[發明專利]一種基于柔性電容的應變傳感器及其制造和測試方法

在審

• 申請號: 201610265838.2
• 申請日: 2016-04-25
• 公開（公告）號: CN105783696A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 秦國軒;劉昊;黃治塬;靳萌萌;黨孟嬌;王亞楠
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

技術領域

本發明涉及一種應變傳感器。特別是涉及一種基于柔性電容的應變傳感器及其使用和制 造方法。

背景技術

應變傳感器在各種零部件力學性能以及力學行為研究中發揮著重要的作用。目前，應變 傳感器已有絲式、箔式、薄膜式、金屬、半導體等多種類型，大部分是基于壓阻效應，即電 阻隨應變的變化而成比例的變化。例如專利CN104006735A公開了一種采用厚膜工藝，將電 阻、介質以及導體涂料印刷在陶瓷基片上所形成的電阻。當厚膜電阻因外力而產生形變時， 導電顆粒在基體內的分布就會發生變化，進而引起材料電阻值的變化。專利CN104880143A 公開了一種橋式電阻應變傳感器，利用金屬彈性體作為彈性元件，通過將其粘貼在彈性體敏 感部位組成惠斯通電橋，并在外加電源的激勵下將形變轉換為電信號。專利CN101435747公 開了一種基于應變動態量測的裂縫計設計方法，其特征是從裂縫側立面引出兩個嵌套的弧型 金屬應變載片，以載片上的應變片作為唯一測值來分析裂縫的動態變化。但是電阻應變傳感 器對溫度過于敏感，受到溫度變化影響后，將產生零點漂移和靈敏度漂移，增大測量誤差， 而添加溫度補償電路往往導致系統變得龐大且復雜。電容應變傳感器作為將被測非電量的變 化轉換為電容量變化的一種傳感器,結構簡單，成本低，可以在高溫、輻射和強烈振動等惡劣 條件下工作，且靈敏度高，響應時間短，適合在線和動態測量。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種構成簡單，成本低，能夠方便快捷的進行應變 測量的基于柔性電容的應變傳感器及其制造和測試方法。

本發明所采用的技術方案是：一種基于柔性電容的應變傳感器，包括襯底，所述的襯底 上由下至上依次設置有底層金屬極板、SiO介質層和上層金屬極板，所述的襯底上還設置有 將所述的底層金屬極板、SiO介質層和上層金屬極板全部覆蓋在內的SU_8隔離屏蔽層，所述 SU_8隔離屏蔽層的上端面分別設置有底層金屬極板引出端頭和上層金屬極板引出端頭，所述 的SU_8隔離屏蔽層內設置有用于底層金屬極板與所述底層金屬極板引出端頭相連接的底層 金屬通孔，及用于上層金屬極板與所述上層金屬極板引出端頭相連接的上層金屬通孔。

所述的襯底為PET塑料襯底或PEN塑料襯底。

所述的底層金屬極板和上層金屬極板是由鈦與金構成。

所述的底層金屬通孔和上層金屬通孔內依次注入有鈦與金金屬。

一種基于柔性電容的應變傳感器的制造方法，包括如下步驟：

1)襯底準備：選用塑料材質，用異丙醇和去離子水超聲震蕩清洗五分鐘取出，氮氣吹干， 熱板加熱烘干殘余溶液形成襯底；

2)在襯底表面淀積底層金屬極板；

3)在底層金屬極板上分別淀積SiO介質層和上層金屬極板；

4)在形成有底層金屬極板、SiO介質層和上層金屬極板的襯底上均勻地旋涂一層厚度為 1.3～1.5um的SU_8光刻膠，形成SU_8隔離屏蔽層，在SU_8隔離屏蔽層，進行光刻形成兩 個分別連通底層金屬極板和上層金屬極板的通孔，然后對SU_8隔離屏蔽層進行紫外線曝光 45～60秒使SU_8隔離屏蔽層發生交聯反應，再將旋涂有SU_8隔離屏蔽層的襯底放在115～ 120℃熱板上堅膜1小時；

5)在所形成的兩個通孔內采用真空電子束蒸發淀積30nm厚度的Ti，再蒸發淀積Au填 滿通孔形成金屬通孔，用于底層金屬極板和上層金屬極板與外部電極連接；

6)在SU_8隔離屏蔽層的上表面旋涂負性光刻膠并光刻，依次采用真空電子束蒸發淀積 30nm厚度的Ti和800nm厚度的Au形成應變傳感器的電極層，然后用丙酮和超聲發生器對 應變傳感器的電極層進行剝離，進而形成柔性電容應變傳感器的電極。

步驟1)所述的塑料材質是PET塑料或PEN塑料。

步驟2)包括：在襯底表面旋涂負性光刻膠，用形成底層金屬極板的掩模板進行光刻， 并依次采用真空電子束蒸發淀積30nm厚度的Ti和400nm厚度的Au形成底層金屬，然后用 丙酮溶液和超聲發生器剝離掉底層金屬中非底層金屬極板的金屬層，形成底層金屬極板作為 電容的底層電極。