[發(fā)明專利]敏感膜和傳力導(dǎo)桿一體化的微力傳感器及其加工方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910527313.5
• 申請(qǐng)日: 2019-06-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110207864B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李以貴;金敏慧;王歡;張成功;王潔;蔡金東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L1/18
• 分類號(hào): G01L1/18;G01L9/06
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠(yuǎn)

本發(fā)明涉及一種敏感膜和傳力導(dǎo)桿一體化的微力傳感器，包括固定連接的敏感膜和傳力導(dǎo)桿，敏感膜包括基板、設(shè)于基底中心位置的中心板、連接于基板和中心板之間的懸臂梁、設(shè)于懸臂梁上的壓敏電阻，基板上設(shè)有與壓敏電阻位置匹配的接觸孔，金屬引線與壓敏電阻在接觸孔內(nèi)形成歐姆接觸，并組成惠斯登電橋；中心板一體連接傳力導(dǎo)桿。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有制備簡(jiǎn)便、成本低、測(cè)量誤差小、方便安裝等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種敏感膜和傳力導(dǎo)桿一體化的微力傳感器及其加工方法。

背景技術(shù)

新技術(shù)革命的到來(lái)，世界開(kāi)始進(jìn)入信息時(shí)代，而傳感器作為獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段，起了極大的作用。我國(guó)在傳感器測(cè)試過(guò)程中的一些弱點(diǎn)不可避免地顯現(xiàn)出來(lái)，比如在壓敏傳感器的測(cè)試上有一定的改進(jìn)之處。

為此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種敏感膜和傳力導(dǎo)桿一體化制備的微力傳感器。微力傳感器是根據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)在半導(dǎo)體材料的基片上經(jīng)擴(kuò)散電阻而制成的器件。其基本原理是其基片可直接作為測(cè)量傳感元件，擴(kuò)散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。當(dāng)基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時(shí)，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡輸出，從而測(cè)得相關(guān)數(shù)據(jù)。

傳統(tǒng)方法上對(duì)壓敏傳感器的測(cè)試通常采用壓敏傳感器與力傳導(dǎo)桿分開(kāi)制備的方式，通過(guò)粘合劑將壓敏傳感器與力傳導(dǎo)桿進(jìn)行連接，此方法不僅在粘合過(guò)程的操作上具有較大的難度，而且在壓敏傳感器的后續(xù)測(cè)量工作中易影響力的傳導(dǎo)，對(duì)于傳感器類的精細(xì)構(gòu)件，極易引起測(cè)量誤差。日本立命館大學(xué)Dzung等人于2006年通過(guò)微細(xì)加工方法制備了用于測(cè)量機(jī)器人手指力的微力傳感器(參見(jiàn)“SIX-DEGREE OF FREEDOM MICRO FORCE-MOMENTSENSOR FOR APPLICATION IN GEOPHYSICS”2002年P(guān)roceedings of the IEEEInternational Conference on Micro Electro Mechanical Systems(MEMS)·February2002，pp.312-315)，但壓敏傳感器測(cè)試過(guò)程中與力傳導(dǎo)桿間安裝繁瑣及力的傳導(dǎo)易受影響造成誤差等問(wèn)題，不適宜批量生產(chǎn)。

中國(guó)專利CN104729784 A公布了一種梁槽結(jié)合臺(tái)階式島膜微壓傳感器芯片及制備方法，芯片包括基底中部的薄膜，四條淺槽沿著薄膜上部邊緣分布，四條浮雕梁設(shè)置于相鄰兩條淺槽端部之間且與基底相連，浮雕梁的上表面、薄膜的上表面與淺槽的底面組成了梁槽結(jié)合臺(tái)階式薄膜結(jié)構(gòu)，四個(gè)壓敏電阻條布置在四條浮雕梁上，金屬引線將壓敏電阻條連接成半開(kāi)環(huán)惠斯通電橋，電橋的輸出端與焊盤(pán)連接；四個(gè)凸塊沿薄膜下部邊緣均勻分布，且與基底相連；四個(gè)質(zhì)量塊與凸塊間隔有距離，凸塊連接在薄膜上，制備方法是將SOI硅片高溫氧化制作壓敏電阻條，獲得歐姆接觸區(qū)制作金屬引線和焊盤(pán)；然后制作四條浮雕梁及淺槽，最后將基底背面與防過(guò)載玻璃鍵合；但是該專利技術(shù)為傳統(tǒng)壓敏電阻結(jié)構(gòu)，力直接作用于壓敏電阻，限制了傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域，降低了力傳遞的靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種敏感膜和傳力導(dǎo)桿一體化的微力傳感器及其加工方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種敏感膜和傳力導(dǎo)桿一體化的微力傳感器，包括敏感膜，該敏感膜包括中心板、連接于所述中心板四周的懸臂梁、設(shè)于所述懸臂梁上的壓敏電阻，金屬引線將所述壓敏電阻相互連接形成惠斯登電橋；還包括與所述中心板一體連接的傳力導(dǎo)桿。

所述傳力導(dǎo)桿結(jié)構(gòu)為圓柱形結(jié)構(gòu)或方形結(jié)構(gòu)。

所述懸臂梁包括與所述中心板邊緣平行的承載梁和連接于所述承載梁和中心板之間的連接梁；所述壓敏電阻設(shè)于所述承載梁上。

每個(gè)承載梁上分別設(shè)有兩個(gè)壓敏電阻。

所述承載梁上設(shè)有與所述壓敏電阻位置匹配的接觸孔，金屬引線與所述壓敏電阻在所述接觸孔內(nèi)形成歐姆接觸。