[发明专利]一种MEMS柔性锰铜-康铜复合式超高压力传感器及制造方法

说明书

一种MEMS柔性锰铜‑康铜复合式超高压力传感器及其制造方法,复合式超高压力传感器包括基底,基底上通过MEMS工艺溅射有锰铜敏感元件及其对应的四个第一电极，以及康铜敏感元件及其对应的四个第二电极，锰铜敏感元件的输入端和输出端分别连接两个第一电极，康铜敏感元件的输入端和输出端分别连接两个第二电极，锰铜敏感元件、康铜敏感元件、第一电极、第二电极的表面上覆盖有绝缘层；锰铜敏感元件和康铜敏感元件采用螺旋式中心对称分布，基底和绝缘层均采用聚酰亚胺材料；本发明复合式超高压力传感器具有精度高、响应快、输出信号大等特点。

技术领域

本发明属于超高压力传感器技术领域，具体涉及一种MEMS柔性锰铜-康铜复合式超高压力传感器及制造方法。

背景技术

锰铜由于具有压阻效应，且表现出灵敏度高、响应快、线性较好、电阻温度系数小等优点，非常适用于制作超高压力传感器。它是目前测压上限最高的超高压力传感器，有效量程可达数十GPa,主要应用于武器弹药爆炸冲击波、炸药爆轰波的压力测量等国防领域。

绝大多数的动态高压流场是非一维的，因此处于其中的锰铜超高压力传感器，除了压力使其电阻率发生变化进而引起电阻变化外，流场的非一维性使其发生的侧向拉伸或扭曲变形，同样也会引起电阻变化。当使用在一维状态下(只考虑了压力引起的电阻率变化)标定的锰铜传感器输入输出曲线来计算非一维流场中的超高压力时，并不能排除侧向拉伸或引起的电阻变化，从而导致测量结果产生比较大的误差。康铜具有与锰铜相近的物理和力学性能，但其没有压阻效应，它在动态高压流场中只有拉伸或扭曲变形所产生的电阻变化。当将康铜与锰铜传感器对称组合进行测量时，利用康铜传感器就可排除高压流场非一维性导致的拉伸误差，从而可较准确地测量轴对称动态高压流场的超高压力。然而，现有的锰铜-康铜复合式压力传感器是将几何尺寸与形状完全相同的锰铜箔与康铜箔复合而成，中间隔有绝缘层。由于绝缘层的影响，可以认为锰铜与康铜是在不同的压力下产生的变形，这样使得无法利用康铜传感器很好地排除锰铜传感器中的侧向拉伸误差，最终也会导致一定的测量误差。

此外，当需要测量曲面上某位置处所受的超高压力时，现有的硬质基底(陶瓷基底或云母基底)超高压力传感器并不适用。其他的柔性超高压力传感器虽然可以用于曲面位置的测量，但是由于其尺寸较大，厚度较厚(0.1mm左右)，会影响压力流场，从而导致一定的测量误差。因此，制造一种柔性的薄膜超高压力传感器也是非常必要的。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种MEMS 柔性锰铜-康铜复合式超高压力传感器及其制造方法,复合式超高压力传感器具有精度高、响应快、输出信号大等特点，适用于测量轴对称动态高压流场的超高压力；制造方法采用MEMS工艺实现了敏感元件的微型化和薄膜化，可以减小对高压流场的影响，从而提高测量精度；同时采用与MEMS兼容的柔性化制造工艺，实现了传感器的柔性化，从而满足曲面场合下超高压力的测量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种MEMS柔性锰铜-康铜复合式超高压力传感器,包括基底2, 基底2上通过MEMS工艺溅射有锰铜敏感元件3及其对应的四个第一电极1，以及康铜敏感元件5及其对应的四个第二电极6，锰铜敏感元件3的输入端和输出端分别连接两个第一电极1，康铜敏感元件 5的输入端和输出端分别连接两个第二电极6，锰铜敏感元件3、康铜敏感元件5、第一电极1、第二电极6的表面上覆盖有绝缘层4。

所述的锰铜敏感元件3和康铜敏感元件5采用螺旋式中心对称分布，通过靶材溅射而成，锰铜敏感元件3和康铜敏感元件5共占面积在直径0.2mm圆形范围内，厚度为1μm。

所述的锰铜敏感元件3对应的四个第一电极1分布在同一侧，两个作为输入端，另外两个作为输出端；康铜敏感元件5对应的四个第二电极6分布在另一侧，两个作为输入端，另外两个作为输出端。

所述的基底2和绝缘层4采用聚酰亚胺材料，通过匀胶固化工艺制成，厚度均为15μm。