一种高灵敏度柔性压力传感器及其制备方法与流程

本发明涉及压力传感器，尤其涉及一种高灵敏度柔性压力传感器及其制备方法。

背景技术：

1、压力传感器在汽车电子、生物医疗、航空航天、天然气领域有着广泛的应用前景。刚性压阻式压力传感器一种利用掺杂硅的压阻特性进行压力检测的器件。

2、天然气的开采过程中，若开采井内的压力过大，容易发生井喷，对于天然气的安全生产，需要有一种高灵敏度的压力传感器来检测开采井的井口处的压力变化，以便预防井喷。

3、而且在天然气的输送过程中，压力是关键指标之一，合理的气压能够保证天然气在管道中的流动性，使其能够顺利地到达用户。而过高或过低的气压可能导致管道破裂、泄露等安全事故的发生，进行天气然压力的准确检测是非常必要的。

4、刚性压阻式压力传感器受限于本身压阻系数小、器件刚度大的材料特性，其灵敏度已不能满足需要。

5、因此，亟需一种灵敏度高的柔性压力传感器。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的上述问题中的至少一部分问题，本发明提供一种高灵敏度柔性压力传感器，包括：

2、基底；

3、空腔，其位于所述基底的中部；

4、压力敏感单元，其位于所述空腔之上；

5、检测电极，其设置在所述基底的上表面，且所述检测电极部分被压力敏感单元覆盖。

6、进一步地，所述压力敏感单元为石墨烯/聚酰亚胺复合膜。

7、进一步地，所述检测电极包括：

8、电极焊盘；

9、多个引线，其与所述电极焊盘相连，其中多个所述引线的一部分被所述敏感单元覆盖。

10、进一步地，所述基底包括：

11、第一聚酰亚胺薄膜；

12、第二聚酰亚胺薄膜，其位于所述第一聚酰亚胺薄膜之上。

13、进一步地，所述空腔的深度位于所述第二聚酰亚胺薄膜中，且所述空腔的深度小于所述第二聚酰亚胺薄膜的厚度。

14、进一步地，所述压力敏感单元的厚度为0.5μm-2μm；和/或

15、所述电极焊盘的尺寸为，引线的尺寸为，厚度为100nm-200nm；和/或

16、所述空腔上方保留的第二聚酰亚胺薄膜的厚度为1μm -3μm；和/或

17、所述第一聚酰亚胺薄膜和/或所述第二聚酰亚胺薄膜的厚度为10μm-20μm。

18、本发明还提供一种高灵敏度柔性压力传感器的制备方法，包括：

19、在载体的表面形成第一聚酰亚胺薄膜；

20、在第一聚酰亚胺薄膜上形成金属种子层；

21、在种子层上布置光刻胶，并进行光刻显影，得到牺牲层图形；

22、在牺牲层图形中形成金属牺牲层，然后去除光刻胶；

23、在金属种子层和金属牺牲层上形成第二聚酰亚胺薄膜；

24、在第二聚酰亚胺薄膜上布置光刻胶，并进行光刻显影，得到电极图形；

25、在电极图形中布置金属，得到图案化的检测电极，然后去除光刻胶；

26、在第二聚酰亚胺薄膜上布置光刻胶，并进行光刻显影，在金属牺牲层的上方形成孔图形，同时去除了位于检测电极外围的光刻胶；

27、刻蚀暴露的第二聚酰亚胺薄膜，得到释放孔，且位于检测电极外围的第二聚酰亚胺薄膜被去除，露出金属种子层，然后去除光刻胶；

28、利用金属刻蚀液浸泡，将释放孔下方的金属牺牲层刻蚀，得到空腔，刻蚀暴露的金属种子层，露出第一聚酰亚胺薄膜；以及

29、使用水转印的方式将石墨烯/聚酰亚胺复合膜转移至第二聚酰亚胺薄膜和第一聚酰亚胺薄膜上。

30、进一步地，还包括：

31、在石墨烯/聚酰亚胺复合膜上布置光刻胶，进行光刻显影，得到石墨烯/聚酰亚胺复合膜的刻蚀掩膜；

32、对暴露的石墨烯/聚酰亚胺薄膜进行刻蚀，得到图形化后的石墨烯/聚酰亚胺复合膜，然后去除光刻胶，其中图形化后的石墨烯/聚酰亚胺复合膜位于空腔的上方，且覆盖检测电极的一部分；以及

33、将导线与检测电极进行焊接连接。

34、进一步地，其中使用水转印的方式将石墨烯/聚酰亚胺复合膜转移至第二聚酰亚胺薄膜和第一聚酰亚胺薄膜上包括：

35、在铜箔上的生长石墨烯，在石墨烯上形成一层聚酰亚胺，得到石墨烯/聚酰亚胺复合膜，复合膜结构为铜箔-石墨烯-聚酰亚胺；

36、将带有石墨烯/聚酰亚胺复合膜的铜箔转移到铜刻蚀液中，释放铜箔，从而得到石墨烯-聚酰亚胺复合膜；

37、将石墨烯/聚酰亚胺复合膜转移到去离子水中静置，石墨烯/聚酰亚胺复合膜自动铺平；

38、使用完成空腔制备的载体在去离子水中将复合膜捞起，然后进行退火。

39、进一步地，所述检测电极包括：

40、电极焊盘；

41、多个引线，其与所述电极焊盘相连，其中多个所述引线的一部分被石墨烯/聚酰亚胺薄膜覆盖。

42、本发明至少具有下列有益效果：（1）该传感器采用cvd生长的石墨烯薄膜作为压力敏感层，具有极高的灵敏度，可以精准检测天然气开采井的井口处或者天然气输送管道内的压力变化。（2）本发明的压力传感器的制备过程中基于铜牺牲层和释放孔的柔性空腔加工工艺，相较于传统利用激光进行局域开孔的方法，这种方法可以进行兼容mems工艺晶圆级加工，并行制造，成本低；（3）采用水转印cvd生长的石墨烯/聚酰亚胺复合膜并利用反应离子刻蚀图形化的方式，保证了石墨烯薄膜厚度足够薄的同时兼具大规模图形化石墨烯的加工方式，保证了传感器的灵敏度和生产良率。

技术特征：

1.一种高灵敏度柔性压力传感器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的高灵敏度柔性压力传感器，其特征在于，所述压力敏感单元为石墨烯/聚酰亚胺复合膜。

3.根据权利要求1所述的高灵敏度柔性压力传感器，其特征在于，所述检测电极包括：

4.根据权利要求3所述的高灵敏度柔性压力传感器，其特征在于，所述基底包括：

5.根据权利要求4所述的高灵敏度柔性压力传感器，其特征在于，所述空腔的深度位于所述第二聚酰亚胺薄膜中，且所述空腔的深度小于所述第二聚酰亚胺薄膜的厚度。

6.根据权利要求5所述的高灵敏度柔性压力传感器，其特征在于，所述压力敏感单元的厚度为0.5μm-2μm；和/或

7.一种高灵敏度柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的高灵敏度柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，还包括：

9.根据权利要求7所述的高灵敏度柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，其中使用水转印的方式将石墨烯/聚酰亚胺复合膜转移至第二聚酰亚胺薄膜和第一聚酰亚胺薄膜上包括：

10.根据权利要求8所述的高灵敏度柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述检测电极包括：

技术总结
本发明涉及一种高灵敏度柔性压力传感器及其制备方法，其中所述压力传感器包括：基底；空腔，其位于所述基底的中部；压力敏感单元，其位于所述空腔之上；检测电极，其设置在所述基底的上表面，且所述检测电极部分被压力敏感单元覆盖。所述压力敏感单元为石墨烯/聚酰亚胺复合膜。该传感器采用CVD生长的石墨烯薄膜作为压力敏感层，具有极高的灵敏度，可以精准检测天然气开采井的井口处或者天然气输送管道内的压力变化。

技术研发人员：郝正强,孙裕丰,季飞,郭龙德
受保护的技术使用者：辽宁意达石油工程有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23