一種三明治式柔性電容式壓力傳感器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三明治式柔性電容式壓力傳感器，所述柔性基底層、下金屬電極層、柔性介質(zhì)層、上金屬電極層從下至上依次排列；所述下金屬電極層包括多個(gè)電容、電極；所述上金屬電極層包括多個(gè)電容、電極；所述電容包括：電容片、彎曲線、電容電極，所述電容片與多個(gè)電容電極之間通過彎曲線相連接；所述柔性基底層、柔性介質(zhì)層均采用PDMS聚二甲基硅氧烷或PI聚酰亞胺或PET聚對苯二甲酸乙二醇酯或柔性玻璃或金屬箔或試紙。本發(fā)明柔性性能使得該器件可以更好地適應(yīng)多變化的表面結(jié)構(gòu)，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種三明治式柔性電容式壓力傳感器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種三明治式柔性電容式壓力傳感器及其制備方法，屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]柔性電子是一門新興的技術(shù)。在人們的印象中，有機(jī)材料，如塑料等，都是很好的絕緣體，很少有人會(huì)想到塑料也能導(dǎo)電。近年來，由于對導(dǎo)電高分子的研究有了新突破，有機(jī)材料可以從傳統(tǒng)的絕緣體變成可導(dǎo)電的半導(dǎo)體，柔性電子(Flexible Electronics)便應(yīng)運(yùn)而生?，F(xiàn)代化學(xué)等技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了柔性電子這樣一門學(xué)科的發(fā)展。柔性電子制造的關(guān)鍵包括制造工藝、基板和材料等，其核心是微納米圖案化(Micro-and Nanopatterning)制造，涉及機(jī)械、材料、物理、化學(xué)、電子等多學(xué)科交叉研究。
[0003]柔性電子技術(shù)是一場全新的電子技術(shù)革命，引起全世界的廣泛關(guān)注并得到了迅速發(fā)展。美國《科學(xué)》雜志將有機(jī)電子技術(shù)進(jìn)展列為2000年世界十大科技成果之一，與人類基因組草圖、科隆技術(shù)等重大發(fā)現(xiàn)并列。美國科學(xué)家艾倫黑格、艾倫.馬克迪爾米德和日本科學(xué)家白川英樹由于他們在導(dǎo)電聚合物領(lǐng)域的開創(chuàng)性工作而獲得2000年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
[0004]柔性電子技術(shù)目前正處于起步階段，又稱為塑料電子(Plastic Electronics)、印刷電子(Printed Electronics)、有機(jī)電子(Organic Electronics)、聚合體電子(PolymerElectronics)等;而關(guān)于其定義，目前還沒有統(tǒng)一明確的概念，可概括為將有機(jī)/無機(jī)材料電子器件制作在柔性/可延性塑料和薄金屬基板上的新興電子技術(shù)。柔性電子以其獨(dú)特的柔性/延展性以及高效、低成本制造工藝，在信息、能源、醫(yī)療、國防等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景，如柔性電子顯示器、有機(jī)發(fā)光二極管0LED、印刷RFID、薄膜太陽能電池板、電子報(bào)紙、電子皮膚/人工肌肉等。柔性電子除整合電子電路、電子組件、材料、平面顯示、納米技術(shù)等領(lǐng)域技術(shù)外，同時(shí)橫跨半導(dǎo)體、封測、材料、化工、印刷電路板、顯示面板等產(chǎn)業(yè)，可協(xié)助傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，如塑料、印刷、化工、金屬材料等產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型，提升產(chǎn)業(yè)附加價(jià)值，因此柔性電子技術(shù)的發(fā)展必將為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和人類生活帶來革命性的變化。
[0005]目前，部分柔性電子技術(shù)應(yīng)用于相關(guān)壓力電容中，但其在處理金屬電極的延展性時(shí)還存在很大問題，如何提升柔性材料上的金屬電極的伸縮延展性將是柔性電子技術(shù)一個(gè)需要重點(diǎn)突破的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種三明治式柔性電容式壓力傳感器及其制備方法。
[0007]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種三明治式柔性電容式壓力傳感器，包括:柔性基底層、下金屬電極層、柔性介質(zhì)層、上金屬電極層，所述柔性基底層、下金屬電極層、柔性介質(zhì)層、上金屬電極層從下至上依次排列；所述下金屬電極層包括多個(gè)電容、電極，所述電容呈矩陣結(jié)構(gòu)排列在柔性基底層頂面，所述電極呈對稱結(jié)構(gòu)設(shè)置在柔性基底層頂面;所述上金屬電極層包括多個(gè)電容、電極，所述電容呈矩陣結(jié)構(gòu)排列在柔性介質(zhì)層頂面，所述電極呈對稱結(jié)構(gòu)設(shè)置在在柔性介質(zhì)層頂面;所述電容包括:電容片、彎曲線、電容電極，所述電容片與多個(gè)電容電極之間通過彎曲線相連接;所述柔性基底層、柔性介質(zhì)層均采用PDMS聚二甲基硅氧烷或PI聚酰亞胺或PET聚對苯二甲酸乙二醇酯或柔性玻璃或金屬箔或試紙。
[0008]還包括犧牲層，所述柔性基底層底部設(shè)置有犧牲層，所述犧牲層周邊與柔性基底層底部設(shè)置有1-1Omm的空隙;所述犧牲層采用光刻膠層或鎂鋁層或鎳鋁層。
[0009]作為優(yōu)選方案，所述柔性基底層、柔性介質(zhì)層的厚度設(shè)置為200nm-1000nmo
[0010]作為優(yōu)選方案，所述下金屬電極層、上金屬電極層的厚度設(shè)置為lum-5um0[0011 ]作為優(yōu)選方案，所述彎曲線的線寬設(shè)置為200nm-500nm。
[0012]一種三明治式柔性電容式壓力傳感器的制備方法，包括如下步驟:
步驟一:采用勻膠機(jī)在硅片上勻涂一層光刻膠，然后烘烤固化，擦凈邊緣的一圈形成犧牲層；
步驟二:采用勻膠機(jī)將toms聚二甲基硅氧烷液體在犧牲層上涂上均勻一層，然后烘烤固化形成柔性基底層；
步驟三:利用Auto CAD軟件繪制電容和電極布局圖，并制作成菲林掩膜片；電容片與多個(gè)電容電極之間通過彎曲線相連接；電容呈矩陣結(jié)構(gòu)排列，電極呈對稱結(jié)構(gòu)排列；然后，采用光刻、濺射，外加電鍍法，將電容和電極沉積在柔性基底層頂面上成為下金屬電極層；步驟四，采用勻膠機(jī)在下金屬電極層上勻涂一層roMS聚二甲基硅氧烷液體，然后烘烤固化而成柔性介質(zhì)層；
步驟五:利用Auto CAD軟件繪制電容和電極布局圖，并制作成菲林掩膜片；電容片與多個(gè)電容電極之間通過彎曲線相連接；電容呈矩陣結(jié)構(gòu)排列，電極呈對稱結(jié)構(gòu)排列；然后，采用光刻、濺射，外加電鍍法，將電容和電極沉積在柔性介質(zhì)層頂面上成為上金屬電極層。
[0013]有益效果:本發(fā)明提供的一種三明治式柔性電容式壓力傳感器，采用柔性基底層、柔性介質(zhì)層，并用柔性材料roMS聚二甲基硅氧烷或PI聚酰亞胺或PET聚對苯二甲酸乙二醇酯或柔性玻璃或金屬箔或試紙制成。下金屬電極層、上金屬電極層采用銅或鋁。犧牲層可以是光刻膠、鎂鋁層、鎳鋁層。本設(shè)計(jì)創(chuàng)新性地提出在柔性高分子材料上直接沉積金屬電極而制備柔性器件的新方案。其中，采用彎曲線連接使得電容電極的延展伸縮性得到有效的提升，更好地適應(yīng)柔性基底極其介質(zhì)的柔性，能夠在使用金屬電極的前提下極大地提高器件的柔性性能。矩陣式的電容分布，通過測量附近多個(gè)電容的電壓變化，可以感應(yīng)并精確地測算出出受壓位置及其壓力大小。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為:
1、本發(fā)明中所介紹的柔性電子器件融合傳統(tǒng)壓力感應(yīng)電容制作方法與柔性電子器件工藝于一體，構(gòu)思新穎獨(dú)特。
[0015]2、本發(fā)明中所介紹的器件制備工藝簡單，且具備良好的柔性性能。
[0016]3、該器件作為眼里電容的一種具備壓力電容的普遍性能——精確地感應(yīng)測量出受壓的位置及其壓力大小。同時(shí)，其本身的柔性性能使得該器件可以更好地適應(yīng)多變化的表面結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖面圖；
圖2為本發(fā)明下金屬電極層的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明上金屬電極層的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為電容的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0019]如圖1-4所示，一種三明治式柔性電容式壓力傳感器，包括:柔性基底層1、下金屬電極層2、柔性介質(zhì)層3、上金屬電極層4，所述柔性基底層1、下金屬電極層2、柔性介質(zhì)層3、上金屬電極層4從下至上依次排列;所述下金屬電極層2包括多個(gè)電容21、電極22，所述電容21呈矩陣結(jié)構(gòu)排列在柔性基底層I頂面，所述電極22呈對稱結(jié)構(gòu)設(shè)置在柔性基底層I頂面；所述上金屬電極層4包括多個(gè)電容21、電極22，所述電容21呈矩陣結(jié)構(gòu)排列在柔性介質(zhì)層3頂面，所述電極22呈對稱結(jié)構(gòu)設(shè)置在在柔性介質(zhì)層3頂面;所述電容21包括:電容片211、彎曲線212、電容電極213，所述電容片211與多個(gè)電容電極213之間通過彎曲線212相連接;所述柔性基底層1、柔性介質(zhì)層3均采用TOMS聚二甲基硅氧烷或PI聚酰亞胺或PET聚對苯二甲酸乙二醇酯或柔性玻璃或金屬箔或試紙。
[0020]還包括犧牲層5，所述柔性基底層I底部設(shè)置有犧牲層5，所述犧牲層5周邊與柔性基底層I底部設(shè)置有1-1Omm的空隙;所述犧牲層5采用光刻膠層或鎂鋁層或鎳鋁層。
[0021 ] 具體制作工藝如下::
犧牲層:目的是便于器件與基片的脫離，采用勻膠機(jī)在潔凈基片上涂一層均勻的光刻膠，再擦去邊緣部分，然后烘烤固化形成。
[0022]柔性基底層:在犧牲層上用勻膠機(jī)勻涂一層聚二甲基硅氧烷(PDMS)液體，然后90°C烘烤30 min固化形成。
[0023]下金屬電極層:對聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性基底層做一次親疏水性處理，在真空清洗儀中用氧等離子轟擊PDMS表層，射頻8W，持續(xù)1 min，再利用做好的菲林掩膜片底層上做光刻，顯影，然后濺射沉積一層銅，接著采用電鍍工藝加厚金屬層。最后，用丙酮清洗去除非電容和電極部分，形成金屬下電極層。
[0024]柔性介質(zhì)層:首先，在金屬下電極層上勻涂光刻膠，按照菲林片掩膜片圖形，做光亥IJ，顯影，再將未顯露出的電極用PI膠帶粘貼上。然后，用勻膠機(jī)在上述金屬下電極層表面均勻的涂一層聚二甲基硅氧烷(PDMS)液體，然后90°C烘烤30 min固化而成。
[0025]上金屬電極層:對聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性介質(zhì)層做一次親疏水性處理，在真空清洗儀中用氧等離子轟擊PDMS表層，射頻8W，持續(xù)1 min，再利用做好的菲林掩膜片底層上做光刻，顯影，然后濺射沉積一層銅，接著采用電鍍工藝加厚金屬層。最后，用丙酮清洗去除非電容和電極部分，形成金屬上電極層。
[0026]沿基片邊緣用刀片劃破至露出犧牲層，將器件浸泡在丙酮溶液中，犧牲層(光刻膠)溶解，器件從脫落基片，取出完整的器件。
[0027]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三明治式柔性電容式壓力傳感器，包括:柔性基底層、下金屬電極層、柔性介質(zhì)層、上金屬電極層，其特征在于:所述柔性基底層、下金屬電極層、柔性介質(zhì)層、上金屬電極層從下至上依次排列;所述下金屬電極層包括多個(gè)電容、電極，所述電容呈矩陣結(jié)構(gòu)排列在柔性基底層頂面，所述電極呈對稱結(jié)構(gòu)設(shè)置在柔性基底層頂面;所述上金屬電極層包括多個(gè)電容、電極，所述電容呈矩陣結(jié)構(gòu)排列在柔性介質(zhì)層頂面，所述電極呈對稱結(jié)構(gòu)設(shè)置在在柔性介質(zhì)層頂面;所述電容包括:電容片、彎曲線、電容電極，所述電容片與多個(gè)電容電極之間通過彎曲線相連接;所述柔性基底層、柔性介質(zhì)層均采用roMS聚二甲基硅氧烷或PI聚酰亞胺或PET聚對苯二甲酸乙二醇酯或柔性玻璃或金屬箔或試紙。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三明治式柔性電容式壓力傳感器，其特征在于:還包括犧牲層，所述柔性基底層底部設(shè)置有犧牲層，所述犧牲層周邊與柔性基底層底部設(shè)置有Ι-?ο? 的空隙; 所述犧牲層采用光刻膠層或鎂鋁層或鎳鋁層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三明治式柔性電容式壓力傳感器，其特征在于:所述柔性基底層、柔性介質(zhì)層的厚度設(shè)置為200nm-1000nmo4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三明治式柔性電容式壓力傳感器，其特征在于:所述下金屬電極層、上金屬電極層的厚度設(shè)置為lum-5um05.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三明治式柔性電容式壓力傳感器，其特征在于:所述彎曲線的線寬設(shè)置為200nm-500nm。6.—種三明治式柔性電容式壓力傳感器的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟一:采用勻膠機(jī)在硅片上勻涂一層光刻膠，然后烘烤固化，擦凈邊緣的一圈形成犧牲層； 步驟二:采用勻膠機(jī)將PDMS聚二甲基硅氧烷液體在犧牲層上涂上均勻一層，然后烘烤固化形成柔性基底層； 步驟三:利用Auto CAD軟件繪制電容和電極布局圖，并制作成菲林掩膜片；電容片與多個(gè)電容電極之間通過彎曲線相連接；電容呈矩陣結(jié)構(gòu)排列，電極呈對稱結(jié)構(gòu)排列；然后，采用光刻、濺射，外加電鍍法，將電容和電極沉積在柔性基底層頂面上成為下金屬電極層； 步驟四，采用勻膠機(jī)在下金屬電極層上勻涂一層PDMS聚二甲基硅氧烷液體，然后烘烤固化而成柔性介質(zhì)層； 步驟五:利用Auto CAD軟件繪制電容和電極布局圖，并制作成菲林掩膜片；電容片與多個(gè)電容電極之間通過彎曲線相連接；電容呈矩陣結(jié)構(gòu)排列，電極呈對稱結(jié)構(gòu)排列；然后，采用光刻、濺射，外加電鍍法，將電容和電極沉積在柔性介質(zhì)層頂面上成為上金屬電極層。
【文檔編號(hào)】H01L41/08GK106098927SQ201610644815
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月9日 公開號(hào)201610644815.2, CN 106098927 A, CN 106098927A, CN 201610644815, CN-A-106098927, CN106098927 A, CN106098927A, CN201610644815, CN201610644815.2
【發(fā)明人】何健, 郭維, 楚亞春, 程丁儒
【申請人】江蘇艾倫摩爾微電子科技有限公司