料層之間的粘附層的步驟，所述粘附層的材料優選鉻等。

上述方法中，為了保護傳感器的敏感材料，在所述步驟b)之后，還優選包括制作覆蓋在所述敏感材料層之上的封裝層的步驟，所述封裝層的材料優選聚酰亞胺。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

1、利用標準電路板工藝制作傳感器調理電路和傳感器電極，使得傳感器的制造過程簡單，極大地降低了傳感器的制造成本；

2、體積小、質量輕，可以很容易地安裝在物體表面，且容易實現陣列化；

3、封裝簡單、熱容量小，傳感器具有較快的響應速度；

4、熱容量小、散熱量小，從而降低了系統的功耗；

5、以電路板為基底的制造方案使得傳感器可直接集成在調理電路上，極大地提高了整個系統的集成度。

附圖說明

以下，結合附圖來詳細說明本發明的實施例，其中：

圖1是傳感器的結構圖；

圖2是傳感器制作過程示意圖；

圖3是傳感器材料層的各層示意圖；

圖4是傳感器的恒溫式(CTA)調理電路圖。

具體實施方式

本發明的流場傳感器，包括在電路板上通過標準的電路板加工工藝制作出的調理電路和電連接至該調理電路的敏感材料層。