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申请/专利权人：中北大学

摘要：本发明涉及薄膜应变传感器，具体是一种四应变缝隙四电阻栅式薄膜应变传感器及其制备方法。本发明解决了现有薄膜应变传感器在应用于低应变或微应变测量环境时应变偏小、灵敏度和线性度偏低的问题。一种四应变缝隙四电阻栅式薄膜应变传感器，包括H形金属基底、矩形过渡膜层、矩形绝缘膜层、四个镍铬薄膜电阻栅；其中，矩形过渡膜层沉积于H形金属基底的上表面中部；矩形绝缘膜层沉积于矩形过渡膜层的上表面，且矩形绝缘膜层的表面贯通开设有四道呈十字形分布的应变缝隙；四道应变缝隙的首端均封闭；四道应变缝隙的尾端一一对应地贯通矩形绝缘膜层的四个端面中部。本发明适用于切削加工中的切削力测量。

主权项：1.一种四应变缝隙四电阻栅式薄膜应变传感器的制备方法，其特征在于：该方法用于制备一种四应变缝隙四电阻栅式薄膜应变传感器，该传感器包括H形金属基底（1）、矩形过渡膜层（2）、矩形绝缘膜层（3）、四个镍铬薄膜电阻栅（4）；其中，矩形过渡膜层（2）沉积于H形金属基底（1）的上表面中部；矩形绝缘膜层（3）沉积于矩形过渡膜层（2）的上表面，且矩形绝缘膜层（3）的表面贯通开设有四道呈十字形分布的应变缝隙（5）；四道应变缝隙（5）的首端均封闭；四道应变缝隙（5）的尾端一一对应地贯通矩形绝缘膜层（3）的四个端面中部；四个镍铬薄膜电阻栅（4）均沉积于矩形绝缘膜层（3）的上表面，且四个镍铬薄膜电阻栅（4）呈十字形分布；四个镍铬薄膜电阻栅（4）一一对应地位于四道应变缝隙（5）的上方，且四个镍铬薄膜电阻栅（4）通过导线共同连接构成惠斯通电桥电路；H形金属基底（1）采用304不锈钢或铜或铝制成，其厚度为0.5mm~1mm；矩形过渡膜层（2）采用氮化钛或氮化铝或氧化铝制成，其厚度为500nm~800nm；矩形绝缘膜层（3）采用氮化硅或二氧化硅制成，其厚度为200nm~300nm；四个镍铬薄膜电阻栅（4）的厚度均为800nm~1000nm；每个镍铬薄膜电阻栅（4）均包括二十九根长栅和二十八根短栅；每根长栅的长度均为4mm、宽度均为0.1mm、电阻值均为55Ω；每根短栅的长度均为0.4mm、宽度均为0.4mm、电阻值均为1.375Ω；该方法是采用如下步骤实现的：步骤一：分别制作金属掩膜版A和金属掩膜版B；所述金属掩膜版A包括矩形版体A（601）；矩形版体A（601）的下表面边缘延伸设置有两个呈前后对称分布的条形定位凸台A（602）；矩形版体A（601）的表面中部贯通开设有矩形窗口（603）；矩形窗口（603）的四个壁面中部各延伸设置有一根悬臂梁（604），且四根悬臂梁（604）呈十字形分布；所述金属掩膜版B包括矩形版体B（701）；矩形版体B（701）的下表面边缘延伸设置有两个呈前后对称分布的条形定位凸台B（702）；矩形版体B（701）的表面中部贯通开设有四个呈十字形分布的条形窗口（703）；步骤二：选取H形金属基底（1），并对H形金属基底（1）进行清洗；步骤三：在H形金属基底（1）的上表面中部沉积矩形过渡膜层（2），由此得到双层复合结构；步骤四：将金属掩膜版A置于双层复合结构的上方，一方面使得两个条形定位凸台A（602）分别镶嵌于H形金属基底（1）的两个豁口内，另一方面使得矩形过渡膜层（2）通过矩形窗口（603）暴露出来；然后，在矩形过渡膜层（2）的上表面沉积矩形绝缘膜层（3），由此得到三层复合结构；在沉积过程中，由于四根悬臂梁（604）的遮挡，使得矩形绝缘膜层（3）的表面形成四道呈十字形分布的应变缝隙（5）；步骤五：将金属掩膜版A从三层复合结构的上方移走，使得四道应变缝隙（5）暴露出来；步骤六：将金属掩膜版B置于三层复合结构的上方，一方面使得两个条形定位凸台B（702）分别镶嵌于H形金属基底（1）的两个豁口内，另一方面使得四道应变缝隙（5）一一对应地通过四个条形窗口（703）暴露出来；然后，在四道应变缝隙（5）内一一对应地沉积四个条形牺牲膜层（8），由此得到带有牺牲膜层的三层复合结构；步骤七：将金属掩膜版B从带有牺牲膜层的三层复合结构的上方移走，使得四个条形牺牲膜层（8）暴露出来；步骤八：在矩形绝缘膜层（3）的上表面和四个条形牺牲膜层（8）的上表面沉积镍铬敏感膜层，并采用光刻工艺和离子束刻蚀工艺将镍铬敏感膜层刻蚀成为四个镍铬薄膜电阻栅（4）；步骤九：采用湿法刻蚀工艺去除四个条形牺牲膜层（8），由此制得一种四应变缝隙四电阻栅式薄膜应变传感器；金属掩膜版A的厚度、金属掩膜版B的厚度均为1mm~2mm；四个条形牺牲膜层（8）均采用锡或硅或铝制成，其厚度均为200nm~300nm；镍铬敏感膜层的厚度为800nm~1000nm。

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