[發明專利]一種基于柔性電容的應變傳感器及其制造和測試方法

在審

• 申請號: 201610265838.2
• 申請日: 2016-04-25
• 公開（公告）號: CN105783696A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 秦國軒;劉昊;黃治塬;靳萌萌;黨孟嬌;王亞楠
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

1.一種基于柔性電容的應變傳感器，包括襯底(1)，其特征在于，所述的襯底(1)上 由下至上依次設置有底層金屬極板(2)、SiO介質層(3)和上層金屬極板(4)，所述的襯 底(1)上還設置有將所述的底層金屬極板(2)、SiO介質層(3)和上層金屬極板(4)全 部覆蓋在內的SU_8隔離屏蔽層(7)，所述SU_8隔離屏蔽層(7)的上端面分別設置有底層 金屬極板引出端頭(8)和上層金屬極板引出端頭(9)，所述的SU_8隔離屏蔽層(7)內設 置有用于底層金屬極板(2)與所述底層金屬極板引出端頭(8)相連接的底層金屬通孔(5)， 及用于上層金屬極板(4)與所述上層金屬極板引出端頭(9)相連接的上層金屬通孔(6)。

2.根據權利要求1所述的一種基于柔性電容的應變傳感器，其特征在于，所述的襯底(1) 為PET塑料襯底或PEN塑料襯底。

3.根據權利要求1所述的一種基于柔性電容的應變傳感器，其特征在于，所述的底層 金屬極板(2)和上層金屬極板(4)是由鈦與金構成。

4.根據權利要求1所述的一種基于柔性電容的應變傳感器，其特征在于，所述的底層 金屬通孔(5)和上層金屬通孔(6)內依次注入有鈦與金金屬。

5.一種權利要求1所述的基于柔性電容的應變傳感器的制造方法，其特征在于，包括 如下步驟：

1)襯底準備：選用塑料材質，用異丙醇和去離子水超聲震蕩清洗五分鐘取出，氮氣吹 干，熱板加熱烘干殘余溶液形成襯底；

2)在襯底表面淀積底層金屬極板；

3)在底層金屬極板上分別淀積SiO介質層和上層金屬極板；

4)在形成有底層金屬極板、SiO介質層和上層金屬極板的襯底上均勻地旋涂一層厚度為 1.3～1.5um的SU_8光刻膠，形成SU_8隔離屏蔽層，在SU_8隔離屏蔽層，進行光刻形成 兩個分別連通底層金屬極板和上層金屬極板的通孔，然后對SU_8隔離屏蔽層進行紫外線曝 光45～60秒使SU_8隔離屏蔽層發生交聯反應，再將旋涂有SU_8隔離屏蔽層的襯底放在 115～120℃熱板上堅膜1小時；

5)在所形成的兩個通孔內采用真空電子束蒸發淀積30nm厚度的Ti，再蒸發淀積Au填 滿通孔形成金屬通孔，用于底層金屬極板和上層金屬極板與外部電極連接；

6)在SU_8隔離屏蔽層的上表面旋涂負性光刻膠并光刻，依次采用真空電子束蒸發淀積 30nm厚度的Ti和800nm厚度的Au形成應變傳感器的電極層，然后用丙酮和超聲發生器對 應變傳感器的電極層進行剝離，進而形成柔性電容應變傳感器的電極。

6.根據權利要求5所述的基于柔性電容的應變傳感器的制造方法，其特征在于，步驟1) 所述的塑料材質是PET塑料或PEN塑料。

7.根據權利要求5所述的基于柔性電容的應變傳感器的制造方法，其特征在于，步驟2) 包括：在襯底表面旋涂負性光刻膠，用形成底層金屬極板的掩模板進行光刻，并依次采用真 空電子束蒸發淀積30nm厚度的Ti和400nm厚度的Au形成底層金屬，然后用丙酮溶液和超 聲發生器剝離掉底層金屬中非底層金屬極板的金屬層，形成底層金屬極板作為電容的底層電 極。

8.根據權利要求5所述的基于柔性電容的應變傳感器的制造方法，其特征在于，步驟3) 包括：采用負性光刻膠，光刻窗口并采用真空電子束蒸發淀積形成200nm厚度的SiO介質 層，然后依次蒸發淀積30nm厚度的Ti和400nm厚度的Au形成上層金屬，然后用丙酮溶液 和超聲發生器將SiO介質層和上層金屬極板一起進行剝離，形成上層金屬極板作為電容的上 層電極。

9.一種權利要求1所述的基于柔性電容的應變傳感器的測試方法，其特征在于，將基 于柔性電容的應變傳感器(10)緊密貼附于待測物體(11)的表面，基于柔性電容的應變傳 感器(10)的兩個電極引出端通過互連線(12)與電容檢測電路(13)相連，隨著待測物體 (11)發生形變，基于柔性電容的應變傳感器(10)的容值發生實時變化，電容檢測電路(13) 實時得到基于柔性電容的應變傳感器(10)當前的電容值并將電容值轉化成電壓值，從而得 到被測物體的形變量。