本發(fā)明涉及一種基于微電子機(jī)械系統(tǒng)工藝的溫度傳感器，尤其是一種電感式溫度傳感器及其制作方法。

背景技術(shù)：

溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用廣泛的一類傳感器。溫度傳感器的種類繁多，其中多種傳統(tǒng)溫度傳感器難與MEMS工藝兼容。MEMS溫度傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比，具有體積小、重量輕的特點(diǎn)。應(yīng)用于MEMS領(lǐng)域的傳感器主要有電阻式溫度傳感器和電容式溫度傳感器，電阻式溫度傳感器的自加熱效應(yīng)常會(huì)影響其測(cè)量精度，而MEMS電容式溫度傳感器具有靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短、熱損耗極小等特點(diǎn)，但現(xiàn)存的較常見的電容式溫度傳感器是基于雙金屬效應(yīng)的雙層懸臂梁結(jié)構(gòu)的電容式溫度傳感器，這種溫度傳感器輸出電容與溫度之間的非線性比較大，且加工工藝比較復(fù)雜，不但需要表面釋放工藝，更需要硅與玻璃的鍵合工藝，傳感器的成本較高。而電感式的溫度傳感器至今沒有相關(guān)研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為解決上述技術(shù)問題，提供一種針對(duì)MEMS領(lǐng)域的、靈敏度高、響應(yīng)較快且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的電感式溫度傳感器，本發(fā)明提出一種電感式溫度傳感器及其制作方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種電感式溫度傳感器，所述電感式溫度傳感器為三明治結(jié)構(gòu)，包括：底層襯底1、上層蓋片5和設(shè)置于底層襯底1和上層蓋片5之間的檢測(cè)電感；所述檢測(cè)電感包括電感模具3，電感模具3上設(shè)有螺旋形凹槽，螺旋形凹槽內(nèi)注有作為液態(tài)電感的液態(tài)金屬合金2；螺旋形凹槽內(nèi)、液態(tài)金屬合金2的上表面設(shè)有一層氧化物保形層4；氧化物保形層4的高度低于螺旋形凹槽上表面的高度。將液態(tài)金屬合金2注入到電感模具3中形成螺旋電感。液態(tài)金屬合金2采用低黏度的液態(tài)合金，在室溫下將液態(tài)金屬合金2灌入到柔性電感模具中并在液態(tài)金屬合金2上表面形成一層氧化物保形層4，液態(tài)金屬合金2有著較高的表面性能，氧化物保形層4的存在可以保證電感模具3中的液態(tài)金屬合金2的機(jī)械性能穩(wěn)定。

本發(fā)明的特點(diǎn)是,無(wú)需機(jī)械研磨和刻蝕加工，僅通過柔性光刻技術(shù)以及快速成型的方法即可實(shí)現(xiàn)電感的加工。其工作原理為：當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，電感模具3的形狀會(huì)由于熱脹冷縮而發(fā)生變化，進(jìn)而引起液態(tài)金屬合金的形貌發(fā)生變化即引起電感值發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量功能。

進(jìn)一步的，所述液態(tài)金屬合金2為共融鎵銦合金。

進(jìn)一步的，所述底層襯底1、上層蓋片5和電感模具3均由材料PDMS制成。PDMS(聚二甲基硅氧烷)是一種高分子有機(jī)硅化合物，具有光學(xué)透明，因其成本低，使用簡(jiǎn)單，同硅片之間具有良好的粘附性，而且具有良好的化學(xué)惰性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于生物MEMS微流控等領(lǐng)域。

進(jìn)一步的，所述底層襯底1、上層蓋片5和電感模具3均可由材料N-異丙基丙烯酰胺制成。

本發(fā)明還提出一種電感式溫度傳感器的制作方法，該方法包括以下步驟：

(1)首先，制作底層襯底1、上層蓋片5和電感模具3的陽(yáng)模；

(2)將PDMS樹脂和固化劑按體積比10：1的劑量配比，充分?jǐn)嚢?，真空抽氣取出所有氣泡，并澆注到成型的?yáng)模上，再次去除氣泡后，置于75℃烘箱中2h以上進(jìn)行固化；

(3)固化后將整片PDMS揭下，得到三張膜片；將其中一片按需要的形狀光刻出螺旋形凹槽，使用空心針鉆孔作為流體進(jìn)出口，用氮?dú)獯档魵堄嗉?xì)屑，即制備出電感模具3；

(4)將電感模具3與另一片作為底層襯底1的PDMS膜片對(duì)準(zhǔn)貼合，置于80℃烘箱中加熱，實(shí)現(xiàn)底層襯底1與電感模具3底部密封；

(5)在電感模具3上的螺旋形凹槽中注入液態(tài)金屬合金2，并在液態(tài)金屬合金2上表面生成氧化物保形層4，氧化物保形層4的厚度為50nm～1μm；

(6)最后，將做為上層蓋片5的膜片與電感模具3上表面進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)貼合，實(shí)現(xiàn)密封。

襯底1、上層蓋片5和電感模具3的制作還可以采用各向異性變形的膜材料如N-異丙基丙烯酰胺，這樣形變的可控性更高。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì)：

1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作難度較低；

2、制作材料成本低、制作工藝簡(jiǎn)單、且成品敏感量大。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的檢測(cè)電感的俯視圖；

圖中：1、底層襯底，2、液態(tài)金屬合金，3、電感模具，4、氧化物保形層，5、上層蓋片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖，包括：底層襯底1、上層蓋片5和設(shè)置于底層襯底1和上層蓋片5之間的檢測(cè)電感；所述檢測(cè)電感包括電感模具3，電感模具3上設(shè)有螺旋形凹槽，螺旋形凹槽內(nèi)注有作為液態(tài)電感的液態(tài)金屬合金2；螺旋形凹槽內(nèi)、液態(tài)金屬合金2的上表面設(shè)有一層氧化物保形層4；氧化物保形層4的高度低于螺旋形凹槽上表面的高度。底層襯底1位于檢測(cè)電感的底部，起基座作用，氧化物保形層4的作用是保證液態(tài)金屬合金電感的機(jī)械穩(wěn)定性。

在本實(shí)施例中，底層襯底選用PDMS襯底，液態(tài)金屬合金2為液態(tài)共融鎵銦合金(EGaIn)，電感模具3為PDMS，氧化物保形層4為金屬氧化物，上層蓋片5為PDMS。

本實(shí)施例所述電感式溫度傳感器的制作過程如下：首先，制作SU-8陽(yáng)模，將PDMS樹脂和固化劑按體積比10：1的劑量配比，充分?jǐn)嚢?，真空抽氣取出所有氣泡，并澆注到成型的?yáng)模上，再次去除氣泡后，置于75℃烘箱中2h以上進(jìn)行固化。固化后將整片PDMS膜片揭下，按需要的形狀光刻出螺旋形凹槽作為微通道，使用空心針鉆孔作為流體進(jìn)出口，氮?dú)獯档魵堄嗉?xì)屑，即制備出PDMS電感模具3；其次，將電感模具3與另一片PDMS基片對(duì)準(zhǔn)貼合，置于80℃烘箱中1h，實(shí)現(xiàn)電感模具3與襯底基板的密封；再次注入液態(tài)金屬合金2材料，并在液態(tài)金屬合金2上表面生成氧化物保形層4；最后將作為上層蓋片5的膜片與電感模具3上表面進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)貼合，實(shí)現(xiàn)密封。

在本實(shí)施例中，電感由液態(tài)金屬合金2注入到微通道中形成，僅需要通過軟光刻以及快速成形的方法，流體電感的制作比傳統(tǒng)的微電感制作簡(jiǎn)單，液態(tài)金屬合金2采用共融鎵銦合金(EGaIn)，在室溫時(shí)是低粘度的液體，在注入微通道后其上表面形成氧化物保形層4使得液態(tài)金屬合金2在彈性通道內(nèi)保持機(jī)械穩(wěn)定性。因?yàn)槭且后w導(dǎo)電，機(jī)械特性和電感的形狀由彈性通道所決定，通道的材料是PDMS。PDMS材料隨溫度變化而會(huì)發(fā)生形變，進(jìn)而引起液態(tài)電感的形貌發(fā)生變化，從而可以改變其電感值。由于PDMS電感磨具可以忍受可逆的機(jī)械形變，因此可以反復(fù)測(cè)量溫度的變化值。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。