[发明专利]一种电感式温度传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于微电子机械系统工艺的温度传感器，尤其是一种电感式温度传感器及其制作方法。

背景技术

温度传感器是最早开发，应用广泛的一类传感器。温度传感器的种类繁多，其中多种传统温度传感器难与MEMS工艺兼容。MEMS温度传感器与传统传感器相比，具有体积小、重量轻的特点。应用于MEMS领域的传感器主要有电阻式温度传感器和电容式温度传感器，电阻式温度传感器的自加热效应常会影响其测量精度，而MEMS电容式温度传感器具有灵敏度高、动态响应时间短、热损耗极小等特点，但现存的较常见的电容式温度传感器是基于双金属效应的双层悬臂梁结构的电容式温度传感器，这种温度传感器输出电容与温度之间的非线性比较大，且加工工艺比较复杂，不但需要表面释放工艺，更需要硅与玻璃的键合工艺，传感器的成本较高。而电感式的温度传感器至今没有相关研究。

发明内容

发明目的：为解决上述技术问题，提供一种针对MEMS领域的、灵敏度高、响应较快且结构简单的电感式温度传感器，本发明提出一种电感式温度传感器及其制作方法。

技术方案：本发明提出的技术方案为：

一种电感式温度传感器，所述电感式温度传感器为三明治结构，包括：底层衬底1、上层盖片5和设置于底层衬底1和上层盖片5之间的检测电感；所述检测电感包括电感模具3，电感模具3上设有螺旋形凹槽，螺旋形凹槽内注有作为液态电感的液态金属合金2；螺旋形凹槽内、液态金属合金2的上表面设有一层氧化物保形层4；氧化物保形层4的高度低于螺旋形凹槽上表面的高度。将液态金属合金2注入到电感模具3中形成螺旋电感。液态金属合金2采用低黏度的液态合金，在室温下将液态金属合金2灌入到柔性电感模具中并在液态金属合金2上表面形成一层氧化物保形层4，液态金属合金2有着较高的表面性能，氧化物保形层4的存在可以保证电感模具3中的液态金属合金2的机械性能稳定。

本发明的特点是,无需机械研磨和刻蚀加工，仅通过柔性光刻技术以及快速成型的方法即可实现电感的加工。其工作原理为：当温度发生变化时，电感模具3的形状会由于热胀冷缩而发生变化，进而引起液态金属合金的形貌发生变化即引起电感值发生变化，从而实现温度测量功能。

进一步的，所述液态金属合金2为共融镓铟合金。

进一步的，所述底层衬底1、上层盖片5和电感模具3均由材料PDMS制成。PDMS(聚二甲基硅氧烷)是一种高分子有机硅化合物，具有光学透明，因其成本低，使用简单，同硅片之间具有良好的粘附性，而且具有良好的化学惰性等特点，广泛应用于生物MEMS微流控等领域。

进一步的，所述底层衬底1、上层盖片5和电感模具3均可由材料N-异丙基丙烯酰胺制成。

本发明还提出一种电感式温度传感器的制作方法，该方法包括以下步骤：

(1)首先，制作底层衬底1、上层盖片5和电感模具3的阳模；

(2)将PDMS树脂和固化剂按体积比10：1的剂量配比，充分搅拌，真空抽气取出所有气泡，并浇注到成型的阳模上，再次去除气泡后，置于75℃烘箱中2h以上进行固化；

(3)固化后将整片PDMS揭下，得到三张膜片；将其中一片按需要的形状光刻出螺旋形凹槽，使用空心针钻孔作为流体进出口，用氮气吹掉残余细屑，即制备出电感模具3；

(4)将电感模具3与另一片作为底层衬底1的PDMS膜片对准贴合，置于80℃烘箱中加热，实现底层衬底1与电感模具3底部密封；

(5)在电感模具3上的螺旋形凹槽中注入液态金属合金2，并在液态金属合金2上表面生成氧化物保形层4，氧化物保形层4的厚度为50nm～1μm；

(6)最后，将做为上层盖片5的膜片与电感模具3上表面进行对准贴合，实现密封。

衬底1、上层盖片5和电感模具3的制作还可以采用各向异性变形的膜材料如N-异丙基丙烯酰胺，这样形变的可控性更高。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：

1、结构简单，制作难度较低；

2、制作材料成本低、制作工艺简单、且成品敏感量大。

附图说明

图1为本发明实施例的结构图；

图2为本发明实施例中的检测电感的俯视图；

图中：1、底层衬底，2、液态金属合金，3、电感模具，4、氧化物保形层，5、上层盖片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。