[發明專利]一種多級懸臂梁結構及其仿生壓差傳感器

有效

• 申請號: 202110307482.5
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113091993B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 蔣永剛;趙鵬;張德遠
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01L13/06
• 分類號: G01L13/06;B81B7/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王愛濤

1.一種基于多級懸臂梁結構的仿生壓差傳感器，其特征在于，包括：上導壓口、上封裝腔體、傳感膜片、下封裝腔體、外接信號引線、下導壓口、參考電阻、信號引線、壓阻單元以及多級懸臂梁結構；所述多級懸臂梁結構包括一個一級主梁、多個二級側梁以及多個三級輔梁；所述二級側梁與所述一級主梁連接，多個所述二級側梁對稱分布在所述一級主梁的兩側，所述二級側梁與所述一級主梁相互垂直；多個所述三級輔梁對稱分布在所述二級側梁的兩側；所述二級側梁的剛度小于所述一級主梁的剛度；

所述傳感膜片位于所述上封裝腔體和所述下封裝腔體構成的密封腔體的中間位置，所述參考電阻、所述信號引線、所述壓阻單元以及所述多級懸臂梁結構均位于所述傳感膜片上，均與所述傳感膜片接觸；所述壓阻單元與所述多級懸臂梁結構的根部連接；所述信號引線分別與所述參考電阻以及所述壓阻單元相連接，所述信號引線用于輸出所述參考電阻以及所述壓阻單元的阻值信號；所述外接信號引線與所述信號引線連接，設置在所述下封裝腔體上；所述上導壓口與所述上封裝腔體連接；所述下導壓口與所述下封裝腔體連接；

第一氣體壓力通過所述上導壓口進入所述上封裝腔體，第二氣體壓力通過所述下導壓口進入所述下封裝腔體，所述第一氣體壓力與所述第二氣體壓力在所述傳感膜片的上、下兩側形成壓差，所述多級懸臂梁結構在所述壓差的作用下產生彎曲變形并在根部產生應變，所述壓阻單元根據所述應變產生阻值信號，所述信號引線通過所述外接信號引線將所述阻值信號輸出，根據所述壓差與所述阻值信號得到所述壓差與所述阻值信號的關系。

2.根據權利要求1所述的基于多級懸臂梁結構的仿生壓差傳感器，其特征在于，所述傳感膜片與所述多級懸臂梁結構的材質為樹脂；所述壓阻單元與所述參考電阻的材質為單晶硅。

3.根據權利要求1所述的基于多級懸臂梁結構的仿生壓差傳感器，其特征在于，所述傳感膜片與所述多級懸臂梁結構的材質為光刻膠，所述壓阻單元與所述參考電阻的材質為濺射成膜的康銅、鉑金或金。

4.根據權利要求1所述的基于多級懸臂梁結構的仿生壓差傳感器，其特征在于，所述傳感膜片與所述多級懸臂梁結構的厚度相同，所述厚度大于等于3微米且小于50微米；所述三級輔梁的寬度小于等于5微米；多個所述三級輔梁的間隙小于等于5微米；

所述一級主梁的長度為所述一級主梁的寬度的2倍以上，所述一級主梁的寬度不小于100微米；

所述二級側梁的長度不小于所述一級主梁的寬度，所述二級側梁的寬度不小于5微米。

5.根據權利要求1所述的基于多級懸臂梁結構的仿生壓差傳感器，其特征在于，所述傳感膜片的制造工藝為：在硅片上濺射100納米的金屬鉻以及100納米的金屬鋁做為鉻/鋁犧牲層；在所述鉻/鋁犧牲層上旋涂聚酰亞胺光刻膠或SU-8光刻膠，并圖形化出懸臂梁結構；旋涂光刻膠并圖形化作為下一步濺射所述壓阻單元及所述參考電阻的掩膜；濺射鉻/康銅層作為所述壓阻單元及所述參考電阻并去除掉膠；旋涂所述光刻膠并圖形化作為下一步濺射所述信號引線的掩膜；濺射鉻/金層作為所述信號引線并去除掉膠；利用電解的方式，去除掉所述鉻/鋁犧牲層，將所述傳感膜片從硅片上整體剝離。

6.根據權利要求1所述的基于多級懸臂梁結構的仿生壓差傳感器，其特征在于，所述傳感膜片的制造工藝為：在硅片上濺射100納米的金屬鉻以及100納米的金屬鋁做為鉻/鋁犧牲層；在所述鉻/鋁犧牲層上旋涂聚酰亞胺或PET，利用反應離子刻蝕圖形化出所述多級懸臂梁結構；旋涂光刻膠并圖形化作為下一步濺射所述壓阻單元及所述參考電阻的掩膜；濺射鉻/鉑金層作為所述壓阻單元及所述參考電阻并去除掉膠；旋涂光刻膠并圖形化作為下一步濺射所述信號引線的掩膜；濺射鉻/金層作為所述信號引線并去除掉膠；利用電解的方式，去除掉所述鉻/鋁犧牲層，將傳感膜片從硅片上整體剝離。