CN105997058A - 一种聚合物柔性叉指电极及其加工方法 - Google Patents

一种聚合物柔性叉指电极及其加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种聚合物柔性叉指电极及其加工方法，该叉指电极从下往上依次为：基板、缓冲层和导电层；其中，所述基板由聚合物柔性材料组成；所述的导电层为金属层。本发明所述聚合物柔性叉指电极具有导电性能好、与人体皮肤贴合度高、不刺激皮肤、电信号基线稳定、抗干扰能力强、可多次使用的优点。

Description

一种聚合物柔性叉指电极及其加工方法
技术领域
本发明属于生物分析检测技术领域，尤其涉及一种可用于生物医学检测的聚合物柔性叉指电极及其加工方法和应用。
背景技术
生物传感器技术是一个非常活跃的工程技术研究领域，它与生物信息学、生物芯片、生物控制论、仿生学、生物计算机等学科一起处在生命科学和信息科学的交叉区域，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测与监控装置。生物医用电极作为一种能够有效地将生物体电化学活动产生的离子电位转换成测量系统电子电位的传感器, 广泛应用于现代临床检测和生物医学测量。在生物电信号采集与利用过程中,生物医用电极作为一种能够有效地将生物体电化学活动产生的离子电位转换成测量系统电子电位的传感器, 广泛应用于现代临床检测和生物医学测量。
生物医用电极作为测量系统最为关键核心部件之一, 可以起到生物电信号的激励、采集、传导等作用, 但是由于生物电信号较弱, 在多数情况下通常需要使用多个电极来同时进行生物电信号的采集与分析。因此，生物医用电极一般要求具有良好的导电性能，通常是采用金属材料、硅基材料或聚合物材料表面覆盖一层易导电金属层的方式制造加工形成。由于生物医用电极使用过程中与人体组织直接接触, 往往需要尽量减少电极的接触阻抗以获得稳定的生理信号, 同时还要求无毒无害, 以避免引发过敏等不良生理反应。为减少测量过程中由于运动产生的干扰问题, 通常选用与皮肤的高度贴合的电极材料或利用泡沫背衬结构应用于生物医用电极中起到缓冲减震的使用效果。
而且在现有技术中，电极基板材质大都采用不透明的陶瓷片等刚性材料，其导电性能已不能满足生物医疗领域中对于电极高导电性、高灵敏度的需求，而且其材料硬度较大，使佩戴者有较大的不舒适感。
银/氯化银(Ag/AgCl)电极作为生物电检测技术中使用较多的一种生物医用电极，一般是由电极芯、Ag/AgCl层、导电凝胶、无纺布等部件组成，Ag/AgCl层通常采用电镀/电解等加工工艺形成,生产工艺较为复杂，生产成本较高，而且由于导电凝胶的存在,Ag/AgCl电极在使用过程中容易发生脱水干燥,使得导电凝胶的电特性发生某些变化,不能够长期连续使用。同时，正是由于导电凝胶的电阻抗不稳定性,在高精度实验中容易引入较大的噪声和误差,从而导致测量结果的不够精确，很大程度上降低了叉指电极的导电性能。另外,在使用Ag/AgCl电极之前,必须要对皮肤进行有效处理, 尽可能擦除皮肤表面的角质层,需要一定的准备时间，否则导电凝胶可能会引起皮肤过敏反应,产生红肿等现象, 从而使得某些测量过程难以进行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种导电性能好、与人体皮肤贴合度高、不刺激皮肤、电信号基线稳定、抗干扰能力强、可多次使用的聚合物柔性叉指电极，还相应提供一种兼容性好、效率高、制造方便的聚合物柔性叉指电极的加工方法，还相应提供一种灵敏度更高、检测效果更好的聚合物柔性叉指电极的应用。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种聚合物柔性叉指电极，该叉指电极从下往上依次为：基板、缓冲层和导电层；其中，所述基板由聚合物柔性材料组成；所属导电层为金属层。
所述聚合物柔性材料可为聚二甲基硅烷、聚酰亚胺、聚乙烯、聚偏氟乙烯、天然橡胶中的任一种；所述的导电层为 Ag、 Au、Pd、Pt中的一种形成的金属层或其中至少两种形成的合金层。
柔性基板由于可以实现与人体组织，特别是与皮肤的高度贴合，并可以满足人体不同部位的穿戴要求，应用范围非常广泛，已成为当生物医用体表电极的重要研究方向。目前，可用于柔性基板作为电极材料主要有聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等，与PI和PET相比而言，PDMS柔性衬底材料由于具有更好的生物相容性、较低的杨氏模量，并容易形成舒适的皮肤-电极界面的独特优势，成为生物医用电极的柔性衬底的首选材料。 如Baek等人在《Sensor Actµat A》2008年143期《Flexiblepolymeric dry electrodes for the long-term monitoring of ECG》一文中描述了通过在PDMS衬底材料表面沉积金属层制造加工形成电极，在长期连续(7天)的心电监测过程中表现出较佳的性能特征。Chen等人在《Sensor Actµat A》2013年203期《Flexible PDMSelectrode for one-point wearable wireless bio-potential acqµisition》一文中利用柔性衬底PDMS材料开发出一种采用单点接触方式的可穿戴式、无线的生物电采集装置，并在心电信号的采集与利用取得较好的应用效果。
所述缓冲层为 Ti、Mo、W 中的至少两种形成的合金层；所述基板的厚度为0.1-1mm，所述的缓冲层的厚度为5-50µm；所述的导电层的厚度为5-50µm。
所述聚合物柔性叉指电极在25°C电路的表面电阻率值为1.60×10-8-2.20×10-8Ω·m。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种聚合物柔性叉指电极加工方法，包括以下步骤：
S1：选择聚合物柔性材料作为基板，按照需求将基板裁成相应尺寸；
S2：利用磁控溅射的方法，在裁好的基板表面镀上Ti、Mo、W 中的至少两种金属材料；
S3：电镀金属到所述缓冲层表面形成导电层；
S4：将线路图形转移到所述导电层；
S5：蚀刻液中蚀刻处理，获得聚合物柔性叉指电极。
所述聚合物柔性材料可为聚二甲基硅烷、聚酰亚胺、聚乙烯、聚偏氟乙烯、天然橡胶中的任一种；所述的导电层为 Ag、 Au、Pd、Pt中的一种形成的金属层或其中至少两种形成的合金层。
所述基板的厚度为0.1-1mm，所述缓冲层的厚度为5-50µm，所述导电层的厚度为5-50µm。
所述加工方法步骤S2中的磁控溅射方法具体为：溅射的靶材为高纯金属，金属的直径为 25-45mm、厚度为3-6mm。靶和基板之间的距离为10-16cm，工作气体为99. 99wt% 的高纯氮气和99. 99wt% 的高纯氩气，分别使用质量流量计控制；基板在放入真空室之前，分别用丙酮、酒精、去离子水超声清洗，溅射前将真空室气压抽到1×10-6-4×10-6Pa，并充入氩气预溅射12-17min以清洗靶面。随后通入氮气，控制总溅射气压在1×10-3-3×10-3 Pa，控制氮气与氩气的比例为2:1，溅射功率控制在1Kw-1.25Kw，溅射时间为0.5-1.5h。
所述加工方法步骤S4中将线路图形转移到所述导电层的方法为在所述基板的底面和所述导电层表面涂覆感光油墨，采用菲林曝光和显影形成线路图案；具体地，涂覆感光油墨的工艺参数为：入料传送速度为1.0-2.0m/min，涂布速度为1.8-2.8 m/min，烘烤时间为6-8m/min，烘烤温度为80-95℃；采用 LDI 曝光机对线路板进行曝光，曝光机曝光能量为8-10mJ；在曝光时对导电层蚀刻补偿为0.5-2μm。
所述加工方法步骤S4中将线路图形转移到所述导电层的另一种方法为通过光刻的方式，在所述导电层表面旋涂光刻胶，在曝光机下曝光和显影形成线路图案；具体为：光刻胶选取负胶，匀胶机设定转速1100-1500r/min和时间30-55s，在导电层上形成负胶涂层；将基片放在55-75℃的热板上，烘5-8min，然后进行图形曝光，曝光时间5-8秒，再将基片放在90-110℃的热板上，烘3-5min，之后在无掩模版的情况下曝光10-20s，两次曝光功率都保持在65-80W，随后进行显影。
与现有技术相比，本发明的优点在于 ：
（1）本发明通过改进叉指电极结构，通过将柔性且具有弹性的高分子聚合材料用作叉指电极基板材料，实现叉指电极与人体皮肤贴合度高，不对人体皮肤产生刺激，提高佩戴舒适感，适合于实时监控检测信号。
（2）本发明针对聚合物柔性叉指电极结构的制造特点，结合现有的磁控溅射处理工艺的优势，实现了聚合物柔性叉指电极结构基板的表面金属化制备，能够在长时间内获得具有均匀的金属膜厚分布的薄膜缓冲层，为叉指电极的优异特性奠定基础；
（3）本发明的叉指电极的导电层采用电镀获得的，厚度可控，纯度高，具有导电性能好、电信号基线稳定、抗干扰能力强、可多次使用等优点，可以为进一步探究与柔性聚合物叉指电极相关的结构提供便利 ；
（4）本发明采用技术方案具有兼容性好、效率高、制造方便等特点，可以充分利用现有的设备和资源，对从高分子聚合材料向叉指电极的发展具有重要意义 ；
（5）本发明的产品用作生物传感器对生物化学物质进行检测时，检测灵敏度高，制作简单，操作方便，可为心电图ECG、脑电图EEG、肌电图EMG以及电阻抗成像EIT等领域的检测提供便利。
附图说明
图1是本发明叉指电极实施例1-7的剖视图。
图2是本发明叉指电极的局部示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图和对比例，对本发明进一步详细说明。
实施例1
本实施例提供一种聚合物柔性叉指电极，该叉指电极从下往上依次为：基板1、缓冲层2和导电层3；其中，所述基板材料为聚二甲基硅烷组成；所述的导电层为 Ag形成的金属层。
所述缓冲层为 Ti/W形成的合金层（质量比为1:1）；所述基板的厚度为0.1mm，所述的缓冲层的厚度为25µm；所述的导电层的厚度为20µm。
所述聚合物柔性叉指电极在25°C电路的表面电阻率值为1.80×10-8Ω·m。
实施例2
本实施例提供一种聚合物柔性叉指电极，该叉指电极从下往上依次为：基板1、缓冲层2和导电层3；其中，所述基板材料为天然橡胶；所述的导电层为 Pd形成的金属层。
所述缓冲层为Mo/W形成的合金层（Mo、W质量比为1:1）；所述基板的厚度为0.48mm，所述的缓冲层的厚度为25µm；所述的导电层的厚度为20µm。
所述聚合物柔性叉指电极在25°C电路的表面电阻率值为1.92×10-8Ω·m。
实施例3
本实施例提供一种聚合物柔性叉指电极，该叉指电极从下往上依次为：基板1、缓冲层2和导电层3；其中，所述基板材料为聚酰亚胺；所述的导电层为 Au形成的金属层。
所述缓冲层为Mo/W形成的合金层（Mo、W质量比为1:1）；所述基板的厚度为0.48mm；缓冲层的厚度为10µm；所述的导电层的厚度为10µm。
所述聚合物柔性叉指电极在25°C电路的表面电阻率值为1.92×10-8Ω·m。
实施例4
本实施例提供一种聚合物柔性叉指电极，该叉指电极从下往上依次为：基板1、缓冲层2和导电层3；其中，所述基板材料为聚二甲基硅烷；所述的导电层为Pt形成的金属层。
所述缓冲层为Mo/W形成的合金层（Mo、W质量比为1:1）；所述基板的厚度为0.1mm，所述的缓冲层的厚度为50µm；所述的导电层的厚度为45µm。
所述聚合物柔性叉指电极在25°C电路的表面电阻率值为2.08×10-8Ω·m。
实施例5
本实施例提供一种聚合物柔性叉指电极，该叉指电极从下往上依次为：基板1、缓冲层2和导电层3；其中，所述基板材料为聚乙烯；所述的导电层为 Ag形成的金属层。
所述缓冲层为Mo/W形成的合金层（Mo、W质量比为1:1）；所述基板的厚度为0.655mm，所述的缓冲层的厚度为10µm；所述的导电层的厚度为5µm。
所述聚合物柔性叉指电极在25°C电路的表面电阻率值为1.68×10-8Ω·m。
实施例6
本实施例提供一种聚合物柔性叉指电极，该叉指电极从下往上依次为：基板1、缓冲层2和导电层3；其中，所述基板材料为聚偏氟乙烯；所述的导电层为 Pd形成的金属层。
所述缓冲层为 Mo、W形成的合金层（Mo、W质量比为1:1）；所述基板的厚度为1mm，所述的缓冲层的厚度为35µm；所述的导电层的厚度为30µm。
所述聚合物柔性叉指电极在25°C电路的表面电阻率值为2.05×10-8Ω·m。
实施例7
本实施例提供一种聚合物柔性叉指电极，该叉指电极从下往上依次为：基板1、缓冲层2和导电层3；其中，所述基板材料为聚二甲基硅烷；所述的导电层为Au、Pt形成的合金层（Au、Pt质量比为2:1）。
所述缓冲层为 Ti、Mo形成的合金层（Ti、Mo质量比为1:1）；所述基板的厚度为0.655mm，所述的缓冲层的厚度为40µm；所述的导电层的厚度为35µm。
所述聚合物柔性叉指电极在25°C电路的表面电阻率值为2.13×10-8Ω·m。
实施例8
本实施例提供一种如实施例1所述的聚合物柔性叉指电极加工方法，包括以下步骤：
S1：选择聚二甲基硅烷作为基板，按照需求将基板裁成相应尺寸；
S2：利用磁控溅射的方法，在裁好的基板表面镀上Ti、W两种金属材料，根据需要控制表面金属化的时间来调节缓冲层厚度；
S3：将Ag电镀到所述缓冲层表面形成导电层；
S4：在所述基板的底面和所述导电层表面涂覆感光油墨，采用菲林曝光和显影形成线路图案；
S5：在5M盐酸和3M硝酸的蚀刻液中蚀刻处理，获得聚合物柔性叉指电极。
步骤S2中的磁控溅射方法具体为：溅射的靶材为高纯金属，金属的直径为 35mm、厚度为5mm。靶和基板之间的距离为13cm，工作气体为99. 99wt% 的高纯氮气和99. 99wt%的高纯氩气，分别使用质量流量计控制；基板在放入真空室之前，分别用丙酮、酒精、去离子水超声清洗，溅射前将真空室气压抽到2×10-6Pa，并充入氩气预溅射15min以清洗靶面。随后通入氮气，控制总溅射气压在1×10-3 Pa，控制氮气与氩气的比例为2:1，溅射功率控制在1.1Kw，溅射时间为1h。
步骤S4中将线路图形转移到所述导电层的方法为在所述基板的底面和所述导电层表面涂覆感光油墨，采用菲林曝光和显影形成线路图案；具体地，涂覆感光油墨的工艺参数为：入料传送速度为1.5m/min，涂布速度为2.3 m/min，烘烤时间为7m/min，烘烤温度为90℃；采用 LDI 曝光机对线路板进行曝光，曝光机曝光能量为9mJ；在曝光时对导电层蚀刻补偿为1.5μm。
实施例9
本实施例提供一种如实施例2所述的聚合物柔性叉指电极加工方法，包括以下步骤：
S1：选择天然橡胶作为基板，按照需求将基板裁成相应尺寸；
S2：利用磁控溅射的方法，在裁好的基板表面镀上Mo、W，根据需要控制表面金属化的时间来调节缓冲层厚度；
S3：将Pd电镀到所述缓冲层表面形成导电层；
S4：在所述基板的底面和所述导电层表面涂覆感光油墨，采用菲林曝光和显影形成线路图案；
S5：在5M盐酸和3M硝酸的蚀刻液中蚀刻处理，获得聚合物柔性叉指电极。
步骤S2中的磁控溅射方法具体为：溅射的靶材为高纯金属，金属的直径为 25mm、厚度为3mm。靶和基板之间的距离为10cm，工作气体为99. 99wt% 的高纯氮气和99. 99wt%的高纯氩气，分别使用质量流量计控制；基板在放入真空室之前，分别用丙酮、酒精、去离子水超声清洗，溅射前将真空室气压抽到1×10-6Pa，并充入氩气预溅射12min以清洗靶面。随后通入氮气，控制总溅射气压在1×10-3Pa，控制氮气与氩气的比例为2:1，溅射功率控制在1Kw，溅射时间为0.5h。
步骤S4中将线路图形转移到所述导电层的方法为在所述基板的底面和所述导电层表面涂覆感光油墨，采用菲林曝光和显影形成线路图案；具体地，涂覆感光油墨的工艺参数为：入料传送速度为1.5m/min，涂布速度为2.3 m/min，烘烤时间为7m/min，烘烤温度为90℃；采用 LDI 曝光机对线路板进行曝光，曝光机曝光能量为9mJ；在曝光时对导电层蚀刻补偿为1.5μm。
实施例10
本实施例提供一种如实施例3所述的聚合物柔性叉指电极加工方法，包括以下步骤：
S1：选择聚酰亚胺作为基板，按照需求将基板裁成相应尺寸；
S2：利用磁控溅射的方法，在裁好的基板表面镀上Mo、W，根据需要控制表面金属化的时间来调节缓冲层厚度；
S3：将Au电镀到所述缓冲层表面形成导电层；
S4：通过光刻的方式，在所述导电层表面旋涂光刻胶，在曝光机下曝光和显影形成线路图案；
S5：在5M盐酸和3M硝酸的蚀刻液中蚀刻处理，获得聚合物柔性叉指电极。
步骤S2中的磁控溅射方法具体为：溅射的靶材为高纯金属，金属的直径为 45mm、厚度为6mm。靶和基板之间的距离为16cm，工作气体为99. 99wt% 的高纯氮气和99. 99wt%的高纯氩气，分别使用质量流量计控制；基板在放入真空室之前，分别用丙酮、酒精、去离子水超声清洗，溅射前将真空室气压抽到4×10-6Pa，并充入氩气预溅射17min以清洗靶面。随后通入氮气，控制总溅射气压在1×10-3Pa，控制氮气与氩气的比例为2:1，溅射功率控制在1.25Kw，溅射时间为0.5h。
步骤S4中将线路图形转移到所述导电层的方法为通过光刻的方式，在所述导电层表面旋涂光刻胶，在曝光机下曝光和显影形成线路图案；具体为：光刻胶选取负胶，匀胶机设定转速1500r/min和时间45s，在导电层上形成负胶涂层；将基片放在65℃的热板上，烘6min，然后进行图形曝光，曝光时间7秒，再将基片放在100℃的热板上，烘3min，之后在无掩模版的情况下曝光15s，两次曝光功率都保持在75W，随后进行显影。
实施例11
本实施例提供一种如实施例4所述的聚合物柔性叉指电极加工方法，包括以下步骤：
S1：选择聚二甲基硅烷材料作为基板，按照需求将基板裁成相应尺寸，；
S2：利用磁控溅射的方法，在裁好的基板表面镀上Mo、W，根据需要控制表面金属化的时间来调节缓冲层厚度，；
S3：将Pt电镀到所述缓冲层表面形成导电层；
S4：通过光刻的方式，在所述导电层表面旋涂光刻胶，在曝光机下曝光和显影形成线路图案；
S5：蚀刻液中蚀刻处理，获得聚合物柔性叉指电极。
步骤S2中的磁控溅射方法具体为：溅射的靶材为高纯金属，金属的直径为 35mm、厚度为5mm。靶和基板之间的距离为13cm，工作气体为99. 99wt% 的高纯氮气和99. 99wt%的高纯氩气，分别使用质量流量计控制；基板在放入真空室之前，分别用丙酮、酒精、去离子水超声清洗，溅射前将真空室气压抽到2×10-6Pa，并充入氩气预溅射15min以清洗靶面。随后通入氮气，控制总溅射气压在1×10-3 Pa，控制氮气与氩气的比例为2:1，溅射功率控制在1.1Kw，溅射时间为1.25h。
步骤S4中将线路图形转移到所述导电层的方法为通过光刻的方式，在所述导电层表面旋涂光刻胶，在曝光机下曝光和显影形成线路图案；具体为：光刻胶选取负胶，匀胶机设定转速1500r/min和时间45s，在导电层上形成负胶涂层；将基片放在65℃的热板上，烘6min，然后进行图形曝光，曝光时间7秒，再将基片放在100℃的热板上，烘3min，之后在无掩模版的情况下曝光15s，两次曝光功率都保持在75W，随后进行显影。
对比例1
本实施例提供一种陶瓷基板叉指电极，该叉指电极从下往上依次为：基板、缓冲层和导电层；其中，所述基板材料为陶瓷；所述的导电层为 Cu。
所述缓冲层为 Mo、W 中形成的合金层（Mo、W质量比为1:1）；所述基板的厚度为0.655mm，所述的缓冲层的厚度为50µm；所述的导电层的厚度为45µm。
所述陶瓷基板叉指电极在25°C电路的表面电阻率值为1.55×10-5Ω·m。
对比例2
本实施例提供一种陶瓷基板叉指电极，该叉指电极从下往上依次为：基板、缓冲层和导电层；其中，所述基板材料为陶瓷；所述的导电层为 Ag。
所述缓冲层为 Mo、W 中形成的合金层（Mo、W质量比为1:1）；所述基板的厚度为1mm，所述的缓冲层的厚度为25µm；所述的导电层的厚度为20µm。
所述陶瓷基板叉指电极在25°C电路的表面电阻率值为1.8×10-6Ω·m。
对比例3
本对比例提供一种如实施例1所述的聚合物柔性叉指电极加工方法，包括以下步骤：
S1：选择聚二甲基硅烷作为基板，按照需求将基板裁成相应尺寸；
S2：利用磁控溅射的方法，在裁好的基板表面镀上Ti、W两种金属材料，根据需要控制表面金属化的时间来调节缓冲层厚度；
S3：将Ag电镀到所述缓冲层表面形成导电层；
S4：在所述基板的底面和所述导电层表面涂覆感光油墨，采用菲林曝光和显影形成线路图案；
S5：在5M盐酸和3M硝酸的蚀刻液中蚀刻处理，获得聚合物柔性叉指电极。
步骤S2中的磁控溅射方法具体为：溅射的靶材为高纯金属，金属的直径为30mm、厚度为5mm。靶和基板之间的距离为8cm，工作气体为99. 99wt% 的高纯氮气和99. 99wt% 的高纯氩气，分别使用质量流量计控制；基板在放入真空室之前，分别用丙酮、酒精、去离子水超声清洗，溅射前将真空室气压抽到2×10-5Pa，并充入氩气预溅射20min以清洗靶面。随后通入氮气，控制总溅射气压在10Pa，控制氮气与氩气的比例为2:1，溅射功率控制在1.1Kw，溅射时间为2h。
步骤S4中将线路图形转移到所述导电层的方法为在所述基板的底面和所述导电层表面涂覆感光油墨，采用菲林曝光和显影形成线路图案；具体地，涂覆感光油墨的工艺参数为：入料传送速度为1.5m/min，涂布速度为2.3 m/min，烘烤时间为7m/min，烘烤温度为90℃；采用 LDI 曝光机对线路板进行曝光，曝光机曝光能量为9mJ；在曝光时对导电层蚀刻补偿为1.5μm。
对比例4
本对比例提供一种如实施例1所述的聚合物柔性叉指电极加工方法，包括以下步骤：
S1：选择聚二甲基硅烷作为基板，按照需求将基板裁成相应尺寸；
S2：利用磁控溅射的方法，在裁好的基板表面镀上Ti、W两种金属材料，根据需要控制表面金属化的时间来调节缓冲层厚度；
S3：将Ag电镀到所述缓冲层表面形成导电层；
S4：在所述基板的底面和所述导电层表面涂覆感光油墨，采用菲林曝光和显影形成线路图案；
S5：在5M盐酸和3M硝酸的蚀刻液中蚀刻处理，获得聚合物柔性叉指电极。
步骤S2中的磁控溅射方法具体为：溅射的靶材为高纯金属，金属的直径为30mm、厚度为5mm。靶和基板之间的距离为8cm，工作气体为99. 99wt% 的高纯氮气和99. 99wt% 的高纯氩气，分别使用质量流量计控制；基板在放入真空室之前，分别用丙酮、酒精、去离子水超声清洗，溅射前将真空室气压抽到2×10-5Pa，并充入氩气预溅射20min以清洗靶面。随后通入氮气，控制总溅射气压在10Pa，控制氮气与氩气的比例为2:1，溅射功率控制在1.1Kw，溅射时间为2h。
步骤S4中将线路图形转移到所述导电层的另一种方法为通过光刻的方式，在所述导电层表面旋涂光刻胶，在曝光机下曝光和显影形成线路图案；具体为：光刻胶选取负胶，匀胶机设定转速1500r/min和时间45s，在导电层上形成负胶涂层；将基片放在65℃的热板上，烘6min，然后进行图形曝光，曝光时间7秒，再将基片放在100℃的热板上，烘3min，之后在无掩模版的情况下曝光15s，两次曝光功率都保持在75W，随后进行显影。
实验例
层间结合强度测试。采用GB/T 5270-2005对缓冲层与导电层、缓冲层与基板间的结合强度进行测试。
1.1对缓冲层（未形成叉指电极前）进行钢球摩擦抛光实验，其结果如表1所示。
表1缓冲层（未形成叉指电极前）钢球摩擦抛光实验结果
实验组 实施例8 实施例9 实施例10 实施例11 对比例3 对比例4
外观 表面平整、无鼓泡 表面平整、无鼓泡 表面平整、无鼓泡 表面平整、无鼓泡 表面出现细小的鼓泡，且鼓泡容易破裂 表面出现细小的鼓泡，且鼓泡容易破裂
1.2对电极单体进行热震实验（300℃），观察表面形态，其结果如表2所示。
表2电极单体热震实验（300℃）表面形态观察结果
实验组 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 对比例1 对比例2
外观 表面平整、无鼓泡、片状剥离、碎屑 表面平整、无鼓泡、片状剥离、碎屑 表面平整、无鼓泡、片状剥离、碎屑 表面平整、无鼓泡、片状剥离、碎屑 表面平整、无鼓泡、片状剥离、碎屑 表面平整、无鼓泡、片状剥离、碎屑 表面平整、无鼓泡、片状剥离、碎屑 局部出现鼓泡、片状剥离 局部出现鼓泡、片状剥离
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡 在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种聚合物柔性叉指电极，其特征在于，该叉指电极从下往上依次为：基板（1）、缓冲层（2）和导电层（3）；其中，所述基板（1）由聚合物柔性材料组成；所属导电层（3）为金属层。
2.根据权利要求 1 所述聚合物柔性叉指电极，其特征在于，所述聚合物柔性材料可为聚二甲基硅烷、聚酰亚胺、聚乙烯、聚偏氟乙烯、天然橡胶中的任一种；所述的导电层为 Ag、Au、Pd、Pt中的一种形成的金属层或其中至少两种形成的合金层。
3.根据权利要求 1 所述聚合物柔性叉指电极，其特征在于，所述缓冲层为 Ti、Mo、W中的至少两种形成的合金层；所述基板的厚度为0.1-1mm，所述的缓冲层的厚度为5-50µm；所述的导电层的厚度为5-50µm。
4.根据权利要求 1 所述聚合物柔性叉指电极，其特征在于，所述聚合物柔性叉指电极在25°C电路的表面电阻率值为1.60×10-8-2.20×10-8Ω·m。
5.一种聚合物柔性叉指电极加工方法，应用于如权利要求 1至4中任意一项所述的聚合物柔性叉指电极，其特征在于，所述聚合物柔性叉指电极加工方法包括：
S1：选择聚合物柔性材料作为基板，按照需求将基板裁成相应尺寸；
S2：利用磁控溅射的方法，在裁好的基板表面镀上Ti、Mo、W 中的至少两种金属材料；
S3：电镀金属到所述缓冲层表面形成导电层；
S4：将线路图形转移到所述导电层；
S5：蚀刻液中蚀刻处理，获得聚合物柔性叉指电极。
6.根据权利要求5的一种聚合物柔性叉指电极加工方法，其特征在于，所述聚合物柔性材料可为聚二甲基硅烷、聚酰亚胺、聚乙烯、聚偏氟乙烯、天然橡胶中的任一种；所述的导电层为 Ag、 Au、Pd、Pt中的一种形成的金属层或其中至少两种形成的合金层。
7.根据权利要求5的一种聚合物柔性叉指电极加工方法，其特征在于，所述基板的厚度为0.1-1mm，所述缓冲层的厚度为5-50µm，所述导电层的厚度为5-50µm。
8.根据权利要求5的一种聚合物柔性叉指电极加工方法，其特征在于，步骤S2中的磁控溅射方法具体为：溅射的靶材为高纯金属，金属的直径为 25-45mm、厚度为3-6mm;靶和基板之间的距离为10-16cm，工作气体为99. 99wt% 的高纯氮气和99. 99wt% 的高纯氩气，分别使用质量流量计控制；基板在放入真空室之前，分别用丙酮、酒精、去离子水超声清洗，溅射前将真空室气压抽到1×10-6-4×10-6Pa，并充入氩气预溅射12-17min以清洗靶面;随后通入氮气，控制总溅射气压在1×10-3-3×10-3 Pa，控制氮气与氩气的比例为2:1，溅射功率控制在1Kw-1.25Kw，溅射时间为0.5-1.5h。
9.根据权利要求5的一种聚合物柔性叉指电极加工方法，其特征在于，步骤S4中将线路图形转移到所述导电层的方法为在所述基板的底面和所述导电层表面涂覆感光油墨，采用菲林曝光和显影形成线路图案；具体地，涂覆感光油墨的工艺参数为：入料传送速度为1.0-2.0m/min，涂布速度为1.8-2.8 m/min，烘烤时间为6-8m/min，烘烤温度为80-95℃；采用LDI 曝光机对线路板进行曝光，曝光机曝光能量为8-10mJ；在曝光时对导电层蚀刻补偿为0.5-2μm。
10.根据根据权利要求5的一种聚合物柔性叉指电极加工方法，其特征在于，步骤S4中将线路图形转移到所述导电层的另一种方法为通过光刻的方式，在所述导电层表面旋涂光刻胶，在曝光机下曝光和显影形成线路图案；具体为：光刻胶选取负胶，匀胶机设定转速1100-1500r/min和时间30-55s，在导电层上形成负胶涂层；将基片放在55-75℃的热板上，烘5-8min，然后进行图形曝光，曝光时间5-8秒，再将基片放在90-110℃的热板上，烘3-5min，之后在无掩模版的情况下曝光10-20s，两次曝光功率都保持在65-80W，随后进行显影。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106535502A (zh) * 2016-10-17 2017-03-22 奥士康精密电路（惠州）有限公司 一种高纵横比线路板的电镀方法
WO2018210056A1 (zh) * 2017-05-16 2018-11-22 京东方科技集团股份有限公司 触控板及其显示屏
CN109350046A (zh) * 2018-09-07 2019-02-19 深圳市太空科技南方研究院 一种柔性电极及其制造方法
CN110320256A (zh) * 2019-06-27 2019-10-11 广州钰芯传感科技有限公司 一种用于测定水中微量铅的铋膜高集成电极及其制备方法与应用
CN110333276A (zh) * 2019-06-28 2019-10-15 广州钰芯传感科技有限公司 一种用于快速检测痕量镉的铋膜高集成电极及其制备方法与应用
CN112179383A (zh) * 2020-08-26 2021-01-05 西安交通大学 一种柔性传感器和制备方法及其同时测量刚度和介电常数的方法
CN112176287A (zh) * 2020-09-28 2021-01-05 中国科学技术大学 一种基于pdms弹性基材及其制作方法和电子器件
CN112285182A (zh) * 2020-12-25 2021-01-29 广州钰芯智能科技研究院有限公司 一种高精度叉指电极、其制备方法和应用
CN113038724A (zh) * 2021-03-02 2021-06-25 微智医疗器械有限公司 电路板的制造方法、电路板及电子设备

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0616426A1 (en) * 1993-03-15 1994-09-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Surface acoustic wave device having a lamination structure
US20030067370A1 (en) * 2001-10-05 2003-04-10 Solie Leland P. String weighted surface-acoustic-wave transducer
CN1592096A (zh) * 2003-09-02 2005-03-09 株式会社村田制作所 表面声波装置及其制造方法
CN101859868A (zh) * 2010-05-31 2010-10-13 中南大学 叉指状电极
CN101950643A (zh) * 2010-08-06 2011-01-19 电子科技大学 一种低阻高tcr非晶硅薄膜电阻及其制备方法
CN102175362A (zh) * 2011-03-07 2011-09-07 合肥工业大学 多功能柔性触觉传感器
CN102420582A (zh) * 2011-11-29 2012-04-18 浙江大学 基于柔性衬底的声表面波器件的结构及其制造方法
CN103456802A (zh) * 2013-09-04 2013-12-18 南开大学 一种用于聚酰亚胺衬底铜铟镓硒薄膜太阳能电池的背电极
CN104142530A (zh) * 2013-05-06 2014-11-12 中国科学院物理研究所 一种金属纳米叉指光栅的制备方法
CN104734564A (zh) * 2015-04-14 2015-06-24 大连理工大学 一种全叉指电极微型压电厚膜振动能量收集器及其制作方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0616426A1 (en) * 1993-03-15 1994-09-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Surface acoustic wave device having a lamination structure
US20030067370A1 (en) * 2001-10-05 2003-04-10 Solie Leland P. String weighted surface-acoustic-wave transducer
CN1592096A (zh) * 2003-09-02 2005-03-09 株式会社村田制作所 表面声波装置及其制造方法
CN101859868A (zh) * 2010-05-31 2010-10-13 中南大学 叉指状电极
CN101950643A (zh) * 2010-08-06 2011-01-19 电子科技大学 一种低阻高tcr非晶硅薄膜电阻及其制备方法
CN102175362A (zh) * 2011-03-07 2011-09-07 合肥工业大学 多功能柔性触觉传感器
CN102420582A (zh) * 2011-11-29 2012-04-18 浙江大学 基于柔性衬底的声表面波器件的结构及其制造方法
CN104142530A (zh) * 2013-05-06 2014-11-12 中国科学院物理研究所 一种金属纳米叉指光栅的制备方法
CN103456802A (zh) * 2013-09-04 2013-12-18 南开大学 一种用于聚酰亚胺衬底铜铟镓硒薄膜太阳能电池的背电极
CN104734564A (zh) * 2015-04-14 2015-06-24 大连理工大学 一种全叉指电极微型压电厚膜振动能量收集器及其制作方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《声表面波式小波变换器件与应用》: "《声表面波式小波变换器件与应用》", 30 December 2004 *
尹仕: "《电工电子工程基础》", 30 December 2009 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106535502A (zh) * 2016-10-17 2017-03-22 奥士康精密电路（惠州）有限公司 一种高纵横比线路板的电镀方法
WO2018210056A1 (zh) * 2017-05-16 2018-11-22 京东方科技集团股份有限公司 触控板及其显示屏
US11132075B2 (en) 2017-05-16 2021-09-28 Boe Technology Group Co., Ltd. Touchpad and display screen thereof
CN109350046A (zh) * 2018-09-07 2019-02-19 深圳市太空科技南方研究院 一种柔性电极及其制造方法
CN110320256A (zh) * 2019-06-27 2019-10-11 广州钰芯传感科技有限公司 一种用于测定水中微量铅的铋膜高集成电极及其制备方法与应用
CN110333276A (zh) * 2019-06-28 2019-10-15 广州钰芯传感科技有限公司 一种用于快速检测痕量镉的铋膜高集成电极及其制备方法与应用
CN112179383A (zh) * 2020-08-26 2021-01-05 西安交通大学 一种柔性传感器和制备方法及其同时测量刚度和介电常数的方法
CN112176287A (zh) * 2020-09-28 2021-01-05 中国科学技术大学 一种基于pdms弹性基材及其制作方法和电子器件
CN112285182A (zh) * 2020-12-25 2021-01-29 广州钰芯智能科技研究院有限公司 一种高精度叉指电极、其制备方法和应用
CN113038724A (zh) * 2021-03-02 2021-06-25 微智医疗器械有限公司 电路板的制造方法、电路板及电子设备

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