应变、温度及湿度互不敏感的可延展传感器的制备方法技术

本发明专利技术公开了应变、温度及湿度互不敏感的可延展传感器的制备方法，具体包括以下步骤：步骤1：制备湿度传感器；步骤2：制备温度传感器；步骤3：制备双轴应变传感器。步骤4：将上述步骤制备的湿度传感器、温度传感器以及应变传感器依次自上而下对准，在湿度传感器的顶部覆盖一层雕刻有镂空的TPU薄膜，处理后得到封装集成的应变、温度及湿度互不敏感的可延展传感器。本发明专利技术所制备的传感器实现每个传感器只对各自的物理刺激敏感，对其他测试干扰刺激进行抑制；在一定程度上够降低外置匹配电路的复杂性。基于其互耦抑制方法能够启发传感器集成设计，使得本方法有益于柔性集成传感部件在柔性表皮电子领域的应用。表皮电子领域的应用。表皮电子领域的应用。

【技术实现步骤摘要】
应变、温度及湿度互不敏感的可延展传感器的制备方法


[0001]本专利技术属于柔性电子及传感器件
，具体涉及一种应变、温度及湿度互不敏感的可延展传感器的制备方法。

技术介绍

[0002]随着柔性电子技术的快速发展，可延展传感器因其良好的拉伸性能而备受关注，尤其是在生理健康监测领域，通过柔性传感器件与表皮贴合实时监测皮肤各种生理信息成为了皮肤类疾病监护的重要手段，其中包括温度、湿度以及皮肤的应变信息，对人体的皮肤健康状况以及表皮肌肉活动管理至关重要。由于表皮体征信息种类度、信号微弱，传统单一功能的柔性传感器已经很难适应皮肤监测的需求，而多个传感器集成实现监测由存在严重的串扰问题；另外，基于微机械加工工艺(MEMS技术)制备的传感器虽然体积小，剖面低，有望成为皮肤体征监测传感部件的制备技术途径，但是加工过程中工序复杂、成品率低以及高成本的缺陷导致MEMS技术无法适用于批量化的多模传感器集成加工。
[0003]综合以上几点，为了实现表皮温度、湿度以及应变信息的精确采集以及降低传感器间的互耦串扰，在一定程度上，开发具有可延展能力的温湿度以及应变相互不敏感传感器以及探索多传感器集成加工技术是很有必要的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供应变、温度及湿度互不敏感的可延展传感器的制备方法，解决了目前柔性传感器的适应性和精度以及用户体验有待进一步提高的一部分问题。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是，
[0006]应变、温度及湿度互不敏感的可延展传感器的制备方法，具体包括以下步骤：
[0007]步骤1：通过热压印将PI薄膜固定在吸附于玻璃板上的TPU薄膜，对PI薄膜进行等离子体处理，再将碳纳米管溶液旋涂在PI薄膜表面，烘干得到湿度敏感薄膜；将导电薄膜置于纳秒激光器下对准、吸附，输入湿度传感器结构进行刻蚀，剥离残留物得到湿度传感器；
[0008]步骤2：通过热压印将PI薄膜固定在吸附于玻璃板上的TPU薄膜，对PI薄膜进行等离子体处理，再将处理过后的PI薄膜置于磁控溅射炉中，依次溅射铬靶材、金靶材、铂靶材，得到表面含铬、金、铂三种金属原子的PI温度敏感薄膜，将设计的湿度传感器结构导入纳秒激光器内，然后将制备的温度敏感薄膜通过真空吸附于激光刻蚀平台，通过激光烧蚀固定的温度敏感薄膜，剥离残留物得到温度传感器；
[0009]步骤3：通过热压印将PI薄膜固定在吸附于玻璃板上的TPU薄膜，对PI薄膜进行等离子体处理，然后将其置于磁控溅射炉中，依次溅射铬靶材和金靶材，得到表面含铬、金两种原子的PI应变敏感薄膜，将设计的应变传感器结构导入纳秒激光器内，然后将制备的应变敏感薄膜通过真空吸附在激光刻蚀平台上，通过激光烧蚀固定的应变敏感薄膜，然后剥离残留物得到应变传感器。
[0010]步骤4：将上述步骤制备的湿度传感器、温度传感器以及应变传感器依次自上而下
对准，在湿度传感器的顶部覆盖一层雕刻有镂空的TPU薄膜，形成传感器件，用热压机将传感器件热压固定，用纳米激光刻蚀制备自上而下导通的过孔，在过孔处注入低温回流焊锡，加热焊锡使其固化，最后刻蚀掉多余的TPU，得到封装集成的应变、温度及湿度互不敏感的可延展传感器。
[0011]本专利技术的特点还在于；
[0012]步骤1具体为：
[0013]PI薄膜的厚度为3～10μm，TPU薄膜的厚度为80～150μm，利用范德华力将TPU薄膜吸附于玻璃板，设定热压印机的压力为200～400kPa，温度120～150℃，时间30～90s，将PI薄膜固压印在TPU薄膜上，对PI薄膜进行等离子体处理30～60s，功率100～200w，再将5％～30％浓度的CNT溶液旋涂在PI薄膜表面，在烘台上70～100℃加热5～8min，得到湿度敏感薄膜；将设计的湿度传感蛇形网络结构数字文件导入纳秒激光器内，然后将薄膜通过真空吸附在激光刻蚀平台上，将固定好柔性薄膜的载玻片置于355nm紫外激光器下，输入预先设计的结构轮廓，通过调整紫外光的功率至3～5W和切割速度100～600mm/min进行1～3次循环切割，待全部轮廓切割完成，剥掉残留的薄膜，得到预设计的PI表面覆有CNT薄膜的湿度传感器。
[0014]步骤2具体为：
[0015]利用范德华力将TPU薄膜吸附于玻璃板，设定热压印机的压力为200～400kPa，温度120～150℃，时间30～90s，将PI薄膜固压印在TPU薄膜上，对PI薄膜进行等离子体处理30～60s，然后将PI薄膜置于磁控溅射炉G中依次溅射铬、金和铂靶材，分别溅射100～140s，180～240s，300～420s，得到温度敏感薄膜，将设计的温度传感蛇形网络结构数字文件导入纳秒激光器内，将温度敏感薄膜通过真空吸附在激光刻蚀平台上，载入预先设定的结构轮廓，通过调整紫外激光器D的功率至3～5W和切割速度300～600mm/min进行3～5次循环切割，待全部轮廓切割完成，剥掉残留物，得到预设计的PI表面覆有镀铂薄膜的温度传感器。
[0016]步骤3具体包括：
[0017]利用范德华力将TPU薄膜吸附于玻璃板，设定热压印机的压力为200～400kPa，温度120～150℃，时间30～90s，将PI薄膜固压印在TPU薄膜上，对PI薄膜进行等离子体处理30～60s，然后将PI薄膜置于磁控溅射炉G中依次溅射铬、金，分别溅射100～140s，240～360s，得到应变敏感薄膜，将设计的应变敏感S形结构数字文件导入纳秒激光器内，然后将敏感薄膜通过真空吸附在激光刻蚀平台上，将固定好柔性薄膜的载玻片置于355nm紫外激光器D下，输入预先设计的结构轮廓，通过调整紫外光的功率至3～5W和切割速度300～1000mm/min进行2～6次循环切割；待全部轮廓切割完成，剥掉残留物，得到预设计的PI表面覆有镀铂薄膜的应变传感器。
[0018]步骤4具体包括：
[0019]通过光学显微镜将制备的湿度传感器、温度传感器以及应变传感器依次自上而下对准，通过设定热压印机压力300～500kPa，温度120～150℃，时间90～180s，得到封装器件，将封装器件置于激光器下，通过预设的轮廓和过孔将封装器件进行对准，通过调整紫外光的功率至4～5W和切割速度100～300mm/min进行30～60次循环切割，得到器件，用注射器在过孔位置注入0.1～0.3mL的低温回流焊锡浆，置于烘台130～150℃条件下加热5～10mim待焊锡固化，即可得到应变、温度及湿度互不敏感的可延展传感器。
[0020]制备所得的传感器包括过孔焊锡柱体，顶层设置有湿度传感器，中间设置有温度传感器，底层设置双轴应变传感器，底层设置双轴应变传感器，层间设置有连接过孔和封装弹性薄膜。
[0021]本专利技术的有益效果是，本专利技术应变、温度及湿度互不敏感的可延展传感器的制备方法，提出了一种湿度传感器，通过对可拉伸湿度敏感材料进行激光加工，使其整体呈蛇形结构，实现了对于湿度的感知和对应变的不敏感，克服了传统硬质湿度传感器在检测人体表面湿度特征值时存在的诸如：佩戴舒适本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.应变、温度及湿度互不敏感的可延展传感器的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1：通过热压印将PI薄膜固定在吸附于玻璃板上的TPU薄膜，对PI薄膜进行等离子体处理，再将碳纳米管溶液旋涂在PI薄膜表面，烘干得到湿度敏感薄膜；将导电薄膜置于纳秒激光器下对准、吸附，输入湿度传感器结构进行刻蚀，剥离残留物得到湿度传感器(2)；步骤2：通过热压印将PI薄膜固定在吸附于玻璃板上的TPU薄膜，对PI薄膜进行等离子体处理，再将处理过后的PI薄膜置于磁控溅射炉中，依次溅射铬靶材、金靶材、铂靶材，得到表面含铬、金、铂三种金属原子的PI温度敏感薄膜，将设计的湿度传感器结构导入纳秒激光器内，然后将制备的温度敏感薄膜通过真空吸附于激光刻蚀平台，通过激光烧蚀固定的温度敏感薄膜，剥离残留物得到温度传感器(3)；步骤3：通过热压印将PI薄膜固定在吸附于玻璃板上的TPU薄膜，对PI薄膜进行等离子体处理，然后将其置于磁控溅射炉中，依次溅射铬靶材和金靶材，得到表面含铬、金两种原子的PI应变敏感薄膜，将设计的应变传感器结构导入纳秒激光器内，然后将制备的应变敏感薄膜通过真空吸附在激光刻蚀平台上，通过激光烧蚀固定的应变敏感薄膜，然后剥离残留物得到应变传感器；步骤4：将上述步骤制备的湿度传感器、温度传感器以及应变传感器依次自上而下对准，在湿度传感器的顶部覆盖一层雕刻有镂空的TPU薄膜，形成传感器件，用热压机将传感器件热压固定；整个传感器件共有五根引线，其中为四根正极线，一根为共地线，由于传感器分布在不同的层，为使所有传感器的一端均能与共地线相连接，用纳米激光刻蚀制备自上而下导通的过孔，在过孔处注入低温回流焊锡，加热焊锡使其固化，最后刻蚀掉多余的TPU，得到封装集成的应变、温度及湿度互不敏感的可延展传感器。2.根据权利要求1所述的应变、温度及湿度互不敏感的可延展传感器的制备方法，其特征在于，上述步骤1具体为：PI薄膜的厚度为3～10μm，TPU薄膜的厚度为80～150μm，利用范德华力将TPU薄膜吸附于玻璃板，设定热压印机的压力为200～400kPa，温度120～150℃，时间30～90s，将PI薄膜固压印在TPU薄膜上，对PI薄膜进行等离子体处理30～60s，功率100～200w，再将5％～30％浓度的CNT溶液旋涂在PI薄膜表面，在烘台上70～100℃加热5～8min，得到湿度敏感薄膜；将设计的湿度传感蛇形网络结构数字文件导入纳秒激光器内，然后将薄膜通过真空吸附在激光刻蚀平台上，将固定好柔性薄膜的载玻片置于355nm紫外激光器下，输入预先设计的结构轮廓，通过调整紫外光的功率至3～5W和切割速度100～600mm/min进行1～3次循环切割，待全部轮廓切割完成，剥掉残留的薄膜，得到预设计的PI表面覆有CNT薄膜的湿度传感器。3.根据权利要求1所述的应变、温度及...

【专利技术属性】
技术研发人员：高立波，徐洪成，王月皎，袁炀博，王卫东，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：