CN103091003A - 一种基于柔性基板的无源无线压力传感器的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于柔性基板的无源无线压力传感器的制备方法，步骤10）制备上柔性基板：在该柔性基板的上表面电镀上金属层，在上金属层上光刻形成电容上极板和平面电感线圈，钻孔形成上通孔；步骤20）制备中柔性基板：在该柔性基板上钻孔，形成空腔和中通孔；步骤30）制备下柔性基板：在该柔性基板的下表面电镀下金属层，接着钻孔形成下通孔；步骤40）制成电容：采用层压工艺，使得上柔性基板、中柔性基板和下柔性基板固定连接，制成压力传感器的电容；步骤50）制成压力传感器：电镀上通孔、中通孔和下通孔，形成导线，制成无源无线压力传感器。该制备方法可批量化、大规模生产电容式压力传感器，工艺简单，并且一致性、可靠性高。

Description

一种基于柔性基板的无源无线压力传感器的制备方法

技术领域

本发明涉及一种压力传感器的制备方法，具体来说，涉及一种基于柔性基板的无源无线压力传感器的制备方法。

技术背景

压力传感器广泛应用于多种场合，在有些特殊应用场合，比如：人体内部、食品包装等密封环境，需要压力传感器具备无线遥测能力。目前无线遥测压力传感器包括两大类：有源遥测和无源遥测。有源遥测是指传感系统中带有电源，这种遥测方式可以双向长距离传输传感器信号，但是其系统复杂、尺寸大，而且电池需要更换。无源遥测是指传感系统中没有电源，利用电感耦合或射频（RF）反射调制实现信号的获取，这种遥测方式信号传输距离短，但是体积小、不需要更换电池，理论上可以无限期工作。其中，LC无源无线压力传感器是无源遥测中的最主要的一类。LC无源无线压力传感器通常是由一个压力敏感电容和一个电感线圈构成的LC谐振回路，电感线圈即作为LC回路中的电感元件，同时也承担着压力信号的无线输出功能。当压力发生变化时，电容随着改变，进而影响LC回路的谐振频率，并通过电感耦合的方式把信号传递出去。

目前，LC无源无线压力传感器通常是由微电子机械加工（文中简称：MEMS）压敏电容和电感构成。该电感可以是和电容传感器集成在一起的片上电感，但是这种电感一般很难获得较高的品质因数Q，从而限制了器件的整体特性；另外也可以采用外部绕制的金属丝电感线圈，但是这将使得器件的尺寸增加，而且难以批量加工。另外目前常用多晶硅作为变形极板，力学性能不如柔性基板，且柔性基板的厚度可以灵活改变。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于柔性基板的无源无线压力传感器的制备方法，该制备方法可批量化、大规模生产电容式压力传感器，工艺简单，并且一致性、可靠性高。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于柔性基板的无源无线压力传感器的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤10）制备上柔性基板：选取一块柔性基板，然后在该柔性基板的上表面电镀一层上金属层，并采用刻蚀工艺，在上金属层上光刻形成电容上极板、带有内连接线和外连接线的平面电感线圈，平面电感线圈的内连接线与电容上极板连接，接着在该柔性基板钻孔，形成上通孔，上通孔和平面电感线圈的外连接线的末端位于相同位置，从而制得上柔性基板；

步骤20）制备中柔性基板：选取第二块柔性基板，然后在该柔性基板上钻孔，形成空腔和中通孔，从而制得中柔性基板；

步骤30）制备下柔性基板：选取第三块柔性基板，然后采用电镀工艺，在该柔性基板的下表面电镀一层下金属层，随后采用刻蚀工艺，在下金属层上光刻电容下极板和下连接线，接着在下柔性基板钻孔，形成下通孔，下通孔与下连接线的末端位于相同位置，从而制得下柔性基板；

步骤40）制成电容：将步骤10）制得的上柔性基板、步骤20）制得的中柔性基板和步骤30）制得的下柔性基板按照从上向下的顺序排布，并使得上柔性基板的上通孔、中柔性基板的中通孔和下柔性基板的下通孔相通，中柔性基板的空腔位于上柔性基板的电容上极板和下柔性基板的电容下极板之间，且上柔性基板的电容上极板和下柔性基板的电容下极板相对，然后采用层压工艺，对上柔性基板、中柔性基板和下柔性基板层压，使得上柔性基板、中柔性基板和下柔性基板固定连接，制成压力传感器的电容；

步骤50）制成压力传感器：采用电镀工艺，电镀上通孔、中通孔和下通孔，形成导线，该导线将外连接线和下连接线连接，形成振荡回路，制成无源无线压力传感器。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）可以批量化、大规模生产。本发明制备方法采用柔性基板作为无源无线传感器的上下电容基板，制成电容式压力传感器。通过对基板上电镀金属，并且刻蚀形成电感，构成无源无线压力传感器。该压力传感器不需要复杂的MEMS工艺，通过层压形成空腔，工艺简单，可以实现批量化大规模生产。

（2）性能佳。本发明的制备方法制备的传感器，电容的上下极板采用柔性基板，其力学特性和长期稳定性远高于通常所用的多晶硅材料。另外，柔性基板的厚度方便调整，可以方便改变电容值。电容的面积小。本电容中包含空腔、上柔性基板和下柔性基板，上柔性基板和下柔性基板介电系数高，所以电容值较大，相对于制作同样要求的电容值，电容面积可以做的较小。

（3）制备的器件精度高，损耗小。本发明的制备过程中利用通孔及导线，实现走线互联，避免使用外部引线，引入寄生电感，有效提高传感器的工作效率。这也提高了器件的精度，降低了损耗。

（4）一致性、可靠性高。本发明制作时，只需要将上柔性基板、中柔性基板、下柔性基板三层基板对准，一致性高。

附图说明

图1是本发明步骤10）制成器件的结构示意图。

图2是本发明步骤20）制成器件的结构示意图。

图3是本发明步骤30）制成器件的结构示意图。

图4是本发明步骤40）制成器件的结构示意图。

图5是本发明步骤50）制成器件的结构示意图。

图6是本发明制备的压力传感器的结构爆炸图。

图中有：上金属层1、上柔性基板2、中柔性基板3、下柔性基板4、下金属层5、导线6、空腔7、电容上极板8、平面电感线圈9、内连接线10、外连接线11、电容下极板12、下连接线13、上通孔14、中通孔15、下通孔16。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。

本发明的基于柔性基板的无源无线压力传感器的制备方法，包括以下步骤：

步骤10）制备上柔性基板2：如图1所示，选取一块柔性基板，然后在该柔性基板的上表面电镀一层上金属层1，并采用刻蚀工艺，在上金属层1上光刻形成电容上极板8，以及带有内连接线10和外连接线11的平面电感线圈9。平面电感线圈9的内连接线10与电容上极板8连接。接着在该柔性基板钻孔，形成上通孔14。上通孔14和平面电感线圈9的外连接线11的末端位于相同位置，从而制得上柔性基板2。

步骤20）制备中柔性基板3：如图2所示，选取第二块柔性基板，然后在该柔性基板上钻孔，形成空腔7和中通孔15，从而制得中柔性基板3。空腔7位于中柔性基板3的中部为佳。空腔7位于中柔性基板3中部，可以减小传感器的体积。综合考虑平面电感的电感量以及品质因数Q值，平面电感一般采取中空结构。这样把平面电容置于该区域，就不会增加器件的整体尺寸。

步骤30）制备下柔性基板4：如图3所示，选取第三块柔性基板，然后采用电镀工艺，在该柔性基板的下表面电镀一层下金属层5，随后采用刻蚀工艺，在下金属层5上光刻电容下极板12和下连接线13，接着在下柔性基板4钻孔，形成下通孔16，下通孔16与下连接线13的末端位于相同位置，从而制得下柔性基板4。

步骤40）制成电容：如图4所示，将步骤10）制得的上柔性基板2、步骤20）制得的中柔性基板3和步骤30）制得的下柔性基板4按照从上向下的顺序排布，并使得上柔性基板2的上通孔14、中柔性基板3的中通孔15和下柔性基板4的下通孔16相通，中柔性基板3的空腔7位于上柔性基板2的电容上极板8和下柔性基板4的电容下极板12之间，且上柔性基板2的电容上极板8和下柔性基板4的电容下极板12相对，然后采用层压工艺，对上柔性基板2、中柔性基板3和下柔性基板4层压，使得上柔性基板2、中柔性基板3和下柔性基板4固定连接，制成压力传感器的电容。

步骤50）制成压力传感器：如图5所示，采用电镀工艺，电镀上通孔14、中通孔15和下通孔16，形成导线6，导线6将外连接线11和下连接线13连接，形成振荡回路，制成无源无线压力传感器。

进一步，所述的步骤10）制得的上柔性基板2、步骤20）制得的中柔性基板3和步骤30）制得的下柔性基板4具有相同的尺寸。柔性基板具有相同的尺寸，有利于后续对准层压工艺，便于制造。

如图6所示，上述制备方法制备的基于柔性基板的无源无线压力传感器，包括从上向下依次布置且固定连接的上金属层1、上柔性基板2、中柔性基板3、下柔性基板4和下金属层5。上柔性基板2、中柔性基板3和下柔性基板4均采用柔性材料制成，例如柔性材料采用聚酰亚胺（PI）、液晶高分子聚合物(LCP)，或者聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。上柔性基板2、中柔性基板3和下柔性基板4上设有相通的上通孔14、中通孔15和下通孔16通孔。中柔性基板3上设有空腔7。上金属层1包括平面电感线圈9和电容上极板8。电容上极板8位于平面电感线圈9的中间。也就是说，平面电感线圈9绕在电容上极板8外侧周边。平面电感线圈9上设有内连接线10和外连接线11。内连接线10和电容上极板8连接。下金属层5包括电容下极板12和下连接线13。电容下极板12与电容上极板8尺寸相同，且电容下极板12与电容上极板8位置相对。下连接线13的一端与电容下极板12连接。上金属层1的平面电感线圈9的外连接线11通过电镀在通孔中的导线6与下金属层5的下连接线13连接。中柔性基板3的空腔7位于电容上极板8和电容下极板12之间。

本发明的制备方法，采用柔性基板制作压力传感器，有机封装基板量产技术较为成熟，成本最低，同时能制作高品质因子的无源元件与高密度的互连线路，工艺简单，可以实现批量化大规模生产。同时，本发明制备的器件精度高，损耗小。本发明的制备过程中利用通孔及导电胶实现走线互联，避免使用外部引线，引入寄生电感，有效提高传感器的工作效率。本发明的制备方法将无源元件埋入基板，使基板功能化，实现真正意义上的系统集成。

Claims (3)

1.一种基于柔性基板的无源无线压力传感器的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

步骤10）制备上柔性基板（2）：选取一块柔性基板，然后在该柔性基板的上表面电镀一层上金属层（1），并采用刻蚀工艺，在上金属层（1）上光刻形成电容上极板（8）、带有内连接线（10）和外连接线（11）的平面电感线圈（9），平面电感线圈（9）的内连接线（10）与电容上极板（8）连接，接着在该柔性基板钻孔，形成上通孔（14），上通孔（14）和平面电感线圈（9）的外连接线（11）的末端位于相同位置，从而制得上柔性基板（2）；

步骤20）制备中柔性基板（3）：选取第二块柔性基板，然后在该柔性基板上钻孔，形成空腔（7）和中通孔（15），从而制得中柔性基板（3）；

步骤30）制备下柔性基板（4）：选取第三块柔性基板，然后采用电镀工艺，在该柔性基板的下表面电镀一层下金属层（5），随后采用刻蚀工艺，在下金属层（5）上光刻电容下极板（12）和下连接线（13），接着在下柔性基板（4）钻孔，形成下通孔（16），下通孔（16）与下连接线（13）的末端位于相同位置，从而制得下柔性基板（4）；

步骤40）制成电容：将步骤10）制得的上柔性基板（2）、步骤20）制得的中柔性基板（3）和步骤30）制得的下柔性基板（4）按照从上向下的顺序排布，并使得上柔性基板（2）的上通孔（14）、中柔性基板（3）的中通孔（15）和下柔性基板（4）的下通孔（16）相通，中柔性基板（3）的空腔（7）位于上柔性基板（2）的电容上极板（8）和下柔性基板（4）的电容下极板（12）之间，且上柔性基板（2）的电容上极板（8）和下柔性基板（4）的电容下极板（12）相对，然后采用层压工艺，对上柔性基板（2）、中柔性基板（3）和下柔性基板（4）层压，使得上柔性基板（2）、中柔性基板（3）和下柔性基板（4）固定连接，制成压力传感器的电容；

步骤50）制成压力传感器：采用电镀工艺，电镀上通孔（14）、中通孔（15）和下通孔（16），形成导线（6），该导线（6）将外连接线（11）和下连接线（13）连接，形成振荡回路，制成无源无线压力传感器。

2.按照权利要求1所述的基于柔性基板的无源无线压力传感器的制备方法，其特征在于，所述的步骤20）中，空腔（7）位于中柔性基板（3）的中部。

3.按照权利要求1所述的基于柔性基板的无源无线压力传感器的制备方法，其特征在于，所述的步骤10）制得的上柔性基板（2）、步骤20）制得的中柔性基板（3）和步骤30）制得的下柔性基板（4）具有相同的尺寸。

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