CN1789940A - 一种复合封装的箔式锰铜超高压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合封装的箔式锰铜超高压力传感器，它包括；锰铜压敏元件(2)、有机绝缘薄膜(3)和粘接剂(4)；其特征是它还包括无机绝缘薄膜(6)，无机绝缘薄膜(6)为氧化铝、氧化镁等无机材料，厚度是1～30μm。无机绝缘薄膜(6)位于锰铜压敏元件(2)的正反两面，通过粘接剂(4)使有机绝缘薄膜(3)粘贴在无机绝缘薄膜(6)的两面上。本发明的实质是在现有箔式锰铜压力传感器的基础上，增加了一层无机绝缘薄膜(6)，从而实现了无机/有机复合封装。它具有：结构简单、制造容易、对50GPa以上的压力可进行埋入式测量、精度高、应用面广泛等特点。

Description

一种复合封装的箔式锰铜超高压力传感器

技术领域

本发明属于电子材料与器件技术领域，它特别涉及锰铜压力传感器技术。

与锰铜压力传感器有关，尤其与超高压力传感器有关。

背景技术

众所周知，锰铜是一种主要成份为铜(84-87％)、锰(11-13％)、镍(2-3％)的三元合金，具有压阻效应。该合金在高压下不发生相变，原则上可测试100GPa以上的压力。但传感器的封装材料在高压下绝缘性能急剧下降，形成高压旁路效应，使传感器输出信号发生严重的衰减，限制了锰铜传感器量程上限的提高。因此，锰铜传感器量程的上限是由封装材料的高压绝缘性能决定。

1980年Journal of Applied Physics51卷4期1957-1962页和Review ofScientific Instrument51卷1期116-122页报道了一种单封装的箔式锰铜压力传感器(如图1所示)。该种传感器采用锰铜合金箔作为力敏元件，聚四氟乙烯薄膜(PTFE)作为封装材料。该种传感器以埋入式模式工作，量程上限由聚四氟乙烯的高压绝缘性能决定，约为50GPa。

为提高锰铜传感器的量程上限，专利号为ZL 01107159.1的专利公开了一种单封装的薄膜式锰铜压力传感器(如图2所示)。该种传感器以氧化铝、氧化镁等无机绝缘材料作为传感器的封装材料，利用薄膜技术，首先在无机基板上沉积锰铜薄膜，然后再在锰铜薄膜上沉积无机绝缘薄膜，从而使锰铜敏感元件包封在无机绝缘材料之中。由于氧化铝、氧化镁等无机绝缘材料具有比聚四氟乙烯更好的高压绝缘性能，用其作锰铜传感器的封装材料，成功地将量程上限提高到100GPa以上。但该种传感器厚度太厚，不能采用埋入式测量，而只能以后置式模式——即应力非平衡模式工作。该种模式要求待测材料的冲击力学常数必须是已知值，否则压力无法标定，因此该种传感器的应用范围非常有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合封装的箔式锰铜超高压力传感器，它具有：结构简单、制造容易、对50GPa以上的压力可进行埋入式测量、精度高、应用面广泛等特点。

本发明提供的一种复合封装的箔式锰铜超高压力传感器(如图3所示)，它包括：锰铜压敏元件2、有机绝缘薄膜3和粘接剂4；锰铜压敏元件2由锰铜合金箔8和铜电极9构成(如图4所示)；其特征是它还包括无机绝缘薄膜6，无机绝缘薄膜6为氧化铝、氧化镁等无机材料，厚度是1～30μm；无机绝缘薄膜6位于锰铜压敏元件2的正反两面，通过粘接剂4使有机绝缘薄膜3粘贴在无机绝缘薄膜6的两面上。

需要说明的是，

本发明所说的复合封装，系采用无机、有机两种封装材料，其中无机材料位于内层，有机材料位于外层；

无机绝缘薄膜6可以用常用的薄膜制备方法沉积在锰铜压敏元件2的正反两面上，可采用的方法包括：电子束蒸发、射频溅射、反应溅射、离子镀、等离子体喷涂、激光蒸发等；

有机绝缘薄膜3优选聚四氟乙烯(厚度为10～250μm)，也可采用聚酰亚胺(PI)等其他有机材料；

有机绝缘薄膜3的封装方法采用热压封装；

粘接剂4可以用全氟化乙丙烯薄膜(FEP)封装；也可用简单的胶粘的办法封装，粘接剂4用树脂。

采用现有的方法制备锰铜压敏元件2：

首先将锰铜箔8刻蚀出图形，然后加上电极9制成压敏元件2，电极为铜，可采用锰铜箔与铜箔焊接的办法，也可采用在锰铜箔的引线部位镀上铜膜的办法，铜膜厚1-10μm。

本发明的实质是在现有箔式锰铜压力传感器的基础上，增加了一层无机绝缘薄膜6，从而实现了无机/有机复合封装。

本发明有如下优点：

本发明增加了无机封装层——无机绝缘薄膜6，由于无机材料能耐更高的压力，并且无机绝缘薄膜6它将锰铜压敏元件2与有机材料3和4完全隔离开来，从根本上杜绝了有机材料的高压旁路效应，使得传感器的量程上限从50Gpa可以提高到了100GPa以上；

另外，本发明的外层封装为有机包封，具有一定的柔性，使用方便；

最后，本发明提供的传感器保留了箔式结构，与现有的薄膜式结构相比，本发明没有无机基板，从而使得本发明的传感器的厚度得以大大减薄，因而本发明具有箔式结构传感器的可进行埋入式测量、定标容易、适用范围广的优点。

附图说明

图1为现有的箔式结构锰铜压力传感器的结构示意图

其中1是待测材料，2是锰铜压敏元件，3是有机绝缘薄膜，4是粘接剂；

图2为现有的薄膜式锰铜压力传感器的剖面结构示意图

其中1是待测材料，2是锰铜压敏元件，4是粘接剂，5是无机基板，6是无机绝缘薄膜，7是后置件；

图3为本发明的结构剖面示意图

其中2是锰铜压敏元件，3是有机绝缘薄膜，4是粘接剂，6是无机绝缘薄膜；

图4为锰铜压敏元件的剖面结构示意图

其中8是锰铜合金箔，9是铜电极；

图5为本发明传感器记录下的典型冲击波瞬态压力波形图

其中，横坐标是时间，纵坐标是电平。

具体实施方式

选用28μm的锰铜箔8，首先用光刻法将其刻蚀成H形的图案。然后用磁控溅射法在锰铜箔的引线部位(图4中的阴影部分)的正反两面沉积铜薄膜9，膜厚2-5μm。锰铜箔与引线构成压敏元件2。接着用电子束蒸发法在压敏元件2的正反两面沉积氧化铝薄膜6，膜厚2-8μm。最后再将镀有氧化铝薄膜的压敏元件夹在两片聚四氟乙烯薄膜3中间，用稀薄的粘接剂4将其粘接起来，聚四氟乙烯薄膜厚250μm。

本具体实施例中的传感器记录下的完整的冲击波压力的瞬态波形图如图5所示，待侧材料为氧化铝陶瓷，压力为56.1GPa。图5中压阻信号完整，没有明显的衰减。传感器的寿命在1μs左右，完整地记录下了加载和卸载的全过程。从图5中可知，本发明的复合封装的箔式锰铜压力传感器具有量程上限高、可埋入式测量、定标容易、适用范围广的优点。

Claims (3)

1、一种复合封装的箔式锰铜超高压力传感器，它包括：锰铜压敏元件(2)、有机绝缘薄膜(3)和粘接剂(4)，锰铜压敏元件(2)由锰铜合金箔(8)和铜电极(9)构成；其特征是它还包括无机绝缘薄膜(6)，无机绝缘薄膜(6)可以是氧化铝、氧化镁等材料，无机绝缘薄膜(6)的厚度是1～30μm；无机绝缘薄膜(6)位于锰铜压敏元件(2)的正反两面，通过粘接剂(4)使有机绝缘薄膜(3)粘贴在无机绝缘薄膜(6)的两面上。

2、根据权利要求1所述的一种复合封装的箔式锰铜超高压力传感器，其特征是所述的有机绝缘薄膜(3)采用聚四氟乙烯，也可采用聚酰亚胺等其他有机材料；有机绝缘薄膜(3)的厚度为10～250μm。

3、根据权利要求1所述的一种复合封装的箔式锰铜超高压力传感器，其特征是所述的粘接剂(4)可以采用全氟化乙丙烯薄膜(FEP)，也可以采用树脂。

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