CN105513861B - 一种薄膜开关的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种薄膜开关的制备方法，该方法是在聚合物薄膜的一个表面上覆盖一层下电极，再通过未覆盖下电极的自由面向聚合物薄膜注入真实电荷，随后，在所述的自由面上设置受力产生形变的可活动结构，并在所述的可活动结构上粘结一层上电极，再从所述的下电极、上电极分别引出下电极引线及上电极引线，最后，采用保护膜封装即可制得所述的薄膜开关。与现有技术相比，本发明制备方法简单易行，制备的成品薄膜开关具有柔韧性高、厚度小、灵敏度高、成本低等特点，能够将机械信号转变为电学信号，实现电学开关功能。

Description

一种薄膜开关的制备方法

技术领域

本发明属于功能器件技术领域，涉及一种薄膜开关的制备方法，尤其是涉及一种基于单极性空间电荷驻极体膜的薄膜开关的制备方法。

背景技术

薄膜开关是集按键功能、指示元件、仪器面板为一体的一个操作系统。薄膜开关由面板、上电路、隔离层、下电路四部分组成，具有结构严谨，外形美观，密封性好等特点，现已广泛应用于电子通讯、电子测量的仪器、工业控制、医疗设备、汽车工业、智能玩具及家用电器等领域。现今，薄膜开关的主要类型有金属弹片型、LED导光板型、PCB线路型、FPC线路型等。然而，上述类型各有利弊，例如，金属弹片型虽然按键手感好、行程精确度高，但是当衬板不平整时，弹片可能会造成短路、误动作及不回弹现象，降低灵敏度；LED导光板型虽然在光线不足的场所，可以很方便的操作，但是由于导光板散光的限制，此类型开关厚度较厚；PCB线路型具有精密度高，电阻值低的优点，但PCB为硬性材质，不可弯折，降低了柔韧性；FPC线路型虽然耐弯折，但造价较高。

驻极体(永电体)是一类能够长期储存过剩真实电荷或/和取向偶极电荷的电介质材料，其中单极性空间电荷驻极体在自身周围的空间激发静电场。若将一导体置于该驻极体激发的静电场中，导体中的电荷将受到电场力的作用而重新排布，直至达到静电平衡状态。如果驻极体膜的一面覆有导电电极且另一面(自由面)储存有过剩的单极性电荷，面对驻极体的储电面一定距离处放置另一导电电极，将上述两电极用导线或电阻性器件连接，当电极与自由面间的距离发生变化时就有电流流过导线或电阻性器件(电阻性器件两端出现电压)。若将电极与自由面间的距离发生变化前的状态称为0，距离变化后的状态，即有电流流过时称为1，那么就可以实现电学开关功能。

授权公告号为CN 203871229 U的中国实用新型专利公布了一种电子薄膜开关，包括金属弹片和薄膜面板，所述金属弹片固定于柔性线路板上，所述柔性线路板上和金属弹片两端的接触面之间设有隔离层，所述金属弹片与柔性线路板之间形成隔离腔体，所述隔离腔体内设有隔离凸点，所述隔离凸点设于柔性线路板上的金属弹片对应位置，所述柔性线路板底部设有背胶层，所述金属弹片表面设有离型纸层，所述离型纸层表面设有薄膜面板。上述专利所述是一种基于金属弹片的薄膜开关，而本发明技术方案提供一种基于单极性空间电荷驻极体膜的薄膜开关的制备方法，该薄膜开关结构简单，制备方法简单易行，能够将机械信号转变为电学信号，实现电学开关功能。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种柔韧性高、厚度小、灵敏度高、成本低的薄膜开关的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种薄膜开关的制备方法，该方法是在聚合物薄膜的一个表面上覆盖一层下电极，再通过未覆盖下电极的自由面向聚合物薄膜注入真实电荷，随后，在所述的自由面上设置受力产生形变的可活动结构，并在所述的可活动结构上粘结一层上电极，再从所述的下电极、上电极分别引出下电极引线及上电极引线，最后，采用保护膜封装即可制得所述的薄膜开关。

所述的可活动结构为可压缩变形绝缘支撑结构或可压缩变形凸起结构。

一种薄膜开关的制备方法，该方法具体包括以下步骤：

(1-1)选取聚合物薄膜，并在聚合物薄膜的一个表面上覆盖一层下电极；

(1-2)向步骤(1-1)中聚合物薄膜未覆盖下电极的自由面进行充电；

(1-3)在充电后的自由面上粘结一层可压缩变形绝缘支撑结构；

(1-4)在可压缩变形绝缘支撑结构上粘结一层上电极；

(1-5)从下电极、上电极分别引出下电极引线及上电极引线；

(1-6)采用保护膜封装即可。

所述的可压缩变形绝缘支撑结构为采用纸张折叠后制成的绝缘支撑结构。

一种薄膜开关的制备方法，该方法具体包括以下步骤：

(2-1)选取聚合物薄膜，并在聚合物薄膜的一个表面上覆盖一层下电极；

(2-2)向步骤(2-1)中聚合物薄膜未覆盖下电极的自由面进行充电；

(2-3)将聚合物薄膜弯曲成具有可压缩变形凸起结构的聚合物薄膜，其中，覆盖下电极的一面作为凸面，未覆盖下电极的自由面作为凹面；

(2-4)在未覆盖下电极的自由面上粘结一层上电极；

(2-5)从下电极、上电极分别引出下电极引线及上电极引线；

(2-6)采用保护膜封装即可。

一种薄膜开关的制备方法，该方法具体包括以下步骤：

(3-1)选取聚合物薄膜，并在聚合物薄膜的一个表面上覆盖一层下电极；

(3-2)向步骤(3-1)中聚合物薄膜未覆盖下电极的自由面进行充电；

(3-3)选取一块与聚合物薄膜尺寸相适配的上电极，并将上电极向上拱起，形成具有可压缩变形凸起结构的上电极；

(3-4)将具有可压缩变形凸起结构的上电极的下端粘结在未覆盖下电极的自由面上；

(3-5)从下电极、上电极分别引出下电极引线及上电极引线；

(3-6)采用保护膜封装即可。

一种薄膜开关的制备方法，该方法具体包括以下步骤：

(4-1)选取聚合物薄膜，并在聚合物薄膜的一个表面上覆盖一层下电极；

(4-2)向步骤(4-1)中聚合物薄膜未覆盖下电极的自由面进行充电；

(4-3)将聚合物薄膜弯曲成具有可压缩变形凸起结构的聚合物薄膜，其中，覆盖下电极的一面作为凸面，未覆盖下电极的自由面作为凹面；

(4-4)选取一块与聚合物薄膜尺寸相适配的上电极，并将上电极向上拱起，形成具有可压缩变形凸起结构的上电极；

(4-5)将具有可压缩变形凸起结构的上电极的下端粘结在未覆盖下电极的自由面上；

(4-6)从下电极、上电极分别引出下电极引线及上电极引线；

(4-7)采用保护膜封装即可。

所述的充电方法为电晕极化法、等离子体极化法、介电阻挡极化法、电子束注入法或离子注入法中的一种。

优选的，所述的充电的方法为电晕极化。

所述的聚合物薄膜选自PTFE、FEP、COC、PET、PI、PE、PEN或PP中的一种。

所述的下电极、上电极的电极材料选自铝、金、银、石墨或石墨烯中的一种。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)与市面上现有的开关相比，本发明获得的薄膜开关成本低，工艺简单，同时具有很高的灵敏度；

2)以本发明所述的薄膜开关为功能单元，可以制备出各种阵列结构的器件，实现机械能向电能的转换，用于制备复杂结构触觉传感器、环境能量俘获器等；

3)本发明可以将廉价的原材料转变成实用的电学开关。

附图说明

图1为实施例1制备所得薄膜开关的结构示意图；

图2为实施例2制备所得薄膜开关的结构示意图；

图3为实施例3制备所得薄膜开关的结构示意图；

图4为实施例4制备所得薄膜开关的结构示意图；

附图标记说明：

1-上保护膜，2-上电极，3-上电极引线，4-可压缩变形绝缘支撑结构，5-聚合物薄膜，6-下电极，7-下电极引线，8-下保护膜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

(1)在FEP膜的一面通过真空蒸镀方法覆100nm厚的下电极6；(2)通过电晕极化系统对FEP膜没有覆电极的面(即自由面)在室温下进行电晕极化充电，电晕电压-10kV，栅网电压-1KV，充电时间5min；(3)在未覆下电极6的自由面通过双面粘性胶带将FEP膜与用A4纸折叠后做成的厚度为4mm的可压缩变形绝缘支撑结构4粘合在一起，在可压缩变形绝缘支撑结构4上涂覆胶粘剂或胶带，将薄膜与上电极2粘合；(4)从下电极6、上电极2分别引出下电极引线7及上电极引线3；(5)对上电极2、下电极6分别采用上保护膜1、下保护膜2封装即可。

本实施例下电极6、上电极2均为铝导电电极。

本实施例制得的薄膜开关如图1所示，当给薄膜开关样品上施加0.2N的作用力时，静电表检测到的电极上感应电荷量的变化值为2300pC。

实施例2：

(1)在FEP膜的一面通过真空蒸镀方法覆100nm厚的下电极6；(2)通过电晕极化系统对FEP膜没有覆电极的面(即自由面)在室温下进行电晕极化充电，电晕电压-10kV，栅网电压-1KV，充电时间5min；(3)将FEP膜弯曲成具有可压缩变形凸起结构的聚合物薄膜，其中，覆盖下电极6的一面作为凸面，未覆盖下电极6的自由面作为凹面；(4)在未覆盖下电极6的自由面上粘结一层上电极2；(5)从下电极6、上电极2分别引出下电极引线7及上电极引线3；(6)对上电极2、下电极6分别采用上保护膜1、下保护膜2封装即可

本实施例下电极6、上电极2均为银导电电极。

本实施例制得的薄膜开关如图2所示，当给薄膜开关样品上施加0.2N的作用力时，静电表检测到的电极上感应电荷量的变化值为2200pC。

实施例3：

本实施例薄膜开关的制备方法，该方法具体包括以下步骤：

(3-1)选取聚合物薄膜，并在聚合物薄膜的一个表面上覆盖一层下电极6；

(3-2)向步骤(3-1)中聚合物薄膜未覆盖下电极6的自由面进行充电；

(3-3)选取一块与聚合物薄膜尺寸相适配的上电极2，并将上电极2向上拱起，形成具有可压缩变形凸起结构的上电极2；

(3-4)将具有可压缩变形凸起结构的上电极2的下端粘结在未覆盖下电极6的自由面上；

(3-5)从下电极6、上电极2分别引出下电极引线7及上电极引线3；

(3-6)对上电极2、下电极6分别采用上保护膜1、下保护膜2封装即可。

其中，本实施例所采用的充电方法为电晕极化充电，电晕电压-10kV，栅网电压-1KV，充电时间5min。

本实施例下电极6、上电极2的电极材料为石墨，并且聚合物薄膜为PTFE。

本实施例制得的薄膜开关如图3所示。

实施例4：

本实施例薄膜开关的制备方法，该方法具体包括以下步骤：

(4-1)选取聚合物薄膜，并在聚合物薄膜的一个表面上覆盖一层下电极6；

(4-2)向步骤(4-1)中聚合物薄膜未覆盖下电极6的自由面进行充电；

(4-3)将聚合物薄膜弯曲成具有可压缩变形凸起结构的聚合物薄膜，其中，覆盖下电极6的一面作为凸面，未覆盖下电极6的自由面作为凹面；

(4-4)选取一块与聚合物薄膜尺寸相适配的上电极2，并将上电极2向上拱起，形成具有可压缩变形凸起结构的上电极2；

(4-5)将具有可压缩变形凸起结构的上电极2的下端粘结在未覆盖下电极6的自由面上；

(4-6)从下电极6、上电极2分别引出下电极引线7及上电极引线3；

(4-7)对上电极2、下电极6分别采用上保护膜1、下保护膜2封装即可。

其中，本实施例所采用的充电方法为电子束注入法，注入的电子能量为5000eV。

本实施例下电极6、上电极2的电极材料为石墨烯，并且聚合物薄膜为PET。

本实施例制得的薄膜开关如图4所示。

实施例5：

本实施例下电极6、上电极2的电极材料为金，并且聚合物薄膜为PP。

其余同实施例1。

实施例6：

本实施例下电极6、上电极2的电极材料为石墨烯，并且聚合物薄膜为PEN。其余同实施例1。

实施例7：

本实施例下电极6、上电极2的电极材料为石墨，并且聚合物薄膜为PE。其余同实施例1。

实施例8：

本实施例下电极6、上电极2的电极材料为金，并且聚合物薄膜为PI。其余同实施例1。

实施例9：

本实施例下电极6、上电极2的电极材料为银，并且聚合物薄膜为COC。其余同实施例1。

Claims (6)

1.一种薄膜开关的制备方法，其特征在于，该方法是在聚合物薄膜的一个表面上覆盖一层下电极，再通过未覆盖下电极的自由面向聚合物薄膜注入真实电荷，随后，在所述的自由面上设置受力产生形变的可活动结构，并在所述的可活动结构上粘结一层上电极，再从所述的下电极、上电极分别引出下电极引线及上电极引线，最后，采用保护膜封装即可制得所述的薄膜开关；

所述的可活动结构为可压缩变形绝缘支撑结构或可压缩变形凸起结构；

所述的可压缩变形绝缘支撑结构为采用纸张折叠后制成的绝缘支撑结构；

所述的可压缩变形凸起结构为上电极向上拱起后形成的可压缩变形凸起结构。

2.根据权利要求1所述的一种薄膜开关的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

(1-1)选取聚合物薄膜，并在聚合物薄膜的一个表面上覆盖一层下电极；

(1-2)向步骤(1-1)中聚合物薄膜未覆盖下电极的自由面进行充电；

(1-3)在充电后的自由面上粘结一层可压缩变形绝缘支撑结构；

(1-4)在可压缩变形绝缘支撑结构上粘结一层上电极；

(1-5)从下电极、上电极分别引出下电极引线及上电极引线；

(1-6)采用保护膜封装即可。

3.根据权利要求1所述的一种薄膜开关的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

(3-1)选取聚合物薄膜，并在聚合物薄膜的一个表面上覆盖一层下电极；

(3-2)向步骤(3-1)中聚合物薄膜未覆盖下电极的自由面进行充电；

(3-3)选取一块与聚合物薄膜尺寸相适配的上电极，并将上电极向上拱起，形成具有可压缩变形凸起结构的上电极；

(3-4)将具有可压缩变形凸起结构的上电极的下端粘结在未覆盖下电极的自由面上；

(3-5)从下电极、上电极分别引出下电极引线及上电极引线；

(3-6)采用保护膜封装即可。

4.根据权利要求2至3任一项所述的一种薄膜开关的制备方法，其特征在于，所述的充电方法为电晕极化法、等离子体极化法、介电阻挡极化法、电子束注入法或离子注入法中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种薄膜开关的制备方法，其特征在于，所述的聚合物薄膜选自PTFE、FEP、COC、PET、PI、PE、PEN或PP中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种薄膜开关的制备方法，其特征在于，所述的下电极、上电极的电极材料选自铝、金、银、石墨或石墨烯中的一种。