專利名稱：一種復(fù)合封裝的箔式錳銅超高壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子材料與器件技術(shù)領(lǐng)域，它特別涉及錳銅壓力傳感器技術(shù)。
與錳銅壓力傳感器有關(guān)，尤其與超高壓力傳感器有關(guān)。
背景技術(shù)：
眾所周知，錳銅是一種主要成份為銅(84-87％)、錳(11-13％)、鎳(2-3％)的三元合金，具有壓阻效應(yīng)。該合金在高壓下不發(fā)生相變，原則上可測(cè)試100GPa以上的壓力。但傳感器的封裝材料在高壓下絕緣性能急劇下降，形成高壓旁路效應(yīng)，使傳感器輸出信號(hào)發(fā)生嚴(yán)重的衰減，限制了錳銅傳感器量程上限的提高。因此，錳銅傳感器量程的上限是由封裝材料的高壓絕緣性能決定。
1980年Journal of Applied Physics51卷4期1957-1962頁(yè)和Review ofScientific Instrument51卷1期116-122頁(yè)報(bào)道了一種單封裝的箔式錳銅壓力傳感器(如圖1所示)。該種傳感器采用錳銅合金箔作為力敏元件，聚四氟乙烯薄膜(PTFE)作為封裝材料。該種傳感器以埋入式模式工作，量程上限由聚四氟乙烯的高壓絕緣性能決定，約為50GPa。
為提高錳銅傳感器的量程上限，專利號(hào)為ZL 01107159.1的專利公開了一種單封裝的薄膜式錳銅壓力傳感器(如圖2所示)。該種傳感器以氧化鋁、氧化鎂等無機(jī)絕緣材料作為傳感器的封裝材料，利用薄膜技術(shù)，首先在無機(jī)基板上沉積錳銅薄膜，然后再在錳銅薄膜上沉積無機(jī)絕緣薄膜，從而使錳銅敏感元件包封在無機(jī)絕緣材料之中。由于氧化鋁、氧化鎂等無機(jī)絕緣材料具有比聚四氟乙烯更好的高壓絕緣性能，用其作錳銅傳感器的封裝材料，成功地將量程上限提高到100GPa以上。但該種傳感器厚度太厚，不能采用埋入式測(cè)量，而只能以后置式模式——即應(yīng)力非平衡模式工作。該種模式要求待測(cè)材料的沖擊力學(xué)常數(shù)必須是已知值，否則壓力無法標(biāo)定，因此該種傳感器的應(yīng)用范圍非常有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)合封裝的箔式錳銅超高壓力傳感器，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、對(duì)50GPa以上的壓力可進(jìn)行埋入式測(cè)量、精度高、應(yīng)用面廣泛等特點(diǎn)。
本發(fā)明提供的一種復(fù)合封裝的箔式錳銅超高壓力傳感器(如圖3所示)，它包括錳銅壓敏元件2、有機(jī)絕緣薄膜3和粘接劑4；錳銅壓敏元件2由錳銅合金箔8和銅電極9構(gòu)成(如圖4所示)；其特征是它還包括無機(jī)絕緣薄膜6，無機(jī)絕緣薄膜6為氧化鋁、氧化鎂等無機(jī)材料，厚度是1～30μm；無機(jī)絕緣薄膜6位于錳銅壓敏元件2的正反兩面，通過粘接劑4使有機(jī)絕緣薄膜3粘貼在無機(jī)絕緣薄膜6的兩面上。
需要說明的是，本發(fā)明所說的復(fù)合封裝，系采用無機(jī)、有機(jī)兩種封裝材料，其中無機(jī)材料位于內(nèi)層，有機(jī)材料位于外層；無機(jī)絕緣薄膜6可以用常用的薄膜制備方法沉積在錳銅壓敏元件2的正反兩面上，可采用的方法包括電子束蒸發(fā)、射頻濺射、反應(yīng)濺射、離子鍍、等離子體噴涂、激光蒸發(fā)等；有機(jī)絕緣薄膜3優(yōu)選聚四氟乙烯(厚度為10～250μm)，也可采用聚酰亞胺(PI)等其他有機(jī)材料；有機(jī)絕緣薄膜3的封裝方法采用熱壓封裝；粘接劑4可以用全氟化乙丙烯薄膜(FEP)封裝；也可用簡(jiǎn)單的膠粘的辦法封裝，粘接劑4用樹脂。
采用現(xiàn)有的方法制備錳銅壓敏元件2首先將錳銅箔8刻蝕出圖形，然后加上電極9制成壓敏元件2，電極為銅，可采用錳銅箔與銅箔焊接的辦法，也可采用在錳銅箔的引線部位鍍上銅膜的辦法，銅膜厚1-10μm。
本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是在現(xiàn)有箔式錳銅壓力傳感器的基礎(chǔ)上，增加了一層無機(jī)絕緣薄膜6，從而實(shí)現(xiàn)了無機(jī)/有機(jī)復(fù)合封裝。
本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明增加了無機(jī)封裝層——無機(jī)絕緣薄膜6，由于無機(jī)材料能耐更高的壓力，并且無機(jī)絕緣薄膜6它將錳銅壓敏元件2與有機(jī)材料3和4完全隔離開來，從根本上杜絕了有機(jī)材料的高壓旁路效應(yīng)，使得傳感器的量程上限從50Gpa可以提高到了100GPa以上；另外，本發(fā)明的外層封裝為有機(jī)包封，具有一定的柔性，使用方便；最后，本發(fā)明提供的傳感器保留了箔式結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有的薄膜式結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明沒有無機(jī)基板，從而使得本發(fā)明的傳感器的厚度得以大大減薄，因而本發(fā)明具有箔式結(jié)構(gòu)傳感器的可進(jìn)行埋入式測(cè)量、定標(biāo)容易、適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為現(xiàn)有的箔式結(jié)構(gòu)錳銅壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖其中1是待測(cè)材料，2是錳銅壓敏元件，3是有機(jī)絕緣薄膜，4是粘接劑；圖2為現(xiàn)有的薄膜式錳銅壓力傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖其中1是待測(cè)材料，2是錳銅壓敏元件，4是粘接劑，5是無機(jī)基板，6是無機(jī)絕緣薄膜，7是后置件；圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖面示意圖其中2是錳銅壓敏元件，3是有機(jī)絕緣薄膜，4是粘接劑，6是無機(jī)絕緣薄膜；圖4為錳銅壓敏元件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖其中8是錳銅合金箔，9是銅電極；圖5為本發(fā)明傳感器記錄下的典型沖擊波瞬態(tài)壓力波形圖其中，橫坐標(biāo)是時(shí)間，縱坐標(biāo)是電平。
具體實(shí)施例方式
選用28μm的錳銅箔8，首先用光刻法將其刻蝕成H形的圖案。然后用磁控濺射法在錳銅箔的引線部位(圖4中的陰影部分)的正反兩面沉積銅薄膜9，膜厚2-5μm。錳銅箔與引線構(gòu)成壓敏元件2。接著用電子束蒸發(fā)法在壓敏元件2的正反兩面沉積氧化鋁薄膜6，膜厚2-8μm。最后再將鍍有氧化鋁薄膜的壓敏元件夾在兩片聚四氟乙烯薄膜3中間，用稀薄的粘接劑4將其粘接起來，聚四氟乙烯薄膜厚250μm。
本具體實(shí)施例中的傳感器記錄下的完整的沖擊波壓力的瞬態(tài)波形圖如圖5所示，待側(cè)材料為氧化鋁陶瓷，壓力為56.1GPa。圖5中壓阻信號(hào)完整，沒有明顯的衰減。傳感器的壽命在1μs左右，完整地記錄下了加載和卸載的全過程。從圖5中可知，本發(fā)明的復(fù)合封裝的箔式錳銅壓力傳感器具有量程上限高、可埋入式測(cè)量、定標(biāo)容易、適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合封裝的箔式錳銅超高壓力傳感器，它包括錳銅壓敏元件(2)、有機(jī)絕緣薄膜(3)和粘接劑(4)，錳銅壓敏元件(2)由錳銅合金箔(8)和銅電極(9)構(gòu)成；其特征是它還包括無機(jī)絕緣薄膜(6)，無機(jī)絕緣薄膜(6)可以是氧化鋁、氧化鎂等材料，無機(jī)絕緣薄膜(6)的厚度是1～30μm；無機(jī)絕緣薄膜(6)位于錳銅壓敏元件(2)的正反兩面，通過粘接劑(4)使有機(jī)絕緣薄膜(3)粘貼在無機(jī)絕緣薄膜(6)的兩面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合封裝的箔式錳銅超高壓力傳感器，其特征是所述的有機(jī)絕緣薄膜(3)采用聚四氟乙烯，也可采用聚酰亞胺等其他有機(jī)材料；有機(jī)絕緣薄膜(3)的厚度為10～250μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合封裝的箔式錳銅超高壓力傳感器，其特征是所述的粘接劑(4)可以采用全氟化乙丙烯薄膜(FEP)，也可以采用樹脂。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種復(fù)合封裝的箔式錳銅超高壓力傳感器，它包括；錳銅壓敏元件(2)、有機(jī)絕緣薄膜(3)和粘接劑(4)；其特征是它還包括無機(jī)絕緣薄膜(6)，無機(jī)絕緣薄膜(6)為氧化鋁、氧化鎂等無機(jī)材料，厚度是1～30μm。無機(jī)絕緣薄膜(6)位于錳銅壓敏元件(2)的正反兩面，通過粘接劑(4)使有機(jī)絕緣薄膜(3)粘貼在無機(jī)絕緣薄膜(6)的兩面上。本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是在現(xiàn)有箔式錳銅壓力傳感器的基礎(chǔ)上，增加了一層無機(jī)絕緣薄膜(6)，從而實(shí)現(xiàn)了無機(jī)/有機(jī)復(fù)合封裝。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、對(duì)50GPa以上的壓力可進(jìn)行埋入式測(cè)量、精度高、應(yīng)用面廣泛等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01L1/18GK1789940SQ200410081509
公開日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者杜曉松, 周鴻仁, 楊邦朝, 崔紅玲 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)