CN1303005A - 薄膜式锰铜超高压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明为薄膜式锰铜超高压力传感器,无机绝缘材料基板1上有沉积的锰铜薄膜2和电极3,锰铜薄膜2和电极3上覆盖有无机绝缘薄膜4。锰铜簿膜2可用掩模或光刻方法刻蚀出图形,直接覆盖于基板上或电极上。电极3为铜或复合金属薄膜,厚度为1—10μm。基板1和无机绝缘薄膜4的材料为氧化铝或氧化镁或熔融石英。绝缘薄膜4的厚度为3—20μm。锰铜薄膜2、电极3和无机绝缘薄膜4用磁控溅射或射频溅射或离子束溅射或激光蒸发或电子束蒸发方法来沉积。本发明结构简单,制造容易。能对50Gpa以上的压力进行精确地测量,响应快。

Description

薄膜式锰铜超高压力传感器

本发明与锰铜压力传感器有关，尤其与超高压力传感器有关。

锰铜足一种三元合金，主要成份为锰10-15％，镍0-4％，其余为铜。锰铜合金具有压阻效应，在高压下不发生相变。锰铜传感器原则上可测试很高的压力，但其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，影响准确性。因此，锰铜传感器的量程由其封装材料决定，目前常用的封装材料是有机材料，即使采用无机绝缘材料封装，也必需使用有机粘结剂。相应的封装方法有二种，一种是树脂灌封，由于树脂的高压绝缘性能差，并且它又与锰铜元件直接接触，因此无论用何种绝缘材料，这种传感器的最大量程为20GPa。另一种是PTFE热压封装，它使用聚四氟乙烯薄膜作绝缘材料，全氟化乙丙烯薄膜作粘结剂，通过加热加压，使这些材料键合成一个整体。这种结构的传感器的最大量程为50GPa。

另一方面，目前的传感器多为在位式结构，即在测试时，将传感器夹在待测材料中间。由于传感器的封装材料与待测材料的冲击阻抗不匹配，冲击波会在传感器的前后两个界面间来回反射直至应力达到平衡。因此，在位式传感器的响应时间较慢，最快的仅能达到50ns左右，无法满足快脉冲应力，如猛炸药、高能激光辐射的压力测试要求。

本发明的目的是提供一种结构简单，制造容易，对50GPa以上的压力进行精确地测量，响应快，能满足快脉冲的压力测试要求的薄膜式锰铜超高压力传感器。

本发明是这样实现的：

薄膜式锰铜超高压力传感器，其无机绝缘材料基板1上有沉积的锰铜薄膜2和电极3，锰铜薄膜2和电极3上覆盖有无机绝缘薄膜4。

传感器的锰铜薄膜2可用掩模或光刻方法刻蚀出图形，直接覆盖于基板上或电极上。

传感器的电极3为铜或复合金属薄膜，厚度为1-10μm。

传感器的电极3为四引线单端引出的π形结构或两端引出的H形结构，直接覆盖于基板或锰铜薄膜上。

传感器的基板1和绝缘薄膜4的材料为氧化铝或氧化镁或熔融石英。

传感器的绝缘薄膜4的厚度为3-20μm。

传感器的锰铜薄膜2、电极3和无机绝缘薄膜4用磁控溅射或射频溅射或离子束溅射或激光蒸发或电子束蒸发方法来沉积。

传感器的基板1的非覆盖面粘结有待测件5，覆盖薄膜面粘结有后置件6，后置件的厚度大于5mm。

传感器的后置件的材料与基板材料相同或是与基板冲击阻抗相近的材料。

传感器的制造方法，首先用溅射法在无机绝缘基板1上沉积锰铜薄膜2和电极3，然后再用溅射或蒸发法覆盖一层无机绝缘薄膜4。

本发明有如下优点：

本发明的锰铜薄膜和电极采用薄膜工艺沉积于基板，结构简单，制造容易。采用无机绝缘薄膜封装，工艺简单，传感器敏感元件不与树脂等高压绝缘性能差的材料直接接触，从根本上消除了高压旁路效应，本发明的传感器可保证在3-5％的情况下，精确地测试150GPa以下的压力，将现有的传感器的高压测试上限上推了3倍。由于采用了后置式结构，避免了冲击波的反射，因而传感器有极快的响应，信号的上升时间通常为20-40ns。本发明的方法工艺简单，保证了传感器的上述优良性能的实现。

如下是本发明的附图：

图1为本发明的电极结构图。

图2为本发明的剖视图。

图3为本发明的后置式结构图。

图4为本发明传感器记录下的典型冲击波瞬态压力波形图。

如下是本发明的实施例：

在氧化铝基板1上用磁控溅射的方法依次沉积锰铜薄膜2和铜电极3(如需增加导电性，可采用Ag/Cu复合电极)。锰铜薄膜2为直条形，尺寸为5×1mm，厚1-5μm。铜电极为四端引线π形，厚2-8μm。然后用电子束蒸发法覆盖上3-20μm厚的氧化铝薄膜4，制备氧化铝薄膜的蒸发材料采用与基板相同的材料。传感器采用后置式结构，即将基板非覆盖面置于待测材料的后面，并在其覆盖面上垫上后置件。后置件也采用与基板相同的氧化铝陶瓷，厚6-10mm。传感器的两侧涂有稀薄的树脂层，以使它与待测材料和后置件固定。

本例的传感器记录下的完整的冲击波压力的瞬态波形如图4所示，待测材料为铜，压力为107.24GPa。图中压阻信号出现一个良好的平台，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。

Claims (10)

1、薄膜式锰铜超高压力传感器，其特征在于无机绝缘材料基板(1)上有沉积的锰铜薄膜(2)和电极(3)，锰铜薄膜(2)和电极(3)上覆盖有无机绝缘薄膜(4)。

2、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于锰铜薄膜(2)可由掩模或光刻方法刻蚀出图形，直接覆盖于基板上或电极上。

3、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于电极(3)为铜或复合金属薄膜，厚度为1-10μm。

4、根据权利要求3所述的传感器，其特征在于电极(3)为四引线单端引出的π形结构或两端引出的H形结构，直接覆盖于基板或锰铜薄膜上。

5、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于基板(1)和薄膜(4)的材料为氧化铝或氧化镁或熔融石英。

6、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于绝缘薄膜(4)的厚度为3-20μm。

7、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于锰铜薄膜(2)、电极(3)和无机绝缘薄膜(4)用磁控溅射或射频溅射或离子束溅射或激光蒸发或电子束蒸发方法来沉积。

8、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于基板(1)的非覆盖面粘结有待测件(5)，覆盖薄膜面粘结有后置件(6)，后置件的厚度大于5mm。

9、根据权利要求8所述的传感器，其特征在于后置件(6)的材料与基板(1)材料相同或是与基板冲击阻抗相近的材料。

10、根据权利要求1所述的传感器的制造方法，其特征在于首先用溅射法在无机绝缘基板(1)上沉积锰铜薄膜(2)和电极(3)，然后再用溅射或蒸发法覆盖一层无机绝缘薄膜(4)。

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