压力传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种压力传感器，所述压力传感器包括两个外接电极和两个相对设置的具有弹性的衬底，至少一个衬底的接触面上有凸起结构，接触面为两个衬底相对的一面，衬底为导电体，每个衬底连接一个外接电极，凸起结构的表面覆盖有导电层。从而，既利用了弹性导电衬底本身在压力作用下产生形变而导致电阻发生变化的压阻效应，又利用了衬底在压力作用下其凸起结构表面的导电层接触面积改变而导致接触电阻发生变化的效应，通过二者的协同作用极大的扩大了压力检测范围，并且相对现有技术中在两个衬底之间夹设电路层的方式，本实用新型专利技术实施例中的导电层在凸起结构形变时其接触面积变化更大，因此进一步提高了压力传感器的灵敏度和可靠性。

Pressure transducer

The utility model discloses a pressure sensor, the pressure sensor includes two external electrodes and two relatively arranged with an elastic substrate, a protruding structure contact surface of at least one of the substrate and the two substrate contact surface to the opposite side of the substrate, conductor, each connected to a foreign substrate electrode structure, raised surface covered with a conductive layer. Thus, not only the use of the elastic conductive substrate itself is deformed under pressure due to the piezoresistive effect and resistance to change, and use of the substrate under the pressure of the convex surface of the conductive layer structure of the contact area as a result of changes in the effect of contact resistance changes, through the synergistic effect of the two greatly expanded pressure the detection range, and compared with the existing technology between the two substrate clamping circuit layer, conductive layer is the embodiment of the utility model in the convex structure deformation of the contact area of greater change, which can further improve the sensitivity and reliability of pressure sensor.

【技术实现步骤摘要】
压力传感器
本技术涉及传感器
，尤其是涉及一种压力传感器。
技术介绍
压力传感器是一种能将应力转变为电学信号的电子器件，可广泛用于柔性触屏、人工智能、可穿戴电子、移动医疗等领域。根据信号转换机理，压力传感器主要分为电阻式传感器、电容式传感器和压电式传感器。其中，电阻式压力传感器的基本工作原理是将被测压力的变化转变为传感器的电阻值的变化。电阻式压力传感器由于具有器件结构简单、电阻信号稳定易测、较高的灵敏度等优点备受关注。将电阻式压力传感器的电极阵列进行微结构化是提高传感器灵敏度、可靠性的有效途径之一。例如，现有技术中提出了一种具有微结构的电阻式压力传感器，其包括上基底、下基底、本体电路层和引出电极；上基底和下基底为绝缘的弹性有机材料，其一面为相同的立体结构，且有立体结构的一面相对设置；本体电路层为柔性，其上设置导电材料制成导电线路层；本体电路层夹设在上基底和下基底之间，且在本体电路层的两端分别引出电极。当压力作用于压力传感器时，在压力作用下上下基底表面的微结构接触面积发生变化而导致其间的本体电路层的电阻发生变化，通过电阻变化即可检测出压力大小，因此具有较高的灵敏度。然而，虽然具有微结构的电阻式压力传感器的灵敏度较高，但是由于微结构的变形量较小，因此能够检测的压力范围也往往较小，从而限制了其应用范围。
技术实现思路
本技术实施例的主要目的在于提供一种压力传感器及其制作方法，旨在解决现有技术中电阻式压力传感器的压力检测范围较小的技术问题。为达以上目的，一方面提出一种压力传感器，所述压力传感器包括两个外接电极和两个相对设置的具有弹性的衬底，至少一个衬底的接触面上有凸起结构，所述接触面为两个衬底相对的一面，所述衬底为导电体，每个衬底连接一个外接电极，所述凸起结构的表面覆盖有导电层。可选地，所述衬底为由弹性聚合物和导电填料制作而成的弹性聚合物基导电复合材料。可选地，所述弹性聚合物基导电复合材料通过物理机械共混法、溶液共混法或熔融共混法制备而成。可选地，所述导电填料包括金属导电粉、碳系导电填料、表面镀金属的导电填料、双金属导电填料中的一种或至少两种。可选地，所述弹性聚合物为硅橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶、聚二甲基硅氧烷、热塑性聚氨酯弹性体、苯乙烯类弹性体、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物或氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物。可选地，所述导电层包括金、银、铜、铝、镍、钯、铂、碳和铟锡氧化物中的一种或至少两种导电材料。可选地，所述导电层通过蒸镀、化学沉积、印刷和涂布中的任意一种方法制备而成。可选地，两个衬底的接触面上有相同的凸起结构，且所述两个衬底的接触面的凸部与凸部正对或者凸部与凹部正对。可选地，所述衬底为柔性材料，厚度为20μm～1mm。可选地，所述导电层的厚度为5nm-500nm。另一方面，提出一种压力传感器的制备方法，所述方法包括以下步骤：制备两个具有弹性的导电的衬底，且至少一个衬底的接触面上有凸起结构；在衬底的凸起结构的表面覆盖一导电层；将两个衬底的接触面相互对准后叠扣在一起，并在每个衬底上连接一个外接电极。可选地，所述制备两个具有弹性的导电的衬底的步骤包括：将弹性聚合物和导电填料混合为流体形态的混合物；将所述混合物沉积到预制的具有凹陷结构的模板上固化成型为弹性聚合物基导电复合材料，所述弹性聚合物基导电复合材料即为所述具有弹性的导电的衬底。可选地，所述将弹性聚合物和导电填料混合为流体形态的混合物的步骤包括：将弹性聚合物作为基体，与导电填料一起通过物理机械共混法、溶液共混法或熔融共混法混合为流体形态的混合物。可选地，所述将所述混合物沉积到预制的具有凹陷结构的模板上固化成型为弹性聚合物基导电复合材料的步骤包括：通过浇注、旋涂、刮涂和丝印中的任意一种方法将所述混合物沉积到预制的具有凹陷结构的模板上；加热固化所述混合物或者待所述混合物自然固化后，成型为弹性聚合物基导电复合材料。可选地，所述在衬底的凸起结构的表面覆盖一导电层的步骤包括：通过蒸镀、化学沉积、印刷和涂布中的任意一种方法，在衬底的凸起结构的表面覆盖一导电层。可选地，两个衬底的接触面上有相同的凸起结构，所述将两个衬底的接触面相互对准后叠扣在一起的步骤包括：将两个衬底的接触面的凸部与凸部或者凸部与凹部对准后叠扣在一起。本技术实施例所提供的一种压力传感器，通过设置一对具有弹性的导电的衬底，并在衬底的凸起结构表面覆盖一层导电层，既利用了弹性导电衬底本身在压力作用下产生形变而导致电阻发生变化的压阻效应，又利用了衬底在压力作用下其凸起结构表面的导电层接触面积改变而导致接触电阻发生变化的效应，通过二者的协同作用极大的扩大了压力检测范围，并且相对现有技术中在两个衬底之间夹设电路层的方式，本技术实施例中的导电层在凸起结构形变时其接触面积变化更大，因此进一步提高了压力传感器的灵敏度和可靠性。本技术实施例的压力传感器结构简单、成本低廉、制作方便、响应灵敏、压力检测范围广，具有良好的机械柔性，适用于可穿戴电子、电子皮肤、人机智能等新兴领域。附图说明图1是本技术第一实施例的压力传感器的结构示意图；图2是图1中的压力传感器受力发生形变的示意图；图3是本技术实施例的压力传感器的又一结构示意图；图4是本技术第二实施例的压力传感器的制备方法的流程图；图5是本技术实施例中制备衬底的步骤的流程图。本技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。实施例一参见图1，提出本技术第一实施例的压力传感器，所述压力传感器包括两个外接电极30和两个相对设置的衬底10，该衬底10具有弹性且为导电体。如图1所示，两个衬底10的接触面(两个衬底相对的一面)上有微型的凸起结构11(或称微凸结构)，两个衬底10的凸起结构11优选为相同的结构，凸起结构11导致接触面上具有凸部和凹部，可以将两个衬底10的接触面的凸部与凸部正对接触，或者也可以凸部与凹部正对接触。凸起结构11的表面覆盖有导电层20，每个衬底10连接一个外接电极30，供连接外部电路以测试该传感器在压力作用下电阻/电流的变化情况。本技术实施例中，衬底10为由弹性聚合物和导电填料12制作而成的弹性聚合物基导电复合材料，该弹性聚合物基导电复合材料可以通过物理机械共混法、溶液共混法、熔融共混法等混合工艺制备而成，并通过具有微型的凹陷结构(或称凹形微结构)的模板成型。该弹性聚合物基导电复合材料制成的衬底10为柔性材料，厚度优选为20μm-1mm，可实现弯曲、折叠、扭曲、拉伸等机械变形，适用于现代柔性电子产品领域，满足电子器件的轻型化、微型化、柔性化、可穿戴化的发展要求。前述弹性聚合物可以选用硅橡胶、天然橡胶(NR)、丁苯橡胶(SBR)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、热塑性聚氨酯弹性体(TPU)、苯乙烯类弹性体(如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS))、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)等聚合物中的任意一种。前述导电填料12包括金属导电粉(如金粉、银粉、铜粉、镍粉等)、碳系导电填料(如炭黑、碳纳米管、石墨、石墨烯等)、表面镀金属的导电填料(如：玻璃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力传感器，包括两个外接电极(30)和两个相对设置的具有弹性的衬底(10)，至少一个衬底(10)的接触面上有凸起结构(11)，所述接触面为两个衬底(10)相对的一面，其特征在于，所述衬底(10)为导电体，每个衬底(10)连接一个外接电极(30)，所述凸起结构(11)的表面覆盖有导电层(20)。

【技术特征摘要】
1.一种压力传感器，包括两个外接电极(30)和两个相对设置的具有弹性的衬底(10)，至少一个衬底(10)的接触面上有凸起结构(11)，所述接触面为两个衬底(10)相对的一面，其特征在于，所述衬底(10)为导电体，每个衬底(10)连接一个外接电极(30)，所述凸起结构(11)的表面覆盖有导电层(20)。2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述衬底(10)为由弹性聚合物和导电填料(12)制作而成的弹性聚合物基导电复合材料。3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述弹性聚合物基导电复合材料通过物理机械共混法、溶液共混法或熔融共混法制备而成。4.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述导电填料(12)包括金属导电粉、碳系导电填料、表面镀金属的导电填料、双金属导电填料中的一种或至少两种。5.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述弹性聚合物为硅橡胶、天然橡胶、丁...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡友根，赵涛，朱朋莉，张愿，朱玉，梁先文，孙蓉，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：新型
国别省市：广东,44