[发明专利]基于柔性MEMS传感器的智能压力导丝及传感器制备方法

权利要求书

1.一种基于柔性MEMS传感器的智能压力导丝，其特征在于，该压力导丝主体为实心结构；该压力导丝尾部通过金属细丝螺旋缠绕形成弹簧状螺旋结构，通过操控导丝头部对导丝进行周向旋转，同时配合导丝的轴向进给实现前进；该压力导丝尾部相连的部位设置有多点分布的压力传感器，能够同时测量多点的压力值，压力传感器与内部引线相连，该内部引线位于导丝外侧，沿着导丝直达头部；该压力导丝头部设有传感器引线电极点，与操控手柄相连；导丝头部设计成扁平状，方便与操控手柄上的外部扭矩传感器相连，实时测量导丝旋转时的反馈力矩。

2.根据权利要求1所述的基于柔性MEMS传感器的智能压力导丝，其特征在于，所述压力传感器为柔性压力传感器，该压力传感器采用电容式原理，设计成微电容阵列结构，微电容之间为并联，电容的总值为每个微电容电容值总和。

3.根据权利要求2所述的基于柔性MEMS传感器的智能压力导丝，其特征在于，所述的柔性压力传感器采用柔性MEMS工艺制作，材料选用Au和Parylene，光刻胶作为牺牲层，Au作为电容的上下电极，Parylene作为变形膜材料，该传感器薄膜具有全柔性的特点，采用旋绕的方式裹附至导丝表面；通过控制Parylene层的厚度来实现不同的传感器灵敏度。

4.根据权利要求3所述的基于柔性MEMS传感器的智能压力导丝，其特征在于，所述柔性压力传感器包括：微电容阵列、上电极引线点、下电极引线点、上电极导引线和下电极导引线，所述微电容阵列包括4×10个阵列的微电容，各电容的上下电极分别相连，形成4×10个并联的电容，上电极通过上电极导引线与上电极引线点相连，下电极通过下电极导引线与下电极引线点相连。

5.根据权利要求4所述的基于柔性MEMS传感器的智能压力导丝，其特征在于，所述上下电极阵列点间的连接相互垂直错开，降低寄生电容。

6.根据权利要求1所述的基于柔性MEMS传感器的智能压力导丝，其特征在于，所述压力传感器采用缠绕的方式裹覆至导丝表面，利用导丝空间充足的表面多点分布安装压力传感器，并通过粘接剂实现导丝与压力传感器的固定连接。

7.根据权利要求1所述的基于柔性MEMS传感器的智能压力导丝，其特征在于，所述导丝与所述内部引线通过涂敷PTFE裹住定型。

8.根据权利要求1-7任一项所述的基于柔性MEMS传感器的智能压力导丝，其特征在于，所述的导丝设有外部扭矩传感器连接点，与操控手柄相连，操控手柄通过该连接点对导丝施加扭矩，并实时测量该扭矩的大小，设置力矩阈值上限，当力矩超过该阈值时将产生警报，同时放开导丝，释放手柄对导丝施加的旋转力矩。

9.根据权利要求1-7任一项所述的基于柔性MEMS传感器的智能压力导丝，其特征在于，所述导丝的主体为芯部，由不锈钢丝制成，芯部靠近尾端为尾部细芯，直径逐渐缩小；尾部细芯末端与尾部球凸相连，尾部球凸设计成圆滑的球状；所述的尾部螺旋结构一端与尾部球凸相连，另一端与导丝的芯部相连，尾部螺旋采用不锈钢丝绕制而成，尾部细芯与尾部螺旋同心，并起到支撑尾部螺旋的作用。

10.根据权利要求9所述的基于柔性MEMS传感器的智能压力导丝，其特征在于，所述内部引线分成数支，它的数量取决于压力传感器的数量，该内部引线的其中一支的一端与压力传感器的上电极引线点相连，另一端与某一外部引线点相连；同时该内部引线的另一支与压力传感器微电容下电极引线点相连，另一端与某一外部引线点相连，内部引线通过PTFE涂层包裹在导丝芯部的表面上。

11.一种权利要求4所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述传感器制备步骤如下：

1)以玻璃衬底为基底，进行清洗烘烤，洁净和改善表面；

2)在玻璃基底上溅射金属Cr/Cu，作为上层结构最后的释放层；

3)CVD方法在释放层上沉积Parylene薄膜，作为传感器的底层衬底，即为支撑层Parylene；

4)光刻图形化，曝光的部分即要形成的下电极形状；

5)溅射Cr/Au层，丙酮超声去掉光刻胶层上的金属，剩下的金属部分即形成下电极；

6)光刻显影，未曝光的光刻胶作为下一步反应离子刻蚀的掩膜；

7)RIE刻蚀Parylene，形成背面释放孔，作为最后牺牲层释放孔；

8)光刻显影，用未曝光的光刻胶作为牺牲层，用于形成电容的上下电极空腔，厚度根据电容的大小进行计算；

9)CVD沉积Parylene薄膜，作为上下电极绝缘层Parylene；

10)图形化溅射的Cr/Au层，形成上电极；

11)CVD沉积Parylene薄膜，厚度根据设计参数结合步骤8）中的薄膜厚度来进行调整，作为最后的上电极绝缘层Parylene；

12)光刻显影，未曝光的光刻胶作为下一步反应离子刻蚀的掩膜；

13)RIE刻蚀Parylene，露出上下电极点，作为上电极引线点；

14)电镀Au，作为上电极引线点和下电极的引线点；

15)用Cr/Cu腐蚀液去掉释放层，将传感器与玻璃衬底分离；

16)丙酮超声，去除牺牲层光刻胶，形成微电容，即微电容阵列。