一种高灵敏度的柔性无源无线压力传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种高灵敏度的柔性无源无线压力传感器，包括两个线圈电极，位于线圈电极之间的介质层与位于线圈电极之外的封装层，线圈电极、介质层与封装层采用绝缘柔性的高分子聚合物材料制成；所述的线圈电极为带有平板电极的螺旋电感，上下平板电极之间构成平行板电容器，与电感并联形成LC谐振电路；所述的介质层经微处理设有对应的凸起结构。并公布了该传感器的制作方法。相比现有技术，本发明专利技术提供一种由柔性材料制成、结构简单、灵敏度与可靠性高的压力传感器。

A highly sensitive flexible passive wireless pressure sensor

The invention discloses a high sensitivity flexible wireless passive pressure sensor, including two coil electrode, encapsulation layer is located in the dielectric layer between the electrodes and the coil coil located outside the coil electrode, electrode, dielectric layer and encapsulation layer by insulating polymer materials made of flexible coil; the electrode is a spiral inductor with flat plate the electrode of the parallel plate capacitor is formed between the upper and lower plate electrode, the formation of LC resonant circuit and parallel inductor structures; the medium layer by the microprocessor is provided with corresponding. The method of making the sensor is also published. Compared with the existing technology, the invention provides a pressure sensor made of flexible material, simple in structure, high in sensitivity and reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏度的柔性无源无线压力传感器
本专利技术涉及压力传感器领域，尤其涉及一种高灵敏度的柔性无源无线压力传感器。
技术介绍
随着医疗健康产业的迅猛发展，人们对与可穿戴电子产品的柔软性与舒适性提出了越来越高的要求。目前市场上已有的压力传感器，大多以硅或陶瓷为衬底，硬度很高，适用于传统的手机、汽车的电子产品，却不能适应满足医疗健康市场对柔软性与舒适性的要求。少数柔性压力传感器，却大多需要电路连接，在许多应用场合下极为不便。无线传感器主要分为以下两种：一种是射频信号通过天线收发，其利用电磁波在空间中的收发来传输信号，其传输距离较长，但必须携带电源，发展受到限制，且因其电路结构复杂难以做成全柔性传感器。另一种是电感近场耦合，这种方法通常利用LC并联谐振回路，利用敏感电容随外界参数变化，谐振回路的谐振频率发生改变，通过外界读数线圈直接测得谐振频率即可得到待测参量。与前者相比，LC式无线传感器无需电源，使用寿命不受限制，同时结构简单，适应性强，可以根据需求设计成柔性或非柔性器件，充分满足不同环境的需求。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术的不足与缺陷，本专利技术提供一种由柔性材料制成、结构简单、灵敏度与可靠性高的压力传感器及其制作方法。技术方案：本专利技术的一种高灵敏度的柔性无源无线压力传感器，其特征在于：包括两个线圈电极，位于线圈电极之间的介质层与位于线圈电极之外的封装层，线圈电极、介质层与封装层采用绝缘柔性的高分子聚合物材料制成；所述的线圈电极为带有平板电极的螺旋电感，上下平板电极之间构成平行板电容器，与电感并联形成LC谐振电路；所述的介质层内表面经微处理设有对应的凸起结构。其中，所述的介质层包含上下对应的两层，其经过微处理的内表面凸起结构相向贴合。介质层对应层上微处理设置的凸起结构为微米尺度的金字塔阵列；所述的金字塔凸起结构的尺寸为10-100um。其中，所述的封装层厚度为10-100um。一种高灵敏度的柔性无源无线压力传感器的制作步骤如下：(1)取一块硅基片，通过各向异性湿法刻蚀出凸起结构凹槽阵列，其间距为10-100um；(2)将预先调配的热塑性树脂溶液涂覆到硅衬底表面并固化制成介质层，介质层材料包括聚二甲基硅氧烷PDMS、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS；(3)通过印刷技术将线圈电极印刷到介质层的上表面，印刷浆料包括导电的银浆、铜浆、碳浆；(4)在线圈电极上表面在涂覆一层封装材料并固化，封装材料将线圈电极覆盖制作成封装层，封装层材料包括聚酰胺纤维PA、聚二甲基硅氧烷PDMS、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS；(5)移除硅衬底，取下介质-电极-封装层聚合结构；(6)取两块步骤(5)制得的聚合结构相向对准并键合，其中含有凸起结构的介质层在内，封装层在外；获得最终的压力传感器。工作原理：当本专利技术传感器受到外界压力时，介质层内表面的对应的凸起结构，金字塔阵列发生形变，引起两线圈电极之间的间距变化，等效并联电容随之改变，进而引起LC谐振回路的谐振频率发生偏移；频率偏移量可通过外界读数线圈直接读出，不需要引线连接。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下显著优点：本专利技术提供一种高灵敏度的柔性无源无线压力传感器，所用材料皆为柔性材料，通过介质层内表面的对应的凸起结构的形变使电容改变，适用于多种对传感器柔软性有要求的场合，如伤口检测、食品包装等。同时具有结构简单，灵敏度与可靠性高，无需通过电气连接即可读取数据等优势，使用方便，易于推广。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的工艺流程图；图3为本专利技术的等效电路图；图中1为线圈电极、2为介质层、3为封装层、4为硅基片。具体实施方式下面结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案做进一步的描述。本专利技术的一种高灵敏度的柔性无源无线压力传感器的使用方法为：首先对传感器进行标定，确定传感器所受压力与LC谐振器的谐振峰偏移之间的对应关系。标定完成后，将传感器置于所需要的应用场景内，如人体皮肤表面、食品包装袋内等，通过读数线圈测出谐振频率变化偏移，即可得出其所受压力变化。实施例1：本实施例的压力传感器，包括两个线圈电极1，位于线圈电极1之间的介质层2与位于线圈电极1之外的封装层3，线圈电极1、介质层2与封装层3采用绝缘柔性的高分子聚合物材料制成；线圈电极1为带有平板电极的螺旋电感，上下平板电极之间构成平行板电容器，与电感并联形成LC谐振电路；介质层2经微处理设有对应的金字塔形凸起结构。其中，介质层2包含上下对应的两层，其经过微处理的表面金字塔形凸起结构相向贴合在一起。金字塔凸起结构的尺寸为10um。封装层3厚度为10um。该传感器的制作步骤如下：取一块硅基片4，通过各向异性湿法刻蚀出金字塔形凸起结构凹槽阵列，其间距为10um；将预先调配的热塑性树脂溶液涂覆到硅衬底表面并固化制成介质层2，介质层2材料为聚二甲基硅氧烷PDMS；通过印刷技术将线圈电极1印刷到介质层2的上表面，印刷浆料为导电的银浆；在线圈电极1上表面在涂覆一层封装材料并固化，封装材料将线圈电极1覆盖制作成封装层3，封装层3材料为聚酰胺纤维PA；移除硅衬底，取下介质-电极-封装层聚合结构；取两块步骤5制得的聚合结构相向对准并键合，其中含有金字塔形凸起结构的介质层2在内，封装层3在外；获得最终的压力传感器。实施例2：本实施例的压力传感器，包括两个线圈电极1，位于线圈电极1之间的介质层2与位于线圈电极1之外的封装层3，线圈电极1、介质层2与封装层3采用橡胶制成；线圈电极1为带有平板电极的螺旋电感，上下平板电极之间构成平行板电容器，与电感并联形成LC谐振电路；介质层2经微处理设有对应的圆形凸起结构。其中，介质层2包含上下对应的两层，其经过微处理的表面圆形凸起结构相向贴合在一起。圆凸起结构的尺寸为100um。封装层3厚度为100um。该传感器的制作步骤如下：取一块硅基片4，通过各向异性湿法刻蚀出圆形凸起结构凹槽阵列，其间距为100um；将预先调配的热塑性树脂溶液涂覆到硅衬底表面并固化制成介质层2，介质层2材料为聚二甲基硅氧烷PDMS；通过印刷技术将线圈电极1印刷到介质层2的上表面，印刷浆料为导电的银浆；在线圈电极1上表面在涂覆一层封装材料并固化，封装材料将线圈电极1覆盖制作成封装层3，封装层3材料为聚酰胺纤维PA；移除硅衬底，取下介质-电极-封装层聚合结构；取两块步骤5制得的聚合结构相向对准并键合，其中含有圆形凸起结构的介质层2在内，封装层3在外；获得最终的压力传感器。实施例3：本实施例的压力传感器，包括两个线圈电极1，位于线圈电极1之间的介质层2与位于线圈电极1之外的封装层3，线圈电极1、介质层2与封装层3采用塑料制成；线圈电极1为带有平板电极的螺旋电感，上下平板电极之间构成平行板电容器，与电感并联形成LC谐振电路；介质层2经微处理设有对应的金字塔形凸起结构。其中，介质层2包含上下对应的两层，其经过微处理的表面金字塔形凸起结构相向贴合在一起。金字塔形凸起结构的尺寸为20um。封装层3厚度为20um。该传感器的制作步骤如下：取一块硅基片4，通过各向异性湿法刻蚀出金字塔形凸起结构凹槽阵列，其间距为20um；将预先调配的热塑性树脂溶液涂覆到硅衬底表面并固化制成介质层2，介质层2材料为聚二甲基硅氧烷PDMS；通过印刷技本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高灵敏度的柔性无源无线压力传感器，其特征在于：包括两个线圈电极(1)，位于线圈电极(1)之间的介质层(2)与位于线圈电极(1)之外的封装层(3)，线圈电极(1)、介质层(2)与封装层(3)采用绝缘柔性的高分子聚合物材料制成；所述的线圈电极(1)为带有平板电极的螺旋电感，上下平板电极之间构成平行板电容器，与电感并联形成LC谐振电路；所述的介质层(2)内表面经微处理设有对应的凸起结构。

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏度的柔性无源无线压力传感器，其特征在于：包括两个线圈电极(1)，位于线圈电极(1)之间的介质层(2)与位于线圈电极(1)之外的封装层(3)，线圈电极(1)、介质层(2)与封装层(3)采用绝缘柔性的高分子聚合物材料制成；所述的线圈电极(1)为带有平板电极的螺旋电感，上下平板电极之间构成平行板电容器，与电感并联形成LC谐振电路；所述的介质层(2)内表面经微处理设有对应的凸起结构。2.根据权利要求1所述的高灵敏度的柔性无源无线压力传感器，其特征在于：所述的介质层(2)包含上下对应的两层，其经过微处理的内表面凸起结构相向贴合。3.根据权利要求1或2所述的高灵敏度的柔性无源无线压力传感器，其特征在于：所述的介质层(2)对应层上微处理设置的凸起结构为微米尺度的金字塔阵列；所述的金字塔凸起结构的尺寸为10-100um。4.根据权利要求1所述的高灵敏度的柔性无源无线压力传感器，其特征在于：所述的封装层(3)厚度为10-100um。5.根据权利要求1所述的高灵敏度的柔性无源无线...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓文俊，王立峰，黄庆安，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32