一种柔性多参数传感器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种柔性多参数传感器及其制造方法，属于柔性电子及传感器的技术领域。按照本发明专利技术提供的技术方案，所述柔性多参数传感器，包括柔性衬底，所述柔性衬底的上方设有探测敏感区，所述探测敏感区包括位于柔性衬底上方的压力敏感层、湿度敏感层及温度敏感层，所述湿度敏感层覆盖于压力敏感层上，温度敏感层覆盖于湿度敏感层上，温度敏感层上覆盖有保护层；探测敏感区内设有若干用于探测外界环境湿度的接触窗口，所述接触窗口贯通探测敏感区内相应的保护层与温度敏感层，并延伸到湿度敏感层的表面。本发明专利技术结构简单，能够使用卷对卷印刷法大批量制造，能探测压力、相对湿度、温度信号，适用范围广，使用方便，安全可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种传感器及其制造方法，尤其是，属于柔性电子及传感器的

技术介绍
柔性电子产品拥有质量轻、不易破损、透光性好、质地柔软、适用与不平整的表面、功耗低、易于大规模批量制造、成本低廉等特点，目前国内外已经有柔性显示器、柔性触摸屏、柔性发光二极管、柔性射频身份标签和柔性传感器等产品，正在逐步取代传统的硅基电子产品。其中，柔性传感器相对于传统的硅基传感器起步较晚，1985年，P. ff. Barth等人提出了一种基于硅二极管的柔性温度传感器，这也是目前柔性传感器结构的雏形。随后，随 着高分子聚合物材料以及微纳加工技术的发展，用于检测各种外部环境信号的柔性传感器正在消费电子、医疗电子、物联网技术、机器人仿生技术、军事甚至航空航天领域得到广泛的应用。然而，传统的传感器只能针对某种特定的信号进行探测，若要同时对多种信号进行探测，则需要将多种不同用途的传感器集成在同一个特定区域内使用，不仅使用繁琐，而且无法最大限度地利用产品的有效面积，生产和维护的成本均较高。于是，开发实现多种检测功能的多参数传感器成为国内外研究的热点。比较典型的，在国内，中科院电子学研究所于曾提出一种在刚性基板上集成的多参数(温度、压力、湿度)传感器，西安交通大学使用类似的制造工艺，制造出一种能够同时测量温度、压力、湿度和加速度信号的多参数刚性传感器，中国科学院合肥智能机械研究所拥有单独的三轴力以及温度柔性传感器的专利技术专利，合肥工业大学曾提出过一种触觉和温度敏感的二参数多功能柔性传感器，中国科学院上海微系统研究所曾开发出一种二轴力柔性触觉传感器。在国际上，澳大利亚皇家墨尔本理工大学与2000年提出了一种能够探测臭氧、湿度以及温度的三参数多功能传感器，但为刚性传感器；2003年，美国密歇根大学专利技术了一种能够探测温度、压力、相对湿度的电容式多参数传感器，但也为刚性器件；2005年，日本东京大学提出了一种基于晶体管的能够探测压力和温度的多参数柔性传感器；最近的，2012年，韩国成均馆大学同样利用有机物晶体管，在柔性基板上制作了透明的压力和温度敏感的传感器器件。分析上述国内外研究情况可知，目前在刚性传感器领域已有能够探测三种甚至更多外部信号的技术；但在柔性传感器领域，多种原理简单的单参数传感器未能有效集成为一体实现多参数探测，采用新型结构多参数柔性传感器的最多只能同时探测两种外界信号，而且需要制造复杂的晶体管结构以及对输出信号进行解耦合，不仅制作工艺相对复杂，而且使用不便。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供，其结构简单，制造方便，能探测压力、相对湿度、温度信号，适用范围广，使用方便，安全可靠。按照本专利技术提供的技术方案，所述柔性多参数传感器，包括柔性衬底，所述柔性衬底的上方设有探测敏感区，所述探测敏感区包括位于柔性衬底上方的压力敏感层、湿度敏感层及温度敏感层， 所述湿度敏感层覆盖于压力敏感层上，温度敏感层覆盖于湿度敏感层上，温度敏感层上覆盖有保护层；探测敏感区内设有若干用于探测外界环境湿度的接触窗口，所述接触窗口贯通探测敏感区内相应的保护层与温度敏感层，并延伸到湿度敏感层的表面。所述柔性衬底上设有柔性基板平滑层，压力敏感层通过柔性基板平滑层设置在柔性衬底上。所述探测敏感区包括第一区域、第二区域、第三区域及第四区域，第一区域与第三区域为对称区域，第二区域与第四区域为对称区域，第一区域、第二区域、第三区域及第四区域依次连接后形成矩形状区域；第一区域、第二区域、第三区域及第四区域内的敏感区域通过隔离沟槽隔离后均呈矩形锯齿状分布；探测敏感区内的压力敏感层、温度敏感层分别与探测敏感区外的压力敏感层接触板、温度敏感层接触板连接，所述温度敏感层接触板、压力敏感层接触板均位于柔性衬底的上方。所述探测敏感区内设有印刷光刻伪结构，所述印刷光刻伪结构贯通探测敏感区内的保护层、温度敏感层、湿度敏感层及压力敏感层直至的表面。所述柔性衬底的材料为聚对苯二甲酸乙二酯、聚对萘二甲酸乙二酯、聚醚醚酮、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对二甲苯、聚对乙烯基苯酚、苯并环丁烯、聚醚砜、光刻胶、硅橡胶中的一种或几种。所述压力敏感层接触板与压力敏感层为同一制造层，温度敏感层接触板与温度敏感层为同一制造层。一种柔性多参数传感器的制造方法，所述柔性多参数传感器制造方法包括如下步骤 a、提供柔性衬底，并在柔性衬底上依次设置压力敏感层、湿度敏感层、温度敏感层及印刷光刻胶层； b、利用图形化和腐蚀的工艺，依次对印刷光刻胶层、温度敏感层、湿度敏感层及压力敏感层进行图形化处理，以在柔性衬底上形成所需的探测敏感区与保护层，所述探测敏感区包括若干用于探测外界环境湿度的接触窗口，所述接触窗口贯通探测敏感区内相应的保护层与温度敏感层，直至湿度敏感层的表面。所述步骤b中，包括如下步骤 bl、利用印刷光刻模板对印刷光刻胶层进行紫外线印刷光刻，以在印刷光刻胶层中形成作为下述腐蚀工艺掩膜的三维结构； b2、剥离印刷光刻模板，对上述形成三维结构的印刷光刻胶层进行各向异性腐蚀，并对压力敏感层、湿度敏感层、温度敏感层依次进行腐蚀，以在柔性衬底的上方形成隔离沟槽，所述隔离沟槽贯通印刷光刻胶层、温度敏感层、湿度敏感层及压力敏感层，并延伸至柔性衬底的表面； b3、对上述印刷光刻胶层再次进行各向异性腐蚀，去除压力敏感层上相应区域的印刷光刻胶层、温度敏感层及湿度敏感层，以形成压力敏感层接触板；b4、对上述印刷光刻胶层进行第三次各向异性腐蚀，去除湿度敏感层上相应区域的印刷光刻胶层及温度敏感层，以在湿度敏感层上形成用于接触外界环境的接触窗口 ； b5、对上述印刷光刻胶层进行第四次各向异性腐蚀，去除温度敏感层上相应区域的印刷光刻胶层，以形成温度敏感层接触板，温度敏感层上对应的印刷光刻胶层形成保护层。一种类似的技术方案，一种柔性多参数传感器的制造方法，所述柔性多参数传感器的制造方法包括如下步骤 Si、提供柔性衬底，并在柔性衬底上设置所需的压力敏感层材料，选择性地掩蔽和刻蚀压力敏感层材料，以在柔性衬底上形成压力敏感层、隔离沟槽及压力敏感层接触板，所述压力敏感层接触板与压力敏感层连接； s2、在压力敏感层上设置湿度敏感层材料，选择性地掩蔽和刻蚀湿度敏感层材料，去除压力敏感层接触板上的湿度敏感层材料，以形成与压力敏感层形状相一致的湿度敏感层；S3、在上述湿度敏感层上设置温度敏感层材料，选择性地掩蔽和刻蚀温度敏感层材料，以形成温度敏感层及若干贯通温度敏感层的接触窗口； s4、在上述温度敏感层上涂覆光刻胶层，选择性地掩蔽和刻蚀光刻胶层，以暴露出接触窗口及所需的温度敏感层接触板，并得到保护层。所述步骤Si中，在提供柔性衬底后，在柔性衬底上涂覆并固化柔性基板平滑层，压力敏感层形成于柔性基板平滑层上。本专利技术的优点 I、本专利技术提出的一种柔性多参数传感器的结构，是能够同时探测压力、相对湿度、温度这三个参数的柔性结构；压力探测利用的是薄膜微应变计原理，相对湿度探测利用的是平行板电容器结构中介电质在不同湿度环境中介电常数不同导致电容值不同的原理，温度探测利用的是薄膜电阻式温度计的原理，三种敏感材料形成简单的平行板电容器结构，实现方法简单。2、本专利技术提出一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性多参数传感器，其特征是：包括柔性衬底（7），所述柔性衬底（7）的上方设有探测敏感区，所述探测敏感区包括位于柔性衬底（7）上方的压力敏感层（6）、湿度敏感层（2）及温度敏感层（5），所述湿度敏感层（2）覆盖于压力敏感层（6）上，温度敏感层（5）覆盖于湿度敏感层（2）上，温度敏感层（5）上覆盖有保护层（13）；探测敏感区内设有若干用于探测外界环境湿度的接触窗口（9），所述接触窗口（9）贯通探测敏感区内相应的保护层（13）与温度敏感层（5），并延伸到湿度敏感层（2）的表面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：秦毅恒，明安杰，
申请(专利权)人：江苏物联网研究发展中心，
类型：发明
国别省市：