[發(fā)明專利]二維矢量柔性熱敏微剪切應(yīng)力傳感器及其陣列和制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110374652.8
• 申請日: 2011-11-22
• 公開（公告）號: CN102519657A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉武;陳文元;張衛(wèi)平;王文君;孫永明;陳宏海;崔峰;吳校生
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G01L9/02
• 分類號: G01L9/02;G01L19/04;B81C1/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

1.一種二維矢量柔性熱敏微剪切應(yīng)力傳感器，由聚酰亞胺薄膜、剪切應(yīng)力檢測熱線、環(huán)境溫度檢測補償熱敏電阻和引線組成，其特征在于：所述的傳感器為熱線、引線和引腳的三層結(jié)構(gòu)，聚酰亞胺薄膜將傳感器的熱線、引線以及引腳有機連接，同時作為多層結(jié)構(gòu)之間的平坦化絕緣材料并作為支撐結(jié)構(gòu)；剪切應(yīng)力檢測熱線為兩組正交雙熱線結(jié)構(gòu)，所述雙熱線為兩根相互平行的熱線，兩組雙熱線呈90度夾角；環(huán)境溫度檢測補償熱敏電阻為單線結(jié)構(gòu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維矢量柔性熱敏微剪切應(yīng)力傳感器，其特征在于：所述兩組正交雙熱線，其中平行于X軸方向的雙熱線用于檢測Y軸方向的剪切應(yīng)力的大小和方向，平行于Y軸方向的雙熱線用于檢測X軸方向的剪切應(yīng)力的大小和方向，通過測量X或Y方向單熱線對應(yīng)的電壓變化得剪切應(yīng)力的大小，再同時測量X或Y軸方向的雙熱線并將輸出信號進(jìn)行差分處理，得剪切應(yīng)力的方向。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二維矢量柔性熱敏微剪切應(yīng)力傳感器，其特征在于：所述傳感器的信號檢測采用恒溫控制。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二維矢量柔性熱敏微剪切應(yīng)力傳感器，其特征在于：所述雙熱線為兩根幾百微米的一定間隔相互平行的熱線，兩組雙熱線之間間隔大于單組雙熱線之間距離。

5.一種由權(quán)利要求1-4任一項所述的二維矢量柔性熱敏微剪切應(yīng)力傳感器構(gòu)成的傳感器陣列，其特征在于：該傳感器陣列由根據(jù)符合空間分辨率需求而排列的傳感器單元組成，其中熱線經(jīng)引線引至傳感器陣列的引腳處，引腳的連線面與熱線敏感面分別在傳感器陣列薄膜厚度方向的正面和反面。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的二維矢量柔性熱敏微剪切應(yīng)力傳感器陣列，其特征在于：每隔幾個傳感器單元的等間隔距離布置有環(huán)境溫度檢測補償線。

7.一種制備權(quán)利要求5或6所述二維矢量柔性熱敏微剪切應(yīng)力傳感器陣列的方法，其特征在于：采用MEMS工藝制作，采用自下而上的金屬犧牲層工藝流程為：

(1)在硅或玻璃基片上濺射上Cr/Cu種子層；

(2)旋涂光刻膠并光刻電鍍Ni引腳；

(3)去膠、旋涂聚酰亞胺并固化；

(4)表面磨平且引腳全部露出；

(5)濺射Cr/Cu種子層；

(6)旋涂光刻膠并光刻電鍍Ni引線；

(7)去膠、旋涂聚酰亞胺并固化；

(8)表面磨平且引腳全部露；

(9)濺射Cr/Ni或Cr/Pt；

(10)旋涂光刻膠，并以光刻后的光刻膠為掩膜，離子銑加工得到熱線圖形，去膠；

(11)表面沉積防水薄層；

(12)表面光刻膠保護(hù)選擇性腐蝕金屬犧牲層；

(13)丙酮清洗，最終得到以聚酰亞胺為結(jié)構(gòu)支撐材料的柔性傳感器陣列結(jié)構(gòu)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備二維矢量柔性熱敏微剪切應(yīng)力傳感器陣列的方法，其特征在于：所述防水薄層為聚酰亞胺、聚對二甲苯或三氧化二鋁薄層。

9.一種制備權(quán)利要求5或6所述二維矢量柔性熱敏微剪切應(yīng)力傳感器陣列的方法，其特征在于：采用MEMS工藝制作，采用自上而下的金屬犧牲層工藝實現(xiàn)流程為：

(1)在臨時支撐載體硅或玻璃基片上濺射或蒸鍍上銅或鋁犧牲層；

(2)在銅或鋁犧牲層上旋涂并固化聚酰亞胺或沉積聚對二甲苯；

(3)濺射Cr/Ni或Cr/Pt；

(4)旋涂光刻膠并光刻電鍍Cu或Ni引線層；

(5)旋涂光刻膠并光刻電鍍Ni引腳；

(6)旋涂光刻膠，并以光刻后的光刻膠為掩膜，離子銑加工得到熱線圖形；

(7)丙酮去除光刻膠；

(8)旋涂聚酰亞胺并固化；

(9)研磨至暴露的引腳與聚酰亞胺面平齊時結(jié)束；

(10)表面光刻膠保護(hù)選擇性腐蝕金屬犧牲層；

(11)丙酮清洗，最終得到以聚酰亞胺為結(jié)構(gòu)支撐材料的柔性傳感器陣列結(jié)構(gòu)。

10.一種制備權(quán)利要求5或6所述二維矢量柔性熱敏微剪切應(yīng)力傳感器陣列的方法，其特征在于：采用MEMS工藝制作，采用自上而下的聚酰亞胺膜與硅橡膠PDMS溶脹剝離實現(xiàn)流程為：

(1)在臨時支撐載體硅或玻璃基片上旋涂硅橡膠PDMS并固化；

(2)在硅橡膠PDMS上旋涂并固化聚酰亞胺或沉積聚對二甲苯；

(3)濺射Cr/Ni或Cr/Pt；

(4)旋涂光刻膠并光刻電鍍Cu或Ni引線層；

(5)旋涂光刻膠并光刻電鍍Ni引腳；

(6)旋涂光刻膠，并以光刻后的光刻膠為掩膜，離子銑加工得到熱線圖形；

(7)丙酮去除光刻膠；

(8)旋涂聚酰亞胺并固化；

(9)研磨至暴露的引腳與聚酰亞胺面平齊時結(jié)束；

(10)乙醇浸泡剝離聚酰亞胺膜，最終得到以聚酰亞胺為結(jié)構(gòu)支撐材料的柔性傳感器陣列結(jié)構(gòu)。