[发明专利]一种基于柔性电容的应变传感器及其制造和测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应变传感器。特别是涉及一种基于柔性电容的应变传感器及其使用和制 造方法。

背景技术

应变传感器在各种零部件力学性能以及力学行为研究中发挥着重要的作用。目前，应变 传感器已有丝式、箔式、薄膜式、金属、半导体等多种类型，大部分是基于压阻效应，即电 阻随应变的变化而成比例的变化。例如专利CN104006735A公开了一种采用厚膜工艺，将电 阻、介质以及导体涂料印刷在陶瓷基片上所形成的电阻。当厚膜电阻因外力而产生形变时， 导电颗粒在基体内的分布就会发生变化，进而引起材料电阻值的变化。专利CN104880143A 公开了一种桥式电阻应变传感器，利用金属弹性体作为弹性元件，通过将其粘贴在弹性体敏 感部位组成惠斯通电桥，并在外加电源的激励下将形变转换为电信号。专利CN101435747公 开了一种基于应变动态量测的裂缝计设计方法，其特征是从裂缝侧立面引出两个嵌套的弧型 金属应变载片，以载片上的应变片作为唯一测值来分析裂缝的动态变化。但是电阻应变传感 器对温度过于敏感，受到温度变化影响后，将产生零点漂移和灵敏度漂移，增大测量误差， 而添加温度补偿电路往往导致系统变得庞大且复杂。电容应变传感器作为将被测非电量的变 化转换为电容量变化的一种传感器,结构简单，成本低，可以在高温、辐射和强烈振动等恶劣 条件下工作，且灵敏度高，响应时间短，适合在线和动态测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种构成简单，成本低，能够方便快捷的进行应变 测量的基于柔性电容的应变传感器及其制造和测试方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于柔性电容的应变传感器，包括衬底，所述的衬底 上由下至上依次设置有底层金属极板、SiO介质层和上层金属极板，所述的衬底上还设置有 将所述的底层金属极板、SiO介质层和上层金属极板全部覆盖在内的SU_8隔离屏蔽层，所述 SU_8隔离屏蔽层的上端面分别设置有底层金属极板引出端头和上层金属极板引出端头，所述 的SU_8隔离屏蔽层内设置有用于底层金属极板与所述底层金属极板引出端头相连接的底层 金属通孔，及用于上层金属极板与所述上层金属极板引出端头相连接的上层金属通孔。

所述的衬底为PET塑料衬底或PEN塑料衬底。

所述的底层金属极板和上层金属极板是由钛与金构成。

所述的底层金属通孔和上层金属通孔内依次注入有钛与金金属。

一种基于柔性电容的应变传感器的制造方法，包括如下步骤：

1)衬底准备：选用塑料材质，用异丙醇和去离子水超声震荡清洗五分钟取出，氮气吹干， 热板加热烘干残余溶液形成衬底；

2)在衬底表面淀积底层金属极板；

3)在底层金属极板上分别淀积SiO介质层和上层金属极板；

4)在形成有底层金属极板、SiO介质层和上层金属极板的衬底上均匀地旋涂一层厚度为 1.3～1.5um的SU_8光刻胶，形成SU_8隔离屏蔽层，在SU_8隔离屏蔽层，进行光刻形成两 个分别连通底层金属极板和上层金属极板的通孔，然后对SU_8隔离屏蔽层进行紫外线曝光 45～60秒使SU_8隔离屏蔽层发生交联反应，再将旋涂有SU_8隔离屏蔽层的衬底放在115～ 120℃热板上坚膜1小时；

5)在所形成的两个通孔内采用真空电子束蒸发淀积30nm厚度的Ti，再蒸发淀积Au填 满通孔形成金属通孔，用于底层金属极板和上层金属极板与外部电极连接；

6)在SU_8隔离屏蔽层的上表面旋涂负性光刻胶并光刻，依次采用真空电子束蒸发淀积 30nm厚度的Ti和800nm厚度的Au形成应变传感器的电极层，然后用丙酮和超声发生器对 应变传感器的电极层进行剥离，进而形成柔性电容应变传感器的电极。

步骤1)所述的塑料材质是PET塑料或PEN塑料。

步骤2)包括：在衬底表面旋涂负性光刻胶，用形成底层金属极板的掩模板进行光刻， 并依次采用真空电子束蒸发淀积30nm厚度的Ti和400nm厚度的Au形成底层金属，然后用 丙酮溶液和超声发生器剥离掉底层金属中非底层金属极板的金属层，形成底层金属极板作为 电容的底层电极。