[發明專利]一種MEMS柔性錳銅-康銅復合式超高壓力傳感器及制造方法

有效

• 申請號: 201810602746.8
• 申請日: 2018-06-12
• 公開（公告）號: CN108896235B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 趙玉龍;張國棟;趙云;韋學勇;王馨晨;任煒;張蕊;張方;李慧
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01L9/06
• 分類號: G01L9/06
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種MEMS柔性錳銅?康銅復合式超高壓力傳感器及其制造方法,復合式超高壓力傳感器包括基底,基底上通過MEMS工藝濺射有錳銅敏感元件及其對應的四個第一電極，以及康銅敏感元件及其對應的四個第二電極，錳銅敏感元件的輸入端和輸出端分別連接兩個第一電極，康銅敏感元件的輸入端和輸出端分別連接兩個第二電極，錳銅敏感元件、康銅敏感元件、第一電極、第二電極的表面上覆蓋有絕緣層；錳銅敏感元件和康銅敏感元件采用螺旋式中心對稱分布，基底和絕緣層均采用聚酰亞胺材料；本發明復合式超高壓力傳感器具有精度高、響應快、輸出信號大等特點。

技術領域

本發明屬于超高壓力傳感器技術領域，具體涉及一種MEMS柔性錳銅-康銅復合式超高壓力傳感器及制造方法。

背景技術

錳銅由于具有壓阻效應，且表現出靈敏度高、響應快、線性較好、電阻溫度系數小等優點，非常適用于制作超高壓力傳感器。它是目前測壓上限最高的超高壓力傳感器，有效量程可達數十GPa,主要應用于武器彈藥爆炸沖擊波、炸藥爆轟波的壓力測量等國防領域。

絕大多數的動態高壓流場是非一維的，因此處于其中的錳銅超高壓力傳感器，除了壓力使其電阻率發生變化進而引起電阻變化外，流場的非一維性使其發生的側向拉伸或扭曲變形，同樣也會引起電阻變化。當使用在一維狀態下(只考慮了壓力引起的電阻率變化)標定的錳銅傳感器輸入輸出曲線來計算非一維流場中的超高壓力時，并不能排除側向拉伸或引起的電阻變化，從而導致測量結果產生比較大的誤差。康銅具有與錳銅相近的物理和力學性能，但其沒有壓阻效應，它在動態高壓流場中只有拉伸或扭曲變形所產生的電阻變化。當將康銅與錳銅傳感器對稱組合進行測量時，利用康銅傳感器就可排除高壓流場非一維性導致的拉伸誤差，從而可較準確地測量軸對稱動態高壓流場的超高壓力。然而，現有的錳銅-康銅復合式壓力傳感器是將幾何尺寸與形狀完全相同的錳銅箔與康銅箔復合而成，中間隔有絕緣層。由于絕緣層的影響，可以認為錳銅與康銅是在不同的壓力下產生的變形，這樣使得無法利用康銅傳感器很好地排除錳銅傳感器中的側向拉伸誤差，最終也會導致一定的測量誤差。

此外，當需要測量曲面上某位置處所受的超高壓力時，現有的硬質基底(陶瓷基底或云母基底)超高壓力傳感器并不適用。其他的柔性超高壓力傳感器雖然可以用于曲面位置的測量，但是由于其尺寸較大，厚度較厚(0.1mm左右)，會影響壓力流場，從而導致一定的測量誤差。因此，制造一種柔性的薄膜超高壓力傳感器也是非常必要的。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的是提供一種MEMS 柔性錳銅-康銅復合式超高壓力傳感器及其制造方法,復合式超高壓力傳感器具有精度高、響應快、輸出信號大等特點，適用于測量軸對稱動態高壓流場的超高壓力；制造方法采用MEMS工藝實現了敏感元件的微型化和薄膜化，可以減小對高壓流場的影響，從而提高測量精度；同時采用與MEMS兼容的柔性化制造工藝，實現了傳感器的柔性化，從而滿足曲面場合下超高壓力的測量。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種MEMS柔性錳銅-康銅復合式超高壓力傳感器,包括基底2, 基底2上通過MEMS工藝濺射有錳銅敏感元件3及其對應的四個第一電極1，以及康銅敏感元件5及其對應的四個第二電極6，錳銅敏感元件3的輸入端和輸出端分別連接兩個第一電極1，康銅敏感元件 5的輸入端和輸出端分別連接兩個第二電極6，錳銅敏感元件3、康銅敏感元件5、第一電極1、第二電極6的表面上覆蓋有絕緣層4。

所述的錳銅敏感元件3和康銅敏感元件5采用螺旋式中心對稱分布，通過靶材濺射而成，錳銅敏感元件3和康銅敏感元件5共占面積在直徑0.2mm圓形范圍內，厚度為1μm。

所述的錳銅敏感元件3對應的四個第一電極1分布在同一側，兩個作為輸入端，另外兩個作為輸出端；康銅敏感元件5對應的四個第二電極6分布在另一側，兩個作為輸入端，另外兩個作為輸出端。

所述的基底2和絕緣層4采用聚酰亞胺材料，通過勻膠固化工藝制成，厚度均為15μm。