一种耐高温柔性压力传感器及其制备方法技术

本申请涉及传感器技术领域，解决了现有技术中的柔性传感器无法适应于高温环境的问题，公开了一种耐高温柔性压力传感器及其制备方法，该压力传感器包括：聚酰亚胺膜片、电极薄片、镍铬薄膜电阻珊、负性光刻胶SU

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温柔性压力传感器及其制备方法


[0001]本申请涉及传感器
，尤其是一种耐高温柔性压力传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]复合材料是重要的结构材料，如玻璃纤维增强聚合物(GFRP)和碳纤维增强聚合物(CFRP)，由于其高强度，低重量，低热膨胀系数，高抗疲劳性，固有的耐腐蚀性和低电磁反射率，已广泛应用于航空航天、风力发电机叶片等大型工程。这些工程都有一些共同的显著特点，第一，长期服役，这些工程往往是国民经济发展的重要组成部分，经常需要不停地运行和工作；第二，运行环境恶劣，这些工程往往存在于外界露天环境，会经受雨水地侵蚀以及其他外界环境的破坏；第三，前期积累损伤微小且不易被察觉。前期积累的损伤一方面指的是在制造复合材料的过程中出现的缺陷，另一方面是在组装机器的时候形成的缺陷。在制造复合材料的过程中可能出现的缺陷有很多，包括微裂纹、纤维断裂、分层。这些缺陷会对设备造成潜在的安全隐患，并导致不可估量的损失。为了检测在复合材料制造过程中产生的缺陷，研究人员开发了各种用于检测的压力传感器。目前普遍研究的压力传感器是硅基电阻式压力传感器，然而，硅基电阻式压力传感器对温度非常敏感，通常情况下只能在
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10℃～60℃内使用，而检测复合材料制造过程中的分层或者剥离程度，需要传感器能够在200℃左右的温度环境中稳定工作。研究发现，镍铬薄膜具有较低的电阻温度系数、较高的电阻率、较稳定的物理性能和电性能、较高的灵敏系数且其对温度的依赖性小等优势，以镍铬薄膜为敏感层的压力传感器具有重要的研究价值。本专利技术基于压阻效应，设计一款小型的薄膜压力传感器，应用的技术微电子技术，包括磁控溅射、光刻、刻蚀等，传感器主要包括镍铬合金电阻珊，聚酰亚胺膜片、负性光刻胶SU
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8回型支撑层，聚二甲基硅氧烷半球按钮，柔性薄膜应变传感器同时具有小型化、可工作在高温恶劣环境等优点。

技术实现思路

[0003]本申请的目的在于克服现有技术中的传感器无法适应于高温环境的问题，提供一种耐高温柔性压力传感器及其制备方法。
[0004]第一方面，提供了一种耐高温柔性压力传感器，包括：
[0005]聚酰亚胺膜片，所述聚酰亚胺膜片通过在硅片上旋涂抽完气泡的10～20％聚酰亚胺溶液制备而成；
[0006]电极薄片，所述电极薄片包括铬薄膜层和金薄膜层，所述铬薄膜层与所述聚酰亚胺膜片固定连接，所述金薄膜层与所述铬薄膜层固定连接；
[0007]镍铬薄膜电阻珊，所述聚酰亚胺膜片上采用镍靶材和铬靶材共溅射技术形成四个镍铬薄膜电阻珊，且所述镍铬薄膜电阻珊的两极分别与对应的电极薄片电性连接，其中，所述镍靶材的功率设置为40～60W，所述铬靶材的功率设置为20～60W，所述镍靶材和铬靶材共溅射时溅射仓内真空度为1
×
10
‑6～5
×
10
‑9torr，氩气压强为3～10mTorr，溅射时间为10～40min；
[0008]负性光刻胶SU
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8回形支撑层，所述负性光刻胶SU
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8回形支撑层设置于聚酰亚胺膜片上，且所述负性光刻胶SU
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8回形支撑层完全覆盖电极薄片与镍铬薄膜电阻珊的交接处；
[0009]聚二甲基硅氧烷半球按钮，所述聚酰亚胺膜片远离负性光刻胶SU
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8回形支撑层的一侧固定有聚二甲基硅氧烷半球按钮。
[0010]进一步的，所述镍铬薄膜电阻珊中铬的质量占比为5％～40％，所述镍铬薄膜电阻珊的厚度为30～60nm。
[0011]进一步的，所述聚二甲基硅氧烷半球按钮包括矩形基体和半球体，所述矩形基本固定于聚酰亚胺膜片上，所述矩形基体上固定有半球体。
[0012]第二方面，提供了一种耐高温柔性压力传感器的制备方法，包括：
[0013]S101、制备光学掩膜版：所述光学掩膜版包括金薄膜光学掩膜版、镍铬薄膜光学掩膜版和负性光刻胶SU
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8光学掩膜版，其中，所述金薄膜光学掩膜版、镍铬薄膜光学掩膜版和SU
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8光学掩膜版均包括多个图案，所述金薄膜光学掩膜版的每个图案均包括八根第一遮光线条，所述镍铬光学掩模版每个图案均包括四个电阻珊遮光形状，所述电阻珊遮光形状分别放置在同一正方形的四条边上，所述电阻珊遮光形状均包括若干条串联且平行设置的第二遮光线条，所述负性光刻胶SU
‑
8光学掩膜版的每个图案均为正方回形透光形状，所述光学掩膜版上均设置有多个对准图案，所述对准图案用于光刻时图案的对准；
[0014]S102、制备聚酰亚胺膜片：将100晶相的硅片依次经过丙酮、酒精和离子水清洗，接着用氮气将硅片吹干后进行等离子清洗，然后在硅片上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯并烘干，最后将抽完气泡的10～20％聚酰亚胺溶液旋涂在硅片上并烘干，即得附着有聚酰亚胺膜片的硅片；
[0015]S103、制备电极薄片：在所述附着有聚酰亚胺膜片的硅片上分别溅射铬薄膜层和金薄膜层，接着在硅片上旋涂AZ5214正性光刻胶并烘干，将硅片和所述金薄膜光学掩膜版安装在光刻机上，曝光间隙设置为450～550μm，并将所述金薄膜光学掩膜版的多个图案映射在硅片的居中位置，然后进行6～8秒的紫外线曝光，将曝光后的硅片在显影液中浸泡，并将浸泡后的硅片在离子水中清洗并用氮气吹干，以使得正性光刻胶附着在硅片的聚酰亚胺膜片上，倒出金刻蚀液和铬刻蚀液，将硅片先放在金刻蚀液中浸泡9～11S，并用离子水清洗粘附在硅片上的金刻蚀液，氮气吹干，再将硅片放在铬刻蚀液中9～11S，用离子水清洗粘附在硅片上的铬刻蚀液，氮气吹干，最后用丙酮溶液去掉硅片上附着的光刻胶，从而将金薄膜光学掩膜版的图案转印到硅片上，以得到包括铬薄膜层和金薄膜层的电极薄片；
[0016]S104、制备非电阻珊图案的正性光刻胶薄膜：将AZ5214正性光刻胶均匀旋涂在硅片上并在95～105℃的热板上烘干2.5～3.5min，将镍铬薄膜光学掩膜版和硅片安装在光刻机上，移动硅片使得硅片上的对准图案和镍铬薄膜光学掩膜版上的对准图案重合，并进行6～8S曝光，接着取下镍铬薄膜光学掩膜版和硅片，将取下的硅片放置在110～122℃的热板上烘烤50～70S，再将硅片进行全曝光12～16S后放置在显影液中显影50～70S去掉电阻珊图案的那部分光刻胶，然后将硅片用离子水清洗25～35S并用氮气吹干，以制得非电阻珊图案的正性光刻胶薄膜，其中，在非电阻珊的图案末端能够观看到一部分的金薄膜；
[0017]S105、制备镍铬薄膜电阻珊：将镍靶材和铬靶材安装在磁控溅射机器上，镍靶材设置45～55W，铬靶材设置15～25W，采用共溅射的方法在硅片上生长镍铬薄膜，将溅射好镍铬薄膜的硅片放置在丙酮溶液中，静置4～6min，保持硅片浸没在丙酮溶液中并摇动硅片，将
光刻胶连同光刻胶上的镍铬薄膜一同去掉，以得到敏感层镍铬薄膜电阻珊，其中，在非电阻珊的图案末端能够观看到一部分的金薄膜与敏感层镍铬薄膜电阻珊电性连接；
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐高温柔性压力传感器，其特征在于，包括：聚酰亚胺膜片，所述聚酰亚胺膜片通过在硅片上旋涂抽完气泡的10～20％聚酰亚胺溶液制备而成；电极薄片，所述电极薄片包括铬薄膜层和金薄膜层，所述铬薄膜层与所述聚酰亚胺膜片固定连接，所述金薄膜层与所述铬薄膜层固定连接；镍铬薄膜电阻珊，所述聚酰亚胺膜片上采用镍靶材和铬靶材共溅射技术形成四个镍铬薄膜电阻珊，且所述镍铬薄膜电阻珊的两极分别与对应的电极薄片电性连接，其中，所述镍靶材的功率设置为40～60W，所述铬靶材的功率设置为20～60W，所述镍靶材和铬靶材共溅射时溅射仓内真空度为1
×
10
‑6～5
×
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torr，氩气压强为3～10mTorr，溅射时间为10～40min；负性光刻胶SU
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8回形支撑层，所述负性光刻胶SU
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8回形支撑层设置于聚酰亚胺膜片上，且所述负性光刻胶SU
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8回形支撑层完全覆盖电极薄片与镍铬薄膜电阻珊的交接处；聚二甲基硅氧烷半球按钮，所述聚酰亚胺膜片远离负性光刻胶SU
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8回形支撑层的一侧固定有聚二甲基硅氧烷半球按钮。2.根据权利要求1所述的耐高温柔性压力传感器，其特征在于，所述镍铬薄膜电阻珊中铬的质量占比为5％～40％，所述镍铬薄膜电阻珊的厚度为30～60nm。3.根据权利要求1所述的耐高温柔性压力传感器，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷半球按钮包括矩形基体和半球体，所述矩形基本固定于聚酰亚胺膜片上，所述矩形基体上固定有半球体。4.一种耐高温柔性压力传感器的制备方法，用于制备如权利要求1～3中任一项所述的耐高温柔性压力传感器，其特征在于，所述制备方法包括：S101、制备光学掩膜版：所述光学掩膜版包括金薄膜光学掩膜版、镍铬薄膜光学掩膜版和负性光刻胶SU
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8光学掩膜版，其中，所述金薄膜光学掩膜版、镍铬薄膜光学掩膜版和SU
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8光学掩膜版均包括多个图案，所述金薄膜光学掩膜版的每个图案均包括八根第一遮光线条，所述镍铬光学掩模版每个图案均包括四个电阻珊遮光形状，所述电阻珊遮光形状分别放置在同一正方形的四条边上，所述电阻珊遮光形状均包括若干条串联且平行设置的第二遮光线条，所述负性光刻胶SU
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8光学掩膜版的每个图案均为正方回形透光形状，所述光学掩膜版上均设置有多个对准图案，所述对准图案用于光刻时图案的对准；S102、制备聚酰亚胺膜片：将100晶相的硅片依次经过丙酮、酒精和离子水清洗，接着用氮气将硅片吹干后进行等离子清洗，然后在硅片上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯并烘干，最后将抽完气泡的10～20％聚酰亚胺溶液旋涂在硅片上并烘干，即得附着有聚酰亚胺膜片的硅片；S103、制备电极薄片：在所述附着有聚酰亚胺膜片的硅片上分别溅射铬薄膜层和金薄膜层，接着在硅片上旋涂AZ5214正性光刻胶并烘干，将硅片和所述金薄膜光学掩膜版安装在光刻机上，曝光间隙设置为450～550μm，并将所述金薄膜光学掩膜版的多个图案映射在硅片的居中位置，然后进行6～8秒的紫外线曝光，将曝光后的硅片在显影液中浸泡，并将浸泡后的硅片在离子水中清洗并用氮气吹干，以使得正性光刻胶附着在硅片的聚酰亚胺膜片上，倒出金刻蚀液和铬刻蚀液，将硅片先放在金刻蚀液中浸泡9～11S，并用离子水清洗粘附在硅片上的金刻蚀液，氮气吹干，再将硅片放在铬刻蚀液中9～11S，用离子水清洗粘附在硅
片上的铬刻蚀液，氮气吹干，最后用丙酮溶液去掉硅片上附着的光刻胶，从而将金薄膜光学掩膜版的图案转印到硅片上，以得到包括铬薄膜层和金薄膜层的电极薄片；S104、制备非电阻珊图案的正性光刻胶薄膜：将AZ5214正性光刻胶均匀旋涂在硅片上并在95～105℃的热板上烘干2.5～3.5min，将镍铬薄膜光学掩膜版和硅片安装在光刻机上，移动硅片使得硅片上的对准图案和镍铬薄膜光学掩膜版上的对准图案重合，并进行6～8S曝光，接着取下镍铬薄膜光学掩膜版和硅片，将取下的硅片放置在110～122℃的热板上烘烤50～70S，再将硅片进行全曝光12～16S后放置在显影液中显影50～70S去掉电阻珊图案的那部分光刻胶，然后将硅片用离子水清洗25～35S并用氮气吹干，以制得非电阻珊图案的正性光刻胶薄膜，其中，在非电阻珊的图案末端能够...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱明敏，李月妮，朱海斌，周浩淼，郁国良，邱阳，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：