一种包括微结构的柔性温度传感器及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种包括微结构的柔性温度传感器及制备方法，一种包括微结构的柔性温度传感器，包括从下到上依次设置的设有锥状微结构的基片、第一柔性层、导电层、第二柔性层，所述锥状微结构一体成型于所述基片，所述锥状微结构的顶部凸出于所述第二柔性层，所述导电层包括温度传感器、用于输出温度信号的输出组件，所述输出组件包括温度信号接口、一端与所述温度信号接口连接另一端与所述温度传感器连接的温度信号输出导线，与表皮贴合度高、不产生运动伪影，提高了柔性温度传感器监测信号的准确性。的准确性。的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种包括微结构的柔性温度传感器及制备方法


[0001]本专利技术涉及柔性电子器件微加工
，具体涉及一种包括微结构的柔性温度传感器及制备方法。
技术背景
[0002]随着电子科学技术的快速发展，便携式智能可穿戴电子产品逐步进入大众视野，尤其在人体健康跟踪和生理信号实时监测等方面崭露头角。为了满足人们对健康身体和美好生活的追求，越来越多的科研工作者立足于柔性电子领域，致力于研发可用于人体生理信号监测的柔性可穿戴器件。
[0003]温度传感器作为一种常用的传感器类型，是利用NTC的阻值随温度变化的特性，将非电学的物理量转换为电学量，从而可以进行温度精确测量与自动控制的半导体器件，可用于监测人体体温，随着柔性可穿戴技术的发展，温度传感器的发展也趋于柔性化，但是常见的温度传感器仅有柔性，可以弯曲，可贴于表皮进行信号采集，但人体运动时温度传感器会产生移动，与表皮的贴合度差，易产生运动伪影，不利于长时间的温度监测。
[0004]公开号为CN201922165742.0的中国专利，公开了一种柔性贴片式温度传感器，包括柔性基底、金属丝网、柔性绝缘层以及传感器阵列，由于柔性基底、金属丝网以及柔性绝缘层均具柔韧性性，因此这些材料本身均可在外力作用下弯曲，可适合结构设计复杂、布局空间有限或结构件的测点位置为曲面、柱面等复杂的表面情况，但是该方案对于静止状态下的表皮贴合较好，但在动态情况下，还是会与表皮组织存在相对位移，而产生伪影，影响温度监测的准确性。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种包括微结构的柔性温度传感器及制备方法，与表皮贴合度高、不产生运动伪影，提高了柔性温度传感器监测信号的准确性。
[0006]本专利技术人发现，凸设有针状微结构的柔性温度传感器可以通过该微结构刺入皮肤，将所述柔性温度传感器与表皮的位置相对固定，即可减少运动对人体皮肤表面温度检测的影响，避免运动伪影，提高了温度检测的精确度。
[0007]但是实施该方案的难点在于，为防止柔性温度传感器的一端翘起，所设置的微结构的个数应为多个，而为避免微结构插入过深给待测者带来疼痛感，微结构的高度应控制在200μm以下，一方面，由于该微结构的体积小，制备困难，另一方面，微结构固定于柔性温度传感器也存在难度，若固定不牢，则在运动中微结构与柔性温度传感器分离，仍会造成柔性温度传感器的脱落；同时，保持各微结构高度的一致性也十分重要，各微结构等深度插入有利于柔性温度传感器与表皮的均匀贴合，提高检测的准确度。
[0008]本专利技术人经过艰难的尝试后，发现对硅片进行光刻蚀后再经HNA同性腐蚀，可得到与硅片一体成型的且满足高度要求的微结构，再在此具备微结构的硅片上制备温度传感器元件，即可得到与表皮贴合度高且不易脱落的柔性温度传感器，基于此，创立了本申请。
[0009]根据本专利技术的第一方面，提供一种包括微结构的柔性温度传感器，包括从下到上依次设置的设有锥状微结构的基片、第一柔性层、导电层、第二柔性层，所述锥状微结构的底面一体成型于所述基片，所述锥状微结构的顶部凸出于所述第二柔性层，所述导电层包括温度传感器、用于输出温度信号的输出组件，所述输出组件包括温度信号接口、一端与所述温度信号接口连接另一端与所述温度传感器连接的温度信号输出导线，所述温度传感器，是由Au构成的具有高电阻性能的细导线，其线宽较导线细很多，线宽20um左右，基于温阻效应，随着温度的变化，其电阻也随之变化，此处值得注意的是，第一柔性层与第二柔性层并不覆盖所述锥状微结构，位置上并不发生交叠，但所述锥状微结构在高度上凸出于所述第一柔性层及第二柔性层，以实现所述锥状微结构作为定位点的定位功能，所述第一柔性层用于承载所述导电层，所述第二柔性层用于覆盖保护所述导电层，即所述第一柔性层与第二柔性层的图形与所述导电层的图形相同，都具有镂空部分，所述导电层的图形由温度传感器及用于输出温度信号的输出组件呈现的图形对应，本方案中温度传感器所呈现的图形为蜿蜒的S型曲线往复弯折而形成，所述输出温度信号的输出组件所呈现的图形由蛇形导线及与之相接的接口而形成，相对于全面覆盖基片而言，本方案的柔性温度传感器整体具备可延展性及可拉伸性能。
[0010]优选地，所述锥状微结构至少包括4个，也可以为6个、8个、10个，所述锥状微结构分布于所述温度传感器周围，可以使得温度传感器各方位都被定位，贴合度高，避免运动尾影。
[0011]优选地，所述锥状微结构的高度相等，各微结构等深度插入有利于柔性温度传感器与表皮的均匀贴合，提高检测的准确度。
[0012]优选地，所述锥状微结构的高度为80
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200μm，底部直径为100um，过高的锥状微结构刺入皮肤的深度过大，会使待测者感到疼痛不适，但过低的锥状微结构刺入皮肤的深度过浅，会在剧烈运动情况下与表皮脱落。
[0013]优选地，所述温度信号输出导线为蛇形导线，所述温度传感器与蛇形导线之间形成一种岛桥结构，所述蛇形导线，其线宽为100um，结构如蛇形一样，蜿蜒曲折，其拉直时的长度与未拉直时的长度相比，长度增长大概30%
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50%，代表具有30%
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50%的延展性，可随皮肤的变形而形变，能够使得柔性温度传感器具有一定的延展性能，提高了可拉伸性能，能够适应皮肤的延展性，可以使器件很好的贴合在皮肤表面。
[0014]进一步地，所述设有锥状微结构的基片的制备方法如下：S1.在硅片上旋涂光刻胶，利用用于微结构定位的第一掩膜版作光刻模板进行光刻蚀，得到一体成型的设有微结构的基片；S2.将所述设有微结构的基片置于HNA溶液中，进行各向同性腐蚀，尖端化所述微结构，即得设有锥状微结构的基片。
[0015]上述设有锥状微结构的基片的制备机理如下：首先在基片上设计好微结构的位置，制作第一掩膜版，第一掩膜版用于遮盖硅片上除微结构部分的其他区域，光蚀刻的过程为现有技术，具体如下：通过光刻机进行曝光处理，即将图形部分即硅片上除微结构部分的其他区域的光刻胶变性，利用显影液将变性的光刻胶去除，从而将图形部分从掩膜版转移到光刻胶上；利用光刻胶作为各向异性刻蚀的掩膜，通入SF6气体，对基片进行轰击，刻蚀过程是反复执行一个步骤，即刻蚀一段距离后，停止刻蚀，再进行侧壁氧化处理，避免后续刻
蚀过程对侧壁进行刻蚀反复执行上述过程，即可得到微结构，通过干法刻蚀，通入反应气体，将掩膜之外的地方反应掉，且反应具备一定的深度，即后续微结构形成的高度80
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200μm；再对微结构进行各向同性腐蚀处理，将其放置在HNA溶液中，腐蚀5分钟，HNA各向同性腐蚀，形成锥结构的机理为：静态环境下，HNA溶液具备上下离子浓度差，而上面离子浓度大，腐蚀速率大，下面腐蚀速率小，会形成微结构上部变细变尖的情况，使得其上端变尖，即形成锥结构，有利于微结构刺入皮肤，减小运动伪影。
[0016]根据本专利技术的第二方面，提供包括微结构的柔性温度传感器的制备方法，包括以下步骤：K1.在硅片上旋涂光刻胶，利用用于微结构定位的第一掩膜版作光刻模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包括微结构的柔性温度传感器，其特征在于，包括从下到上依次设置的设有锥状微结构的基片（1）、第一柔性层（2）、导电层（3）、用于覆盖所述导电层（3）的第二柔性层（6），所述锥状微结构（4）一体成型于所述基片，所述锥状微结构（4）的高度大于所述第一柔性层（2）与所述第二柔性层（6）之和，所述导电层（3）包括温度传感器（31）、用于输出温度信号的输出组件（32），所述输出组件包括温度信号接口（33）、一端与所述温度信号接口（33）连接另一端与所述温度传感器（31）连接的温度信号输出导线（34）。2.根据权利要求1所述的一种包括微结构的柔性温度传感器，其特征在于，所述锥状微结构（4）至少包括4个，所述锥状微结构（4）分布于所述温度传感器（31）周围。3.根据权利要求2所述的一种包括微结构的柔性温度传感器，其特征在于，所述锥状微结构（4）的高度相等。4.根据权利要求3所述的一种包括微结构的柔性温度传感器，其特征在于，所述锥状微结构（4）的高度为80
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200μm。5.根据权利要求1所述的一种包括微结构的柔性温度传感器，其特征在于，所述温度信号输出导线（34）为蛇形导线。6.根据权利要求1所述的包括微结构的柔性温度传感器，其特征在于，所述设有锥状微结构的基片（1）的制备方法如下：S1.在硅片上旋涂光刻胶，利用用于微结构定位的第一掩膜版作光刻模板进行光刻蚀，得到一体成型的设有微结构的基片；S2.将所述设有微结构的基片置于HNA溶液中，进行各向同性腐蚀，尖端化所述微结构，即得设有锥状微结构的基片（1）。7.一种如权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：纪华伟，王明雨，杨帆，徐泽，吕博，戚安琪，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：