MEMS湍流传感器的封装方法技术

本发明专利技术涉及海洋湍流探测，具体是一种MEMS湍流传感器封装方法。本发明专利技术针对MEMS湍流传感器在海中应用可靠性封装的技术瓶颈问题，提出Parylene薄膜淀积、保护罩、保护杆和中空壳体结合的保护方式，解决电绝缘、防腐蚀、耐高静水压、防碰撞、防泥沙堵塞等问题。本发明专利技术适用于MEMS湍流传感器的封装。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及海洋湍流探测领域，具体是一种MEMS湍流传感器封装方法。
技术介绍
随着物理海洋学的迅速发展，人们已经认识到微尺度海洋湍流在诸如海洋内部双扩散、内波破碎、声波的传播等方面起了重要作用。探索海洋湍流，掌握海洋湍流知识对于人类理解海洋能量和物质输运机制起着重要作用。2014年12月，中国科学院院士吴立新教授提出了“透明海洋”的概念，其中包含了对海洋湍流的精细观测。由于深海独特的恶劣环境，海洋传感器需要特别的封装使其适应这种环境。近年来，国内许多人就海洋传感器的封装提出了许多方法，中北大学李振、张国军等在文章“MEMS仿生矢量水听器封装结构的设计与研究”中提到一种利用透声帽和硅油的封装，通过聚氨酯材料制作的透声帽阻挡海水和杂质对灵敏头的影响，并在透声帽中灌入硅油保证电路绝缘。这种MEMS仿生压阻式传感器可以应用到海洋湍流传感领域，然而这种封装结构的缺点是湍流空间分辨率受限于透声帽的尺寸大小，且灵敏度也会受到透声帽的影响而有所降低。天津大学谷磊、刘玉红等在文章“海洋剪切流传感器结构设计与试验”中提出的一维剪切流传感器，其利用压电陶瓷测量剪切力，前端有悬臂梁和探头增加剪切力的敏感效果，通过钢材料壳体保护压电陶瓷和悬臂梁，利用橡胶将后端电路与海水隔离。德国的Hartmut Prandkeh、Klaus Pfeiffer等在“Shear Probe for Use in Operational Microstructure Measuring Systems”中也提到过这种结构。然而，由于传统精细加工及组装方式极易破坏MEMS仿生压阻式传感器的微型十字梁结构，这种封装方式并不适用于MEMS仿生压阻式传感器。由于以上封装没有完全解决MEMS仿生压阻式传感器在深海环境中的一系列问题。所以，设计传感器的深海可靠性封装时，需要着重考虑其抗高压性、抗腐蚀性和电绝缘性、防异物冲击等问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决MEMS湍流传感器在工作过程中，海中泥沙和大颗粒杂质对传感器敏感部件的影响以及海水导电性和腐蚀性对整体结构的影响等问题，提出Parylene薄膜淀积、保护罩、保护杆和中空壳体结合的保护方式。本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种MEMS湍流传感器，包括中空壳体，所述中空壳体侧壁设置出水孔，所述中空壳体顶端内安装十字梁及纤毛；所述中空壳体顶端面均布设置保护杆；所述中空壳体顶端加盖保护罩，所述纤毛穿出保护罩；该传感器引线后保形均匀淀积parylene薄膜。MEMS湍流传感器封装方法如下：（1）、在中空壳体顶端内安装十字梁及纤毛；（2）、在中空壳体顶端用UV胶粘连保护罩，再用紫外线将UV胶固化；（3）、将传感器引线后放入parylene薄膜淀积系统中，加入parylene颗粒到薄膜淀积系统的料槽中，开启机器，经过一段时间后，传感器表面就淀积了一层致密parylene薄膜。本专利技术针对深海探测应用电绝缘、防腐蚀、耐高静水压、防碰撞、防泥沙堵塞等问题，湍流传感器系统集成方案如上。在传感器外保形淀积Parylene（派瑞林）薄膜，该薄膜既致密防水，又能加固纤毛与十字梁粘结强度。保护罩大大减小纤毛-十字梁结构被碰撞几率，对纤毛摆动起到限位作用，同时实现导流作用，减少流噪声。保护杆减小异物碰撞几率，通过合理设计保护杆直径和间距，尽量降低流噪声，同时保护纤毛结构。十字梁中空设计，这样既导流又防泥沙堵塞。本专利技术针对MEMS湍流传感器在海中应用可靠性封装的技术瓶颈问题，提出Parylene薄膜淀积、保护罩、保护杆和中空壳体结合的保护方式，解决电绝缘、防腐蚀、耐高静水压、防碰撞、防泥沙堵塞等问题，适用于MEMS湍流传感器的封装。附图说明图1表示MEMS湍流传感器的整体结构示意图。图2表示保护罩的断面示意图。图3表示纤毛穿过保护罩的示意图。图4表示中空壳体的部分剖面示意图。图5表示保护杆和出水孔的位置对应示意图。图6表示中空壳体及保护杆示意图。图7表示中空壳体及保护杆俯视位置示意图。图中，1-中空壳体，2-保护杆，3-保护罩，4-十字梁，5-纤毛，6-出水孔。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施例进行详细说明。一种MEMS湍流传感器，如图1所示，包括中空壳体1，所述中空壳体1侧壁设置出水孔6，所述中空壳体1顶端内安装十字梁4及纤毛5；所述中空壳体1顶端面均布设置保护杆2；所述中空壳体1顶端加盖保护罩3，所述纤毛5穿出保护罩3，如图3所示；该传感器引线后保形均匀淀积parylene薄膜，进行电绝缘和防腐蚀保护。具体制作时，所述中空壳体1材料为316不锈钢，整体结构成中空桶形，可以将传感器的十字梁和纤毛悬空固定在中空壳体顶端内。中空壳体的作用在于从保护罩与纤毛空隙间流入的泥沙可以经过中空壳体流出，不会堆积在十字梁结构周围；中空壳体底部四个出水孔不仅可以导流，而且可以有助于将中空壳体中的泥沙排出。中空壳体尺寸为：壳体长度为3cm，外径为1cm，内径为4mm，壳体壁厚3mm，侧壁同一高度设置有四个出水孔，出水孔的中心到壳体上端为1cm，出水孔的直径为2mm，图4所示。中空壳体的横截面是个圆环，圆环宽度为3毫米，如图所示6，在中空壳体的上表面距离圆环的圆心3.5毫米的位置上固定4个保护杆。保护杆的垂直位置与中空壳体中出水孔的垂直位置一致，保护杆2和出水孔6位置对应，即保护杆2轴线与出水孔6轴线正交，与中空壳体的相对位置如图所示5。保护杆由于其有一定的强度，可以防止大颗粒杂质或海中生物对暴露出来的纤毛结构进行破坏。所述中空壳体1顶端面均布4个保护杆2；所述保护杆2材料是316不锈钢，其尺寸为：杆长1cm，直径为2mm；保护杆投影面中心与中空壳体顶端面中心距离3.5mm，如图7所示。所述保护罩3材料为尼龙，通过3D打印技术或者精密成型技术对保护罩进行加工，其下口外径5mm，上口外径1mm，壁厚500微米，如图2所示。其作用是在保证不影响传感器正常工作的前提下，尽可能防止海洋异物等对十字梁的破坏。湍流传感器的封装方法如下：（1）、在中空壳体1顶端内安装十字梁4及纤毛5；（2）、在中空壳体4顶端用UV胶粘连保护罩3，再用紫外线将UV胶固化；（3）、采用本实施例尺寸制作的传感器引线后放入parylene薄膜淀积系统中，加入3.2克parylene颗粒到薄膜淀积系统的料槽中，开启机器，经过一段时间后，传感器表面就淀积了一层2微米厚的致密parylene薄膜。本专利技术与现有技术相比的优点在于：本专利技术采用中空壳体做传感器的构架平台，可以防止泥沙在传感器十字梁周围的堆积；利用不锈钢保护杆阻挡大颗粒杂质对敏感结构的破坏；利用尼龙保护罩对传感器中十字梁结构进行细微的保护；通过保形均匀淀积parylene薄膜可以达到电绝缘和防腐蚀的效果。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非限制，尽管参照本专利技术实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本专利技术的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本专利技术的技术方案的精神和范围，其均应涵盖权利要求保护范围中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS湍流传感器的封装方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）、在中空壳体（1）顶端内安装十字梁（4）及纤毛（5）；（2）、在中空壳体（4）顶端用UV胶粘连保护罩（3），再用紫外线将UV胶固化；（3）、将传感器引线后放入parylene薄膜淀积系统中，加入parylene颗粒到薄膜淀积系统的料槽中，开启机器，经过一段时间后，传感器表面就淀积了一层致密parylene薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种MEMS湍流传感器的封装方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）、在中空壳体（1）顶端内安装十字梁（4）及纤毛（5）；（2）、在中空壳体（4）顶端用UV胶粘连保护罩（3），再用紫外线将UV胶固化；（3）、将传感器引线后放入parylene薄膜淀积系统中，加入parylene颗粒到薄膜淀积系统的料槽中，开启机器，经过一段时间后，传感器表面就淀积了一层致密parylene薄膜。2.一种MEMS湍流传感器，其特征在于：包括中空壳体（1），所述中空壳体（1）侧壁设置出水孔（6），所述中空壳体（1）顶端内安装十字梁（4）及纤毛（5）；所述中空壳体（1）顶端面均布设置保护杆（2）；所述中空壳体（1）顶端加盖保护罩（3），所述纤毛（5）穿出保护罩（3）；该传感器引线后保形均匀淀积parylene薄膜。3.根据权利要求2所述的MEMS湍流传感器，其特征在于：所述paryl...

【专利技术属性】
技术研发人员：王任鑫，张国军，白冰，刘梦然，任子明，薛晨阳，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14