柔性的带温度补偿元件的应变传感器芯片及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种柔性的带温度补偿元件的应变传感器芯片及其制备方法，包括：柔性衬底1、电阻应变传感器2、绝缘隔离层3和电阻温度传感器4；所述电阻应变传感器2设置在所述柔性衬底1的上表面；所述绝缘隔离层3设置在所述电阻应变传感器2的上表面，同时露出电阻应变传感器2的引线电极；所述电阻温度传感器4设置在所述绝缘隔离层3的上表面。本发明专利技术即可以实现温度与应变的同时测量，又可以实现为应变测量提供实时的温度补偿，具有柔性、结构简单、成本低、测量精度高的特点。

Flexible strain sensor chip with temperature compensation element and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
柔性的带温度补偿元件的应变传感器芯片及其制备方法
本专利技术涉及传感器芯片领域，具体地，涉及一种柔性的带温度补偿元件的应变传感器芯片及其制备方法。
技术介绍
电阻应变传感器是一类可以将外界应变变化转化为电阻变化的器件，在计量测量领域有着广泛的应用。一方面是因为对大部分的物理量如力、扭矩、速度与加速度等的测量都可以转化为对应变进行间接测量而得到，使得应变传感器成为目前市面上多数测量仪器的核心。另一方面是其结构简单，尺寸小，性能稳定可靠，使用方便。但是电阻应变传感器容易收到环境温度的影响，一般为了减小温度对电阻的影响，常常需要搭建电桥电路等进行温度补偿，如中国专利公开号CN106768217B公开了一种电阻应变传感器的补偿方法，通过对应变传感器设置标签然后在计算机的辅助下计算桥臂电阻的长度，但这样会导致其结构复杂且求解困难，不便于传感器的微型化与集成化。又如中国专利公开号CN105755438B提出的自补偿复合薄膜应变计的制备，通过TaN与PdCr两种电阻温度系数相反的材料组成传感器的敏感层来实现温度的自补偿，但是该方法采用了多层结构使得制备工艺复杂，并且只能制备在硬质基底上。除此之外，目前在生物医学器械、可穿戴器件等领域，又对应变传感器的柔软性和拉伸性都提出了更高的要求。特别是在可穿戴器件领域，除了测量应变之外有时还需要对环境的温度进行同时测量。为了实现对应变传感器柔软性的要求，人们主要依赖于对应变传感器的敏感层材料进行改进，如中国专利公开号CN101598529公开了一种掺有导电颗粒与弹性体基体的弹性织物作为敏感材料制备的应变传感器，可测量最大50％的应变值。但是该专利的加工工艺复杂，需要对织物中的导电颗粒进行清洗与固化，难以实现传感器的微型化，同时该柔性应变传感器也没有实现温度补偿功能，环境温度会对应变测量会产生较大影响。因此，为了满足生物医学器械，可穿戴器件等领域实现柔性应变测量的需求，同时对应变传感器提供实时的温度补偿，减小应变测量时的环境误差，本专利技术提出了一种柔性的带温度补偿元件的应变传感器芯片及其制备方法。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种柔性的带温度补偿元件的应变传感器芯片及其制备方法。根据本专利技术提供的一种柔性的带温度补偿元件的应变传感器芯片，包括：柔性衬底1、电阻应变传感器2、绝缘隔离层3和电阻温度传感器4；所述电阻应变传感器2设置在所述柔性衬底1的上表面；所述绝缘隔离层3设置在所述电阻应变传感器2的上表面，同时露出电阻应变传感器2的引线电极；所述电阻温度传感器4设置在所述绝缘隔离层3的上表面。优选地，所述电阻应变传感器2利用掩膜溅射方法、掩膜刻蚀或lift-off工艺实现图形化。优选地，所述电阻温度传感器4采用磁控溅射方法沉积薄膜、利用掩膜溅射方法或lift-off工艺实现图形化。优选地，所述柔性衬底1为旋涂制备的有机聚合物材料。优选地，还包括传感器保护层5；所述传感器保护层5覆盖在所述电阻温度传感器4的上表面，同时露出电阻温度传感器4的引线电极。优选地，所述电阻应变传感器2采用的材料包括铜镍合金、卡玛合金或镍铬合金中的一种，所述电阻温度传感器4采用的材料包括铂、金。根据本专利技术提供的一种柔性的带温度补偿元件的应变传感器芯片的制备方法，其特征在于，包括步骤：第一步、采用旋涂的方法，在硬性基底上旋涂一层PDMS并进行半固化；第二步、采用旋涂的方法，在第一步形成的半固化PDMS上表面旋涂一层柔性衬底1；第三步、采用磁控溅射的方法，在第二步形成的柔性衬底1上表面，溅射一层合金敏感材料，得到电阻应变传感器2；第四步、利用旋涂的方法，在第三步形成的电阻应变传感器2上覆盖一层绝缘隔离层4，同时采用蚀刻的方法露出引线电极；第五步、采用磁控溅射方法沉积薄膜，利用掩膜溅射方法或lift-off方法实现图形化，在第四步制备的绝缘隔离层2上溅射一层Ti/Pt，得到电阻温度传感器4，其中Ti作为粘接层。优选地，还包括：第六步、利用旋涂的方法，在第五步的电阻温度传感器4上表面覆盖一层传感器保护层5，同时采用蚀刻的方法露出电阻温度传感器4和电阻应变传感器2的引线电极；第七步、将柔性衬底1与PDMS进行分离，得到应变传感器芯片。优选地，第四步中：合金敏感材料为Cr/NiCr、Cr/CuNi、Cr/卡玛合金中的一种，Cr作为粘接层，厚度为10nm～30nm；敏感材料NiCr或CuNi或卡玛合金的厚度在200～900nm之间。优选地，第五步中：Ti作为粘接层，厚度为10nm～30nm；敏感材料Pt的厚度在200～900nm之间。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术即可以实现温度与应变的同时测量，又可以实现为应变测量提供实时的温度补偿，具有柔性、结构简单、成本低、、测量精度高的特点。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是本专利技术一实施例的柔性的集成温度应变传感器芯片的剖面图；图2是本专利技术一实施例的柔性的集成温度应变传感器芯片的整体结构俯视示意图；图3是本专利技术的具体实施例的柔性电阻应变传感器的压阻响应曲线图；图4是本专利技术实施例提供的作为补偿元件的Pt电阻温度传感器的电阻随温度变化曲线图；图中：1为柔性衬底、2为电阻应变传感器、3为绝缘隔离层、4为电阻温度传感器、5为传感器保护层。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图1、图2所示，为一种柔性的带温度补偿元件的应变传感器芯片结构示意图，其中图1为该芯片的剖视图，图2为该芯片的俯视图。图2中，一种柔性的带温度补偿元件的应变传感器芯片，包括：柔性衬底1、电阻应变传感器2、绝缘隔离层3、电阻温度传感器4、传感器保护层5，其中：所述电阻应变传感器2、所述绝缘隔离层3、所述电阻温度传感器4、所述传感器保护层5均设在所述柔性衬底1上；其中：所述电阻应变传感器2制备在所述柔性衬底1的上方；所述电阻温度传感器4制备在在所述绝缘隔离层3上方；所述电阻温度传感器4与所述绝缘隔离层3置于所述电阻应变传感器2的上方，同时露出电阻应变传感器2的引线电极；所述传感器保护层5覆盖在所述电阻温度传感器4的上表面，同时露出电阻温度传感器4的引线电极；当所述的传感器芯片在未知物理量作用下发生形变时，根据电阻应变效应，所述电阻应变传感器2输出未知物理量作用下的电阻，根据传感器电阻与应变的关系即得到相应的物理量作用下的应变值；同时，所述电阻温度传感器4输出相应的环境温度，该温度还可以对前所述电阻应变传感器2测量的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性的带温度补偿元件的应变传感器芯片，其特征在于，包括：柔性衬底(1)、电阻应变传感器(2)、绝缘隔离层(3)和电阻温度传感器(4)；/n所述电阻应变传感器(2)设置在所述柔性衬底(1)的上表面；/n所述绝缘隔离层(3)设置在所述电阻应变传感器(2)的上表面，同时露出电阻应变传感器(2)的引线电极；/n所述电阻温度传感器(4)设置在所述绝缘隔离层(3)的上表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性的带温度补偿元件的应变传感器芯片，其特征在于，包括：柔性衬底(1)、电阻应变传感器(2)、绝缘隔离层(3)和电阻温度传感器(4)；
所述电阻应变传感器(2)设置在所述柔性衬底(1)的上表面；
所述绝缘隔离层(3)设置在所述电阻应变传感器(2)的上表面，同时露出电阻应变传感器(2)的引线电极；
所述电阻温度传感器(4)设置在所述绝缘隔离层(3)的上表面。


2.根据权利要求1所述的柔性的带温度补偿元件的应变传感器芯片，其特征在于，所述电阻应变传感器(2)利用掩膜溅射方法、掩膜刻蚀或lift-off工艺实现图形化。


3.根据权利要求1所述的柔性的带温度补偿元件的应变传感器芯片，其特征在于，所述电阻温度传感器(4)采用磁控溅射方法沉积薄膜、利用掩膜溅射方法或lift-off工艺实现图形化。


4.根据权利要求1所述的柔性的带温度补偿元件的应变传感器芯片，其特征在于，所述柔性衬底(1)为旋涂制备的有机聚合物材料。


5.根据权利要求1所述的柔性的带温度补偿元件的应变传感器芯片，其特征在于，还包括传感器保护层(5)；
所述传感器保护层(5)覆盖在所述电阻温度传感器(4)的上表面，同时露出电阻温度传感器(4)的引线电极。


6.根据权利要求1所述的柔性的带温度补偿元件的应变传感器芯片，其特征在于，所述电阻应变传感器(2)采用的材料包括铜镍合金、卡玛合金或镍铬合金中的一种，所述电阻温度传感器(4)采用的材料包括铂、金。


7.一种柔性的带温度补偿元件的应变传感器芯片的制备方法，其特征在于，包括步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丛春，雷鹏，庞雅文，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31