[發明專利]一種電容式壓力傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201510513013.3
• 申請日: 2015-08-19
• 公開（公告）號: CN105136351B
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: 聶萌;章丹;黃慶安
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14;G01L9/12
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種壓力傳感器，具體來說，涉及一種電容式壓力傳感器及其制備方法。

背景技術

傳統的硅基壓力傳感器由于傳感器整體不可彎曲變形的特點，導致其在生物醫學等眾多領域的使用少之又少。同時，許多領域都急需可彎曲變形的柔性壓力傳感器以供使用。現有的采取變面積式的電容式壓力傳感器都是硅基壓力傳感器。由于單晶硅、多晶硅以及氧化硅、氮化硅的柔性遠不如一些聚合物材料，所以這就導致其靈敏度不好、量程不大從而使得應用范圍不廣。

發明內容

技術問題：本發明所要解決的技術問題是：提供一種電容式壓力傳感器及其制備方法，該壓力傳感器不僅具有可彎曲變形的特性，而且靈敏度高、量程廣。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種電容式壓力傳感器，該壓力傳感器包括柔性襯底、下金屬電極板、LCP絕緣介質層、金屬引線和石墨烯電極板；柔性襯底和下金屬電極板粘合，柔性襯底中設有真空密封腔，真空密封腔的頂面為下金屬電極板的底面；LCP絕緣介質層連接在下金屬電極板的上表面，且LCP絕緣介質層覆蓋部分下金屬電極板；LCP絕緣介質層位于真空密封腔的上方，且覆蓋整個真空密封腔；金屬引線連接在LCP絕緣介質層的上表面；石墨烯電極板連接在LCP絕緣介質層的上表面和金屬引線的部分上表面。

作為優選，所述的柔性襯底為LCP材料制成。

作為優選，所述的金屬引線位于真空密封腔正上方的外側。

作為優選，所述的石墨烯電極板覆蓋LCP絕緣介質層整個上表面。

一種上述的電容式壓力傳感器的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

第一步：在柔性襯底表面涂上第一光刻膠層，第一光刻膠層覆蓋柔性襯底部分表面；

第二步：在柔性襯底和第一光刻膠層上濺射一鋁層；

第三步：去除第一光刻膠和位于第一光刻膠上的鋁層，形成鋁掩膜；

第四步：對裸露出來的柔性襯底進行DRIE腐蝕，形成凹槽；

第五步：腐蝕去除鋁掩膜；

第六步：利用層壓工藝將LCP絕緣介質層與金屬箔壓制連接；金屬箔作為下金屬電極板；

第七步：利用層壓工藝將上表面覆有LCP絕緣介質層的下金屬電極板與柔性襯底粘合，形成真空密封腔；

第八步：在LCP絕緣介質層部分表面和裸露出來的下金屬電極板的表面涂上第二光刻膠層；

第九步：在第二光刻膠層表面和LCP絕緣介質層的裸露表面濺射一金屬層；

第十步：去除第二光刻膠層及位于第二光刻膠層上的金屬薄層，形成金屬引線；

第十一步：在金屬引線的部分表面和下金屬電極板裸露的上表面部分分別貼上膠布；

第十二步：在膠布、金屬引線和LCP絕緣介質層的表面旋涂一層氧化石墨烯薄膜；

第十三步：撕去膠布以及位于膠布上的氧化石墨烯薄膜；

第十四步：進行高溫加熱，將氧化石墨烯薄膜還原成石墨烯薄膜，形成石墨烯電極板，從而制成傳感器。

有益效果：與現有的硅基電容式壓力傳感器相比，本發明具有以下有益效果：壓力傳感器可彎曲變形，在彎曲變形的情況下能夠很好的工作，且靈敏度高。利用柔性材料LCP分別制成壓力傳感器的襯底和絕緣介質層薄膜。當外界壓力施加于傳感器，使得傳感器的石墨烯電極板、LCP絕緣介質層、下金屬電極板一同發生撓曲變形，這就使得兩基板之間的面積增大，導致電容增大。上電極板由石墨烯構成，中間絕緣介質層由LCP薄膜構成，由于LCP薄膜的楊氏模量要低于單晶硅、多晶硅，所以受到相同的力，LCP薄膜的撓曲會更加大。同時，LCP材料的相對介電常數在3左右,比用真空作為絕緣介質層好很多。因為LCP材料相對介電常數要大于真空，會導致電容基數大，所以采用LCP材料做中間絕緣介質層要好于真空。這使得傳感器的靈敏度得到大大地提高。由于本實施例的壓力傳感器在襯底彎曲變形的情況下，依然可以很好的工作，彌補了傳統硅基電容式壓力傳感器不可彎曲變形的缺陷，并且傳感器的結構使得傳感器的靈敏度得到極大地提高，可以廣泛使用在氣壓檢測、生物醫學等領域。

附圖說明

圖1為本發明實施例的剖視圖。

圖2為本發明實施例中制備方法的第一步的結構示意圖。

圖3為本發明實施例中制備方法的第二步的結構示意圖。

圖4為本發明實施例中制備方法的第三步的結構示意圖。

圖5為本發明實施例中制備方法的第四步的結構示意圖。

圖6為本發明實施例中制備方法的第五步的結構示意圖。