压电形状确定的整体式薄膜压力传感器及制备方法技术

本发明专利技术的一种压电形状确定的整体式薄膜压力传感器及制备方法，包括封装层、电极层和功能层；功能层为薄膜结构，包括压电区和绝缘区，其中压电区的压电形状确定；电极层包括上电极、下电极，上电极和下电极分别对应设置在压电区的上、下一侧，将压电区的电信号引出；上、下电极在垂直于厚度方向上不重叠；封装层包裹在电极层的外侧；所述压电区的形状包括规则图形和不规则图形，其中规则图形包括圆形、长方形、三角形、椭圆形、多边形及十字形；不规则图包括蝌蚪形、剪纸型、折线型、S型、回字形及凹字形,环形。本发明专利技术由于压电形状确定，输出电信号随压力的变化稳定，则信号强且不受曲面曲率影响，制备工艺简单，在曲面测量中应用前景较好。较好。较好。

【技术实现步骤摘要】
压电形状确定的整体式薄膜压力传感器及制备方法


[0001]本专利技术涉及传感器
，具体涉及一种压电形状确定的整体式薄膜压力传感器及制备方法。

技术介绍

[0002]压电传感器响应快，灵敏度高，是测量动态压力的良好选择。日常生活中的触摸，碰撞等都属于短时压力，属于动态压力测量的范围。考虑生活中的大部分物体表面都带有一定的曲率，因此需要薄膜传感器在曲面上的测量精度要高。才能满足人工智能，机器感知等的测量要求。
[0003]压力传感器的应用方法：先已知一定范围内的压力值，然后将确定数值X1的压力加载到传感器上，得到一定的电信号Y1，称为标定的数据点。多次加载得到出X2,Y2；X3,Y3；X4,Y4；X5,Y5将以上数据点在XY轴上画出，建立X与Y的数学关系。这个过程称为标定。在应用中，利用该关系去对应得到某电信号下的压力值。
[0004]压电薄膜：最初的薄膜是没有压电性能的，然后需要通过一定的方法(多倍拉伸，或者高压，或者高温)进行极化，极化后的薄膜具备了压电性能。由于技术上的限制，目前商业薄膜都是整张大面积极化，本专利技术重要的创新点在局部极化，且是形状或面积能够准确控制的局部极化。
[0005]压电式薄膜压力传感器是利用压电薄膜材料做成的薄膜式压力传感器。由于其频率响应宽，灵敏度高的特点，在动态压力测量中具有非常广泛的应用。压电式薄膜压力传感器的主要功能单元(是压电单元)，是传感器的电信号来源，控制了传感器的电信号输出能力。目前的压电式薄膜压力传感器，大都是从大面积压电薄膜上裁剪下来再进行封装。此类传感器在被压缩时(比如手指按压时)，受压面积不确定，因此对压力的测量结果一致性较差。部分现有技术中提到局部极化的压电式薄膜传感器，采用导电银胶作为电极，也仅仅是控制了电极的面积，但是并未去重视极化效果，即该方法未得到压电面积或者压电形状确定的压电薄膜。因此利用导电银胶极化制备的压电式薄膜传感器，性能差异性很大，无法真正的用于压力测量。
[0006]薄膜压电材料信号较弱，因此想要信号足够强，就需要有大的受压面积；但是大的受压面积在曲面上容易受到曲面影响，造成信号测量不准确。因此这两方面是矛盾的。
[0007]1、现有裁切式压电传感器
[0008]现有的从大面积压电薄膜上裁切出所需区域，进行再封装使用。该结构的传感器，平整度较差，裁切材料与封装材料间材料失配，容易造成裁切结构的边缘区域应力集中，传感器曲面上使用进一步加剧了该应力集中效应，导致传感器测量误差偏大，器件可靠性也较差，容易损坏。
[0009]2、现有局部极化传感器
[0010]现有技术中所述局部极化方法制备的传感器结构，极化面积及形状不清楚，在大面积极化条件下无法满足曲面使用要求，弯折时信号干扰太大，测量误差大；小面积极化时
信号又很弱，且由于极化面积不确定导致信号不稳定，无法准确测量所受压力，测量精度不够。

技术实现思路

[0011]本专利技术提出的一种压电形状确定的整体式薄膜压力传感器及制备方法，可至少解决上述技术问题之一。
[0012]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0013]一种压电形状确定的整体式薄膜压力传感器，包括封装层、电极层和功能层；
[0014]功能层为薄膜结构，包括压电区和绝缘区，其中压电区的压电形状确定；
[0015]电极层包括上电极、下电极，上电极和下电极分别对应设置在压电区的上、下一侧，将压电区的电信号引出；上、下电极在垂直于厚度方向上不重叠；
[0016]封装层包裹在电极层的外侧；
[0017]所述压电区的形状包括规则图形和不规则图形，其中规则图形包括圆形、长方形、三角形、椭圆形、多边形及十字形；
[0018]不规则图包括蝌蚪形、剪纸型、折线型、S型、回字形、凹字形及环形。
[0019]进一步的，所述压电区设置为N个，N为大于等于1的自然数；所述压电区在同一张薄膜上；
[0020]N个压电区为阵列排布。
[0021]进一步的，N个压电区并联设置。
[0022]进一步的，所述压电区与绝缘区为一张完整的薄膜上的不同部分。
[0023]另一方面，本专利技术还公开一种整体式薄膜压力传感器制备方法，包括以下步骤，
[0024]S10、制备两面金属电极；
[0025]S20、基于制备好的两面金属电极，进行目标区域极化，极化出具有确定压电形状的压电薄膜；
[0026]S30、刻蚀上述金属电极，仅保留带有设定极化形状的薄膜；
[0027]S40、采用磁控溅射方法制备压电薄膜的引出电极，用于电信号的输出，或者采用热蒸镀方式制备；
[0028]S50、引出电极两侧，用绝缘材料对该结构进行封装。
[0029]进一步的，所述步骤S10具体包括：
[0030]S11、制备带圆孔的掩膜版；
[0031]S12、将2张掩膜版上下圆孔对齐，压电薄膜放置在掩膜版中间；
[0032]S13、利用磁控溅射方法制备两面电极。
[0033]进一步的，所述步骤S20具体包括：
[0034]S21、将制备过电极的薄膜放置在极化仪上，
[0035]S22、极化压头为圆形，对齐薄膜上的电极位置；
[0036]S23、先加正向高压2KV,时间30s；再加负向高压2kv,时间30s；再加正向高压6KV，时间1200s；
[0037]S24、极化后测量电极边缘处的压电性能，确定电极边缘处被极化的直径或范围。
[0038]进一步的，所述步骤S30具体包括：
[0039]S31、按照边缘处被极化的范围直径制备金属圆环，将上下圆环放置在薄膜两侧，加2v的负向极化高压，用于平衡掉边缘处被极化部分；
[0040]S32、如果边缘处极化性能不满足要求，多次重复上述操作，调整反向极化电压和时间，最终达到极化电极边缘处压电性能满足设定要求；
[0041]S34、极化完成后取下薄膜。
[0042]进一步的，所述步骤S40具体步骤如下，
[0043]S41、制备带尾部的掩膜版；
[0044]S42、将2张掩膜版上下圆孔对齐，具有确定压电形状的压电薄膜放置在掩膜版中间，圆形区域对齐被极化区域；
[0045]S43、利用磁控溅射方法制备两面引出电极。
[0046]进一步的，所述步骤S42确定的压电形状为圆形、长方形、三角形、椭圆形、多边形及十字形；
[0047]不规则图包括蝌蚪形、剪纸型、折线型、S型、回字形、凹字形及环形。
[0048]由上述技术方案可知，本专利技术提出一种压电形状确定的压电式薄膜压力传感器，由于其压电形状确定，因此在制备传感器时，传感器的电信号输出一致性较好，用于压力测量时能得到一致的测量结果。
[0049]本专利技术的一种新型压电传感结构，由于压电形状确定，则信号强且不受曲面曲率影响，制备工艺简单，在曲面测量中具有十分广阔的应用前景。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电形状确定的整体式薄膜压力传感器，包括封装层、电极层和功能层；其特征在于，功能层为薄膜结构，包括压电区和绝缘区，其中压电区的压电形状确定；电极层包括上电极、下电极，上电极和下电极分别对应设置在压电区的上、下一侧，将压电区的电信号引出；上、下电极在垂直于厚度方向上不重叠；封装层包裹在电极层的外侧；所述压电区的形状包括规则图形和不规则图形，其中规则图形包括圆形、长方形、三角形、椭圆形、多边形及十字形；不规则图包括蝌蚪形、剪纸型、折线型、S型、回字形、凹字形及环形。2.根据权利要求1所述的压电形状确定的整体式薄膜压力传感器，其特征在于，所述压电区设置为N个，N为大于等于1的自然数；所述压电区在同一张薄膜上；N个压电区为阵列排布。3.根据权利要求2所述的压电形状确定的整体式薄膜压力传感器，其特征在于：N个压电区并联设置。4.根据权利要求3所述的压电形状确定的整体式薄膜压力传感器，其特征在于，所述压电区与绝缘区为一张完整的薄膜上的不同部分。5.一种整体式薄膜压力传感器制备方法，其特征在于，包括以下步骤，S10、制备两面金属电极；S20、基于制备好的两面金属电极，进行目标区域极化，极化出具有确定压电形状的压电薄膜；S30、刻蚀上述金属电极，仅保留带有设定极化形状的薄膜；S40、采用磁控溅射方法制备压电薄膜的引出电极，用于电信号的输出；或者采用热蒸镀方式制备；S50、引出电极两侧，用绝缘材料对该结构进行封装。6.根据权利要求5所述的一种整体式薄膜压力传感器制备方法，其特征在于，所述步骤S10具体包括：S11、制备带圆孔的掩膜版...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丽，
申请(专利权)人：安徽省一翔贸易有限公司，
类型：发明
国别省市：