本發(fā)明涉及海洋湍流探測領(lǐng)域，具體是一種MEMS湍流傳感器封裝方法。

背景技術(shù)：

隨著物理海洋學(xué)的迅速發(fā)展，人們已經(jīng)認(rèn)識到微尺度海洋湍流在諸如海洋內(nèi)部雙擴(kuò)散、內(nèi)波破碎、聲波的傳播等方面起了重要作用。探索海洋湍流，掌握海洋湍流知識對于人類理解海洋能量和物質(zhì)輸運(yùn)機(jī)制起著重要作用。2014年12月，中國科學(xué)院院士吳立新教授提出了“透明海洋”的概念，其中包含了對海洋湍流的精細(xì)觀測。

由于深海獨(dú)特的惡劣環(huán)境，海洋傳感器需要特別的封裝使其適應(yīng)這種環(huán)境。近年來，國內(nèi)許多人就海洋傳感器的封裝提出了許多方法，中北大學(xué)李振、張國軍等在文章“MEMS仿生矢量水聽器封裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計與研究”中提到一種利用透聲帽和硅油的封裝，通過聚氨酯材料制作的透聲帽阻擋海水和雜質(zhì)對靈敏頭的影響，并在透聲帽中灌入硅油保證電路絕緣。這種MEMS仿生壓阻式傳感器可以應(yīng)用到海洋湍流傳感領(lǐng)域，然而這種封裝結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是湍流空間分辨率受限于透聲帽的尺寸大小，且靈敏度也會受到透聲帽的影響而有所降低。

天津大學(xué)谷磊、劉玉紅等在文章“海洋剪切流傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計與試驗(yàn)”中提出的一維剪切流傳感器，其利用壓電陶瓷測量剪切力，前端有懸臂梁和探頭增加剪切力的敏感效果，通過鋼材料殼體保護(hù)壓電陶瓷和懸臂梁，利用橡膠將后端電路與海水隔離。德國的Hartmut Prandkeh、Klaus Pfeiffer等在“Shear Probe for Use in Operational Microstructure Measuring Systems”中也提到過這種結(jié)構(gòu)。然而，由于傳統(tǒng)精細(xì)加工及組裝方式極易破壞MEMS仿生壓阻式傳感器的微型十字梁結(jié)構(gòu)，這種封裝方式并不適用于MEMS仿生壓阻式傳感器。

由于以上封裝沒有完全解決MEMS仿生壓阻式傳感器在深海環(huán)境中的一系列問題。所以，設(shè)計傳感器的深?？煽啃苑庋b時，需要著重考慮其抗高壓性、抗腐蝕性和電絕緣性、防異物沖擊等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決MEMS湍流傳感器在工作過程中，海中泥沙和大顆粒雜質(zhì)對傳感器敏感部件的影響以及海水導(dǎo)電性和腐蝕性對整體結(jié)構(gòu)的影響等問題，提出Parylene薄膜淀積、保護(hù)罩、保護(hù)桿和中空殼體結(jié)合的保護(hù)方式。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種MEMS湍流傳感器，包括中空殼體，所述中空殼體側(cè)壁設(shè)置出水孔，所述中空殼體頂端內(nèi)安裝十字梁及纖毛；所述中空殼體頂端面均布設(shè)置保護(hù)桿；所述中空殼體頂端加蓋保護(hù)罩，所述纖毛穿出保護(hù)罩；該傳感器引線后保形均勻淀積parylene薄膜。

MEMS湍流傳感器封裝方法如下：

（1）、在中空殼體頂端內(nèi)安裝十字梁及纖毛；

（2）、在中空殼體頂端用UV膠粘連保護(hù)罩，再用紫外線將UV膠固化；

（3）、將傳感器引線后放入parylene薄膜淀積系統(tǒng)中，加入parylene顆粒到薄膜淀積系統(tǒng)的料槽中，開啟機(jī)器，經(jīng)過一段時間后，傳感器表面就淀積了一層致密parylene薄膜。

本發(fā)明針對深海探測應(yīng)用電絕緣、防腐蝕、耐高靜水壓、防碰撞、防泥沙堵塞等問題，湍流傳感器系統(tǒng)集成方案如上。在傳感器外保形淀積Parylene（派瑞林）薄膜，該薄膜既致密防水，又能加固纖毛與十字梁粘結(jié)強(qiáng)度。保護(hù)罩大大減小纖毛-十字梁結(jié)構(gòu)被碰撞幾率，對纖毛擺動起到限位作用，同時實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流作用，減少流噪聲。保護(hù)桿減小異物碰撞幾率，通過合理設(shè)計保護(hù)桿直徑和間距，盡量降低流噪聲，同時保護(hù)纖毛結(jié)構(gòu)。十字梁中空設(shè)計，這樣既導(dǎo)流又防泥沙堵塞。

本發(fā)明針對MEMS湍流傳感器在海中應(yīng)用可靠性封裝的技術(shù)瓶頸問題，提出Parylene薄膜淀積、保護(hù)罩、保護(hù)桿和中空殼體結(jié)合的保護(hù)方式，解決電絕緣、防腐蝕、耐高靜水壓、防碰撞、防泥沙堵塞等問題，適用于MEMS湍流傳感器的封裝。

附圖說明

圖1表示MEMS湍流傳感器的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2表示保護(hù)罩的斷面示意圖。

圖3表示纖毛穿過保護(hù)罩的示意圖。

圖4表示中空殼體的部分剖面示意圖。

圖5表示保護(hù)桿和出水孔的位置對應(yīng)示意圖。

圖6表示中空殼體及保護(hù)桿示意圖。

圖7表示中空殼體及保護(hù)桿俯視位置示意圖。

圖中，1-中空殼體，2-保護(hù)桿，3-保護(hù)罩，4-十字梁，5-纖毛，6-出水孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。

一種MEMS湍流傳感器，如圖1所示，包括中空殼體1，所述中空殼體1側(cè)壁設(shè)置出水孔6，所述中空殼體1頂端內(nèi)安裝十字梁4及纖毛5；所述中空殼體1頂端面均布設(shè)置保護(hù)桿2；所述中空殼體1頂端加蓋保護(hù)罩3，所述纖毛5穿出保護(hù)罩3，如圖3所示；該傳感器引線后保形均勻淀積parylene薄膜，進(jìn)行電絕緣和防腐蝕保護(hù)。

具體制作時，所述中空殼體1材料為316不銹鋼，整體結(jié)構(gòu)成中空桶形，可以將傳感器的十字梁和纖毛懸空固定在中空殼體頂端內(nèi)。中空殼體的作用在于從保護(hù)罩與纖毛空隙間流入的泥沙可以經(jīng)過中空殼體流出，不會堆積在十字梁結(jié)構(gòu)周圍；中空殼體底部四個出水孔不僅可以導(dǎo)流，而且可以有助于將中空殼體中的泥沙排出。中空殼體尺寸為：殼體長度為3cm，外徑為1cm，內(nèi)徑為4mm，殼體壁厚3mm，側(cè)壁同一高度設(shè)置有四個出水孔，出水孔的中心到殼體上端為1cm，出水孔的直徑為2mm，圖4所示。中空殼體的橫截面是個圓環(huán)，圓環(huán)寬度為3毫米，如圖所示6，在中空殼體的上表面距離圓環(huán)的圓心3.5毫米的位置上固定4個保護(hù)桿。保護(hù)桿的垂直位置與中空殼體中出水孔的垂直位置一致，保護(hù)桿2和出水孔6位置對應(yīng)，即保護(hù)桿2軸線與出水孔6軸線正交，與中空殼體的相對位置如圖所示5。保護(hù)桿由于其有一定的強(qiáng)度，可以防止大顆粒雜質(zhì)或海中生物對暴露出來的纖毛結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞。

所述中空殼體1頂端面均布4個保護(hù)桿2；所述保護(hù)桿2材料是316不銹鋼，其尺寸為：桿長1cm，直徑為2mm；保護(hù)桿投影面中心與中空殼體頂端面中心距離3.5mm，如圖7所示。

所述保護(hù)罩3材料為尼龍，通過3D打印技術(shù)或者精密成型技術(shù)對保護(hù)罩進(jìn)行加工，其下口外徑5mm，上口外徑1mm，壁厚500微米，如圖2所示。其作用是在保證不影響傳感器正常工作的前提下，盡可能防止海洋異物等對十字梁的破壞。

湍流傳感器的封裝方法如下：

（1）、在中空殼體1頂端內(nèi)安裝十字梁4及纖毛5；

（2）、在中空殼體4頂端用UV膠粘連保護(hù)罩3，再用紫外線將UV膠固化；

（3）、采用本實(shí)施例尺寸制作的傳感器引線后放入parylene薄膜淀積系統(tǒng)中，加入3.2克parylene顆粒到薄膜淀積系統(tǒng)的料槽中，開啟機(jī)器，經(jīng)過一段時間后，傳感器表面就淀積了一層2微米厚的致密parylene薄膜。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明采用中空殼體做傳感器的構(gòu)架平臺，可以防止泥沙在傳感器十字梁周圍的堆積；利用不銹鋼保護(hù)桿阻擋大顆粒雜質(zhì)對敏感結(jié)構(gòu)的破壞；利用尼龍保護(hù)罩對傳感器中十字梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)微的保護(hù)；通過保形均勻淀積parylene薄膜可以達(dá)到電絕緣和防腐蝕的效果。

最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋權(quán)利要求保護(hù)范圍中。