柔性壓敏傳感器不僅具有普通壓敏傳感器的特點(diǎn)，還具有良好的柔韌性，可以自由彎曲甚至折疊，尤其是柔性陣列壓敏傳感器能夠方便地對復(fù)雜表面形狀的零部件進(jìn)行檢測，在機(jī)器人、生物力學(xué)、醫(yī)學(xué)測量等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

背景技術(shù)：

在柔性傳感器的制作方面，目前技術(shù)存在兩個問題。

第一，專利《碳納米管/聚合物復(fù)合膜陣列式柔性力敏傳感器及制法：中國，zl201010260505.3.（中國專利授權(quán)號）》中提到材料是由碳納米管和聚二甲基硅氧烷直接混合固化而成，固化溫度在800k以下，在此溫度以下碳納米管長度隨溫度的上升而收縮，聚二甲基硅氧烷體積隨溫度的上升而膨脹。在加熱固化過程中，表面出現(xiàn)碳納米管與聚二甲基硅氧烷分離的現(xiàn)象，即表面是一層絕緣的聚二甲基硅氧烷，這種材料既不能直接作導(dǎo)線，也不能直接作電阻使用。

第二，利用半導(dǎo)體制作工藝制作大面積的柔性陣列壓敏傳感器，工藝復(fù)雜，制作相當(dāng)麻煩。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，發(fā)明了一種方法簡單而又實(shí)用的制作方法，即柔性陣列壓敏傳感器的絲網(wǎng)印刷制作方法，利用此方法制作的柔性陣列壓敏傳感器具有一致性較好、制作工藝簡單等特點(diǎn)，特別適合制作大面積的柔性陣列壓敏傳感器。

一種柔性陣列壓敏傳感器的制作方法，包括以下步驟。

1、油墨的制備。把碳納米管與納米石墨粉混合，稱為碳納米管粉混合物，比例為1:(0.1-20)，加入適量的納米分散劑，放入超聲波清洗機(jī)中振蕩。然后把分散好的碳納米管粉混合物加入到聚二甲基硅氧烷中后繼續(xù)在超聲波清洗機(jī)中振蕩，然后加入一定比例的固化劑，在超聲波清洗機(jī)中繼續(xù)振蕩，一定時(shí)間后，比例不同的碳納米管粉混合物與聚二甲基硅氧烷混合分別制成柔性壓敏電阻油墨和柔性導(dǎo)線油墨。柔性壓敏電阻油墨中碳納米管粉混合物與聚二甲基硅氧烷的比例為(0.01-0.3):1，柔性導(dǎo)線油墨中碳納米管粉混合物與聚二甲基硅氧烷比例為(0.1-0.9):1。聚二甲基硅氧烷中加入適量的固化劑制成用于制作傳感器基板和蓋板的保護(hù)層油墨。

2、膠片的獲得。由激光打印機(jī)打印完成，打印紙采用硫酸紙或透明膠片。利用這種方法分別設(shè)計(jì)五個圖案的膠片，第一個膠片圖案是傳感器水平導(dǎo)線設(shè)計(jì)圖，即相互平行的電阻引線圖，如圖1。第二個膠片的圖案是傳感器豎直導(dǎo)線設(shè)計(jì)圖，即相互平行并與圖1中導(dǎo)線垂直的電阻引線圖，如圖2，第三個膠片的圖案是傳感器壓敏電阻設(shè)計(jì)圖，即由若干個圓形圖構(gòu)成的陣列結(jié)構(gòu)圖，圓形圖的直徑大于第一和第二個膠片平行線的線徑，陣列的行間距與第一個膠片的線與線之間的行間距相同，陣列的列間距與第二個膠片的線與線之間的列間距相同，如圖3。第四個膠片圖案是傳感器基板設(shè)計(jì)圖，傳感器基板指的是承載所有平行導(dǎo)線和壓敏電阻的最底層的聚二甲基硅氧烷層，如圖4。第五個膠片圖案是傳感器蓋板設(shè)計(jì)圖，傳感器蓋板指的是所有導(dǎo)線和壓敏電阻的頂層聚二甲基硅氧烷保護(hù)層，如圖5。

3、絲網(wǎng)網(wǎng)版的制作。選一個網(wǎng)框和網(wǎng)紗，用拉網(wǎng)機(jī)拉好，用粘網(wǎng)膠粘住，用除油劑把網(wǎng)紗處理干凈，得到由網(wǎng)框（1）和網(wǎng)紗（2）構(gòu)成的空網(wǎng)版，如圖6。

絲網(wǎng)網(wǎng)版的制作方法有五種。

方法一，利用上漿器把感光膠均勻地涂在已經(jīng)拉好的空的網(wǎng)版上，烘干后得到未曝光的網(wǎng)版，重復(fù)上面步驟，制作五塊相同的未曝光的網(wǎng)版。將上面的五個不同的膠片分別放在五個絲網(wǎng)網(wǎng)版下面，然后放在曝光箱上進(jìn)行曝光，曝光后利用水槍噴洗已經(jīng)曝光的網(wǎng)版，將未感光的部分用水沖掉（3），感光的部分留在網(wǎng)紗上（4），等圖形完全出現(xiàn)后烘干網(wǎng)版，得到五個印刷網(wǎng)版，如圖7、圖8、圖9、圖10、圖11。

方法二，五個膠片分別與五張水菲林合在一起在曝光箱上進(jìn)行曝光，將曝光后的五張水菲林放在顯影液中一分鐘，用蓮蓬式噴頭沖洗至圖案完全顯現(xiàn)，將顯影后的五張水菲林分別貼于五個空網(wǎng)版上，用吸水器吸干水份。干燥后將上面的透明膠紙揭去得五個印刷網(wǎng)版，如圖7、圖8、圖9、圖10、圖11。

方法三，把五個空的網(wǎng)版用水潤濕，直接把五張水菲林分別貼到五個空網(wǎng)版上，然后用吸水器吸干水份。干燥后將上面的透明膠紙揭去，五個膠片分別與粘貼好水菲林的五個網(wǎng)版在一起進(jìn)行曝光，利用水槍噴灑水，沖洗至圖案完全顯現(xiàn)，然后烘干得五個印刷網(wǎng)版，如圖7、圖8、圖9、圖10、圖11。

方法四，用小型平頭毛筆蘸明膠、乳劑進(jìn)行描涂上面五個膠片上的圖案，堵塞不需漏墨的網(wǎng)孔，可制成五個印刷網(wǎng)版，如圖7、圖8、圖9、圖10、圖11。

方法五，在剛性材料上進(jìn)行刻蝕或雕刻，按照五個膠片圖形進(jìn)行雕刻，需要印刷的部分刻蝕或雕刻出孔，用這種方法可得所需的五個印刷網(wǎng)版，如圖7、圖8、圖9、圖10、圖11。

4、印刷。在柔性載體上用保護(hù)層油墨和傳感器基板印刷網(wǎng)版進(jìn)行印刷，烘干后形成基板（5），如圖12。在基板上用柔性導(dǎo)線油墨和傳感器水平導(dǎo)線印刷網(wǎng)版進(jìn)行印刷，烘干后形成一組平行導(dǎo)線（6），如圖13。在平行導(dǎo)線上用柔性壓敏電阻油墨和傳感器壓敏電阻印刷網(wǎng)版進(jìn)行印刷，形成壓敏電阻層（7），如圖14。經(jīng)過壓敏電阻，用柔性導(dǎo)線油墨和傳感器豎直導(dǎo)線印刷網(wǎng)版進(jìn)行印刷，形成一組列平行的導(dǎo)線（8）。如圖15。在此基礎(chǔ)上用保護(hù)層油墨和傳感器蓋板印刷網(wǎng)版進(jìn)行印刷，烘干后形成蓋板（10），如圖16。

附圖說明

圖1：傳感器水平導(dǎo)線膠片設(shè)計(jì)圖。

圖2：傳感器豎直導(dǎo)線膠片設(shè)計(jì)圖。

圖3：傳感器壓敏電阻膠片設(shè)計(jì)圖。

圖4：傳感器基板膠片設(shè)計(jì)圖。

圖5：傳感器蓋板膠片設(shè)計(jì)圖。

圖6：網(wǎng)框和網(wǎng)紗構(gòu)成的空的網(wǎng)版圖。

圖7：傳感器水平導(dǎo)線印刷網(wǎng)版圖。

圖8：傳感器豎直導(dǎo)線印刷網(wǎng)版圖。

圖9：傳感器壓敏電阻印刷網(wǎng)版圖。

圖10：傳感器基板印刷網(wǎng)版圖。

圖11：傳感器蓋板印刷網(wǎng)版圖。

圖12：傳感器基板印刷圖。

圖13：傳感器水平導(dǎo)線印刷圖。

圖14：傳感器壓敏電阻印刷圖。

圖15：傳感器豎直導(dǎo)線印刷圖。

圖16：傳感器蓋板印刷圖。

具體實(shí)施方式

1、油墨的制備。碳納米管粉混合物與聚二甲基硅氧烷均勻混合后，加熱固化過程中不會出現(xiàn)碳納米管粉混合物與聚二甲基硅氧烷分離的現(xiàn)象，采用碳納米管和納米石墨粉的混合比例為1:1，總量選200克，加入一定量的納米分散劑，放入超聲波清洗機(jī)中振蕩1小時(shí)，在此基礎(chǔ)上根據(jù)加入聚二甲基硅氧烷的量可分別制成用于導(dǎo)線制作的柔性導(dǎo)線油墨和用于壓敏電阻制作的柔性壓敏電阻油墨。碳納米管粉混合物200克中選擇100克用于制作柔性導(dǎo)線油墨，另外100克用于制作柔性壓敏電阻油墨。100克碳納米管粉混合物中加入500克聚二甲基硅氧烷，再加適量固化劑均勻攪拌，并超聲波清洗機(jī)中振蕩1小時(shí)，就會制成柔性導(dǎo)線油墨。100克碳納米管粉混合物中加入1500克聚二甲基硅氧烷，再加適量的固化劑均勻攪拌，并超聲波清洗機(jī)中振蕩1小時(shí)，就會形成柔性壓敏電阻油墨，柔性壓敏電阻的阻值與碳納米管粉混合物與聚二甲基硅氧烷的混合比例有關(guān)，碳納米管粉混合物加入越多電阻阻值越小。固化后的柔性壓敏電阻彈性系數(shù)與加入固化劑的量的大小有關(guān)，固化劑加入越多彈性系數(shù)越大。聚二甲基硅氧烷中加入適量的固化劑就制成用于制作傳感器基板和蓋板的保護(hù)層油墨。

2、膠片的獲得。由激光打印機(jī)打印完成，打印紙采用硫酸紙或透明膠片。利用這種方法分別設(shè)計(jì)五個圖案的膠片，第一個膠片圖案是傳感器水平導(dǎo)線設(shè)計(jì)圖，即相互平行的電阻引線圖，如圖1。第二個膠片的圖案是傳感器豎直導(dǎo)線設(shè)計(jì)圖，即相互平行并與圖1中導(dǎo)線垂直的電阻引線圖，如圖2，第三個膠片的圖案是傳感器壓敏電阻設(shè)計(jì)圖，即由若干個圓形圖構(gòu)成的陣列結(jié)構(gòu)圖，圓形圖的直徑大于第一和第二個膠片平行線的線徑，陣列的行間距與第一個膠片的線與線之間的行間距相同，陣列的列間距與第二個膠片的線與線之間的列間距相同，如圖3。第四個膠片圖案是傳感器基板設(shè)計(jì)圖，傳感器基板指的是承載所有平行導(dǎo)線和壓敏電阻的最底層的聚二甲基硅氧烷層，如圖4。第五個膠片圖案是傳感器蓋板設(shè)計(jì)圖，傳感器蓋板指的是所有導(dǎo)線和壓敏電阻的頂層聚二甲基硅氧烷保護(hù)層，如圖5。

3、選擇任何一種絲網(wǎng)制版方法進(jìn)行制版。如采用上面說的第三種方法，選一個網(wǎng)框和網(wǎng)紗，用拉網(wǎng)機(jī)拉好，用粘網(wǎng)膠粘住，利用除油劑把網(wǎng)紗處理干凈，這樣可以得到網(wǎng)框和網(wǎng)紗構(gòu)成的空的網(wǎng)版，如圖6，利用這種方法制作五個空的網(wǎng)版，選擇其中四個空的網(wǎng)版分別來制作印刷基板、蓋板、水平導(dǎo)線、豎直導(dǎo)線用的網(wǎng)版。把上面四個空的網(wǎng)版用水潤濕，直接把四張水菲林分別貼放到空的網(wǎng)版上，然后用吸水器吸干水份。干燥后將上面的透明膠紙揭去，利用已經(jīng)設(shè)計(jì)好的基板、蓋板、水平導(dǎo)線、豎直導(dǎo)線的膠片分別與粘貼好水菲林的四個網(wǎng)版在一起進(jìn)行曝光，利用水槍噴灑水，沖洗至圖案完全清晰，然后烘干就得到所需要的四個網(wǎng)版。如圖7、圖8、圖10、圖11。另一個空的網(wǎng)版用于制作傳感器壓敏電阻印刷網(wǎng)版，要求制成的網(wǎng)版的厚度與壓敏電阻設(shè)計(jì)的厚度一致，這樣才能保證印刷出來的電阻的厚度與設(shè)計(jì)的厚度一樣，為達(dá)到此目的先用水潤濕空網(wǎng)版，把一張水菲林貼到空的網(wǎng)版上，然后用吸水器吸干水份。干燥后將上面的透明膠紙揭去，再用水潤濕網(wǎng)版，把相同規(guī)格的第二張水菲林貼上去，然后用吸水器吸干水份。干燥后將上面的透明膠紙揭去，重復(fù)以上步驟，直至網(wǎng)版厚度達(dá)到壓敏電阻的設(shè)計(jì)要求。之后，傳感器壓敏電阻膠片與粘貼好水菲林的網(wǎng)版在一起進(jìn)行曝光，利用水槍噴灑水，沖洗至圖案完全清晰顯現(xiàn)出來，然后烘干就得傳感器壓敏電阻印刷網(wǎng)版，如圖9。

4、選一個網(wǎng)框和一個柔性載體，選擇柔性布作為柔性載體，用拉網(wǎng)機(jī)拉好，在桌面上把拉好的柔性布固定好，在布的上面用傳感器基板印刷網(wǎng)版壓好，用保護(hù)層油墨印刷傳感器基板（5）并加熱固化，如圖12。在基板層上利用傳感器水平導(dǎo)線印刷網(wǎng)版和柔性導(dǎo)線油墨印刷水平導(dǎo)線（6）并加熱固化，如圖13。在水平導(dǎo)線上利用傳感器壓敏電阻印刷網(wǎng)版和柔性壓敏電阻油墨印刷壓敏電阻層（7）并加熱固化，如圖14。在此基礎(chǔ)上利用傳感器豎直導(dǎo)線印刷網(wǎng)版和柔性導(dǎo)線油墨印刷豎直導(dǎo)線（8）并加熱固化，如圖15。最后利用傳感器蓋板印刷網(wǎng)版和保護(hù)層油墨印刷蓋板（10）并加熱固化，如圖16。圖16為完整的柔性陣列壓敏傳感器，設(shè)（9）為第i行第j列所對應(yīng)的壓敏傳感器，如圖15。也就是說接通第i行導(dǎo)線和第j列導(dǎo)線時(shí)接通第i行第j列所對應(yīng)的壓敏傳感器。