The invention discloses a high-performance flexible touch force sensor and a preparation method thereof. The high-performance flexible contact force sensor is a high-performance flexible contact force sensor array based on the flexible micro-electromechanical system technology. The silicon-based piezoresistive contact force sensor is used as the sensing unit and the flexible isolation groove filled with flexible polymer material is used as the flexible interconnection. The contact force sensor array realized by the high-precision silicon-based micro-electro-mechanical system processing technology has high linearity and sensitivity, stable structure, reliable performance and good durability; at the same time, the new technology of realizing the flexible contact force sensor array by connecting the rigid sensing unit through the flexible isolation groove has the potential application value. Value.
【技术实现步骤摘要】
高性能柔性触力传感器及其制备方法
本专利技术涉及微纳加工领域,具体涉及一种基于聚对二甲苯(Parylene)的柔性微机电系统工艺(柔性MEMS工艺)制造的高性能柔性触力传感器及其制备方法。
技术介绍
柔性触力传感器是一种用于检测接触力大小的柔性电子器件,是目前柔性电子技术的研究热点之一,在机器人、电子皮肤、可穿戴设备、柔性触屏、智能医疗等领域具有广阔的应用前景。尤其对于机器人产业,无论是在制造环境下应用的工业机器人,还是非制造环境下应用的服务机器人,均需要高精度高可靠性的触力传感系统。如近年来快速发展起来的手术机器人,虽然可以通过高操作精度的机械臂完成复杂的外科手术,但是实际操作中仍然需要经验丰富的医生通过手指的触诊获取手术区域的解剖信息。因此构建高性能柔性触力传感系统将部分地实现甚至超过医生的触诊能力,实现肿瘤等临床对象的探查功能,提高手术性能和适应性。根据信号转换方式的不同,触力传感器主要可以分为压阻式、电容式、压电式、光学式触力传感器等。其中压阻式触力传感器利用敏感材料的压阻效应将接触力的变化转换为材料电阻值的变化,实现电学信号输出;电容式触力传感器将接触力的变化转变为电容两电极的间距变化,从而引起电容值的变化,输出可检测的电学信号;压电式触力传感器利用压电材料的压电效应,将接触力的变化转变为电荷量变化,实现电学信号输出。目前柔性触力传感器的柔性实现策略通常是使用“柔性材料-传感器-柔性材料”的三明治结构或将碳纳米管、石墨烯等敏感材料与柔性材料组成导电聚合物后置于柔性衬底上。通过立体凸结构或中间层结构的设计形成传感阵列,实现接触力的大小和分布情况的检 ...
【技术保护点】
1.一种高性能柔性触力传感器,其特征在于,采用微机电系统硅基压阻式触力传感器作为传感单元,所述传感单元之间采用由聚合物填充的柔性隔离槽实现柔性连接。
【技术特征摘要】
1.一种高性能柔性触力传感器,其特征在于,采用微机电系统硅基压阻式触力传感器作为传感单元,所述传感单元之间采用由聚合物填充的柔性隔离槽实现柔性连接。2.如权利要求1所述的高性能柔性触力传感器,其特征在于,所述微机电系统硅基压阻式触力传感器包括硅应变结构、压敏电阻、重掺杂接触区、金属引线;所述硅应变结构为硅衬底经过正面或背面刻蚀形成的对触力敏感的硅膜;所述压敏电阻在硅应变结构上的触力敏感区域成对称分布;所述重掺杂接触区分布在压敏电阻的两端;所述金属引线与所述重掺杂接触区在硅衬底正面形成欧姆接触。3.如权利要求2所述的高性能柔性触力传感器,其特征在于,所述硅应变结构包括弹性悬臂梁、外围的支撑架和内部的悬浮硅块,所述弹性悬臂梁连接所述支撑架和所述悬浮硅块;所述压敏电阻位于所述弹性悬臂梁上并连接成惠斯通电桥;在施加压力时所述悬浮硅块的移动带动所述弹性悬臂梁产生形变,通过所述惠斯通电桥实现电学信号的输出。4.如权利要求3所述的高性能柔性触力传感器,其特征在于,所述硅应变结构为中心对称结构,所述悬浮硅块和所述支撑架均为正方形,所述悬浮硅块位于所述微机电系统硅基压阻式触力传感器的中心,所述弹性悬臂梁分布在所述悬浮硅块的四周;每个所述弹性悬臂梁上分布两个压敏电阻。5.如权利要求3或4所述的高性能柔性触力传感器,其特征在于,所述弹性悬臂梁、所述支撑架和所述悬浮硅块的厚度大小为:支撑架>悬浮硅块≥弹性悬臂梁。6.如权利要求1所述的高性能柔性触力传感器,其特征在于,所述聚合物为包括聚对二甲苯在内的任意能够化学气相沉积的柔性材料。7.如权利要求1所述的高性能柔性触力传感器,其特征在于,所...
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