CN107843366B - 导电薄膜及薄膜电阻应变式压力传感器 - Google Patents

导电薄膜及薄膜电阻应变式压力传感器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种导电薄膜，包括基材、过渡层及金属层。金属层通过过渡层与基材贴合，过渡层附着于基材的表面。粘接底漆层相当于现有导电膜中的底漆层，可与基材的表面紧密附着。而由于增强底漆层厚度比粘接底漆层大，故相较于现有的导电薄膜能有效地阻止低聚物析出。此外，增强底漆层可与金属层紧密附着。而且，粘接底漆层与增强底漆层材质相同，故两者之间的粘接力也较强。因此，金属层与基材之间贴合紧密，不易脱落。由此可见，上述导电薄膜在防止低聚物析出的同时，还能有效地避免金属层的附着力减小。此外，本发明还提供一种薄膜电阻应变式压力传感器。

Description

导电薄膜及薄膜电阻应变式压力传感器
技术领域
本发明涉及压感技术领域，特别涉及一种导电薄膜及薄膜电阻应变式压力传感器。
背景技术
压力传感器(Pressure Transducer)是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。随着现代科技的飞速发展，对于压力传感器的性能指标、极端工作环境不断提出新的需求，这就导致薄膜电阻应变式压力传感器应运而生。
薄膜电阻应变式压力传感器一般包括衬底及附着于衬底表面，并由导电金属薄膜蚀刻而成的应变电阻。目前，形成上述应变电阻的导电金属薄膜一般包括基材，以及形成于基材两侧的金属层。为了增强基材与金属层之间的附着力，金属层与基材之间还涂覆有底漆层，底漆层可与基材及金属层的表面均附着紧密。
现有的导电金属薄膜的基材容易出现低聚物析出的现象，从而导致压力传感器的可靠性不高。为了防止低聚物析出，常见的方式是采用质地更硬、更密的膜层代替底漆层。然而，当采用更硬、更密的膜层代替底漆层后，又会导致基材与金属层之间的附着力变小，金属层易脱落。
发明内容
基于此，有必要提供一种既能防止低聚物析出，还能防止金属层的附着力变小的导电薄膜及薄膜电阻应变式压力传感器。
一种导电薄膜，其特征在于，包括：
基材，包括相对设置的第一表面及第二表面；
两个过渡层，分别附着于所述第一表面及第二表面，所述过渡层包括层叠设置的粘接底漆层及增强底漆层，且所述粘接底漆层与所述基材的表面贴合；及
两个金属层，分别附着于所述两个过渡层的所述增强底漆层的表面；
其中，所述粘接底漆层与所述增强底漆层均为亚克力系材质，且所述增强底漆层的厚度大于所述粘接底漆层的厚度。
上述导电薄膜，金属层通过过渡层与基材贴合，过渡层附着于基材的表面。粘接底漆层相当于现有导电膜中的底漆层，可与基材的表面紧密附着。而由于增强底漆层厚度比粘接底漆层大，故相较于现有的导电薄膜能有效地阻止低聚物析出。此外，增强底漆层可与金属层紧密附着。而且，粘接底漆层与增强底漆层均为亚克力系材质，故两者之间的粘接力也较强。因此，金属层与基材之间贴合紧密，不易脱落。由此可见，上述导电薄膜在防止低聚物析出的同时，还能有效地避免金属层的附着力减小。
此外，过渡层包括粘接底漆层及增强底漆层，硬度较低，故过渡层的杨氏模量较小。而且，虽然过渡层整体厚度较大，但过渡层为两层结构，故有利于释放内应力。因此，上述导电薄膜还能防止在冲切过程中发生龟裂。
在其中一个实施例中，所述基材为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜。
聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜即PET，是一种常见的有机材料。PET具有良好的耐热性、绝缘性、耐疲劳性及耐摩擦性，但透光性较差。而上述导电薄膜为非透明导电薄膜，对基材的透光性要求较低。因此，采用PET作为基材，能在有效地节约成本的同时，不降低产品品质。
在其中一个实施例中，所述粘接底漆层的厚度为10至200纳米，所述增强底漆层的厚度为300至2000纳米。
当粘接底漆层的厚度低于10纳米时，膜层太薄，无法与基材的表面形成有效地附着；而当粘接底漆层的厚度高于200纳米时，会影响粘接底漆层在基材表面的固化效果，同样会导致附着力不够。而增强底漆层的厚度低于300纳米时，其防止低聚物析出的作用较弱，而厚度高于2000纳米时，则会导致过渡层中的内应力过大，进而容易致使上述导电薄膜在冲切过程中发生龟裂。
在其中一个实施例中，所述粘接底漆层中及所述增强底漆层中含有纳米无机氧化物颗粒。
无机氧化物颗粒的添加可增加粘接底漆层及增强底漆层的硬度，从而增强过渡层的防刮性能，进而有效地提升上述导电薄膜的可靠性及外观。而且，无机氧化物颗粒可改变粘接底漆层中及增强底漆层的表面特性，使其表面粗糙度增加，从而进一步提升金属层的附着力。
在其中一个实施例中，所述粘接底漆层中的无机氧化物颗粒为二氧化硅颗粒，所述增强底漆层中的无机氧化物颗粒为二氧化硅颗粒与氧化铝颗粒的混合物。
二氧化硅颗粒及氧化铝颗粒对硬度及表面特性的影响最明显。因此，将二氧化硅颗粒及氧化铝颗粒作为无机氧化物颗粒进行添加，能在满足硬度及表面粗糙度要求的同时，尽量减少无机氧化物颗粒的重量占比。
在其中一个实施例中，所述增强底漆层的杨氏模量为1000至5000兆帕。
当增强底漆层的杨氏模量低于1000兆帕时，其防止低聚物析出的能力较弱，且硬度低、防刮性能较差。而当增强底漆层的杨氏模量高于5000兆帕时，会导致过渡层过硬，从而容易致使上述导电薄膜在冲切过程中发生龟裂。
在其中一个实施例中，所述无机氧化物颗粒使所述粘接底漆层及所述增强底漆层的表面形成凸起，且所述凸起的高度为100至1000纳米。
凸起可增加粘接底漆层与增强底漆层之间，以及增强底漆层与金属层之间的接触面积，从而进一步提升金属层的附着力。而且，凸起的高度小于100纳米时，附着力的增加不明显；而当凸起的高度大于1000纳米时，会导致金属层表面平整度较差。
在其中一个实施例中，在所述粘接底漆层及所述增强底漆层中，所述无机氧化物颗粒的分布密度为1000至10000个/mm2。
通过控制无机氧化物颗粒的分布密度可控制粘接底漆层及增强底漆层硬度。而当无机氧化物颗粒的分布密度为1000至10000个/mm2，既能保证上述导电薄膜具有较好的防刮性能，又能避免因硬度过大而致使上述导电薄膜在冲切过程中发生龟裂。
在其中一个实施例中，所述金属层为合金金属层。
合金材质的金属层电学性质稳定，电阻率不会随环境的变化而大幅变化。因此，采用上述导电薄膜形成的应变电阻适应性强。
一种薄膜电阻应变式压力传感器，包括：
柔性衬底；及
附着于所述柔性衬底表面的应变电阻，所述应变电阻由上述优选实施例中任一项所述的导电薄膜蚀刻形成。
上述薄膜电阻应变式压力传感器，金属层通过过渡层与基材贴合，过渡层附着于基材的表面。粘接底漆层相当于现有导电膜中的底漆层，可与基材的表面紧密附着。而由于增强底漆层厚度比粘接底漆层大，故相较于现有的导电薄膜能有效地阻止低聚物析出。此外，增强底漆层可与金属层紧密附着。而且，粘接底漆层与增强底漆层均为亚克力系材质，故两者之间的粘接力也较强。因此，金属层与基材之间贴合紧密，不易脱落。由此可见，在防止低聚物析出的同时，还能有效地避免金属层的附着力减小。
附图说明
图1为本发明较佳实施例中薄膜电阻应变式压力传感器的结构示意图；
图2为本发明较佳实施例中导电薄膜的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明提供了一种薄膜电阻应变式压力传感器及导电薄膜。
请参阅图1及图2，本发明较佳实施例中的薄膜电阻应变式压力传感器10包括应变电阻11及柔性衬底12。其中，应变电阻11附着于柔性衬底12的表面。而且，应变电阻11由导电薄膜100蚀刻形成。
具体的，柔性衬底12可以为表面有绝缘层的金属或石英、云母等无机材料。压力作用于应变电阻11时，应变电阻11的电阻值变化，从而引起电信号的变化。对电信号进行分析，便可得到压力值。
请再次参阅图2，本发明较佳实施例中的导电薄膜100包括基材110、过渡层120及金属层130。
基材110包括相对设置的第一表面(图2所示上表面)及第二表面(图2所示下表面)。基材110可以由非晶性聚合物薄膜形成，也可由结晶性聚合物薄膜形成。基材110主要起承载过渡层120及金属层130的作用。
具体在本实施例中，基材110为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜。聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜即PET，是一种常见的结晶性有机材料。
PET具有良好的耐热性、绝缘性、耐疲劳性及耐摩擦性，但透光性较差。但是，导电薄膜100用于制备应变电阻11时，对透光性的要求较低，故对基材110的透光性要求也较低。因此，采用PET作为基材110的材料，能在有效地节约成本的同时，提升产品品质。
过渡层120为两个，且两个过渡层120分别附着于第一表面及第二表面。而且，金属层130为两个，且两个金属层130分别附着于两个过渡层120背向基材110的表面。由于基材110与金属层130的材质差异，故两者之间的粘接性较差。通过设置过渡层120，可增强金属层130的附着力。
进一步的，过渡层120包括层叠设置的粘接底漆层121及增强底漆层123。具体的，粘接底漆层121与基材110的表面贴合，金属层130与增强底漆层123的表面贴合。
其中，粘接底漆层121与增强底漆层123均为有机材质。具体的，本实施例中，其材质为亚克力系树脂材料。而且，增强底漆层123的厚度大于粘接底漆层121的厚度。
粘接底漆层121相当于现有导电膜中的底漆层，可与基材110的表面紧密附着。而由于增强底漆层123厚度比粘接底漆层121大，故相较于现有的导电薄膜能有效地阻止低聚物析出。此外，增强底漆层123可与金属层130紧密附着。而且，粘接底漆层121与增强底漆层123材质相同，故两者之间的粘接力也较强。因此，金属层130与基材之间贴合紧密，不易脱落。由此可见，导电薄膜100在防止低聚物析出的同时，还能有效地避免金属层130的附着力减小。
此外，过渡层120包括粘接底漆层121及增强底漆层123，硬度较低，故过渡层120的杨氏模量较小。而且，虽然过渡层120整体厚度较大，但过渡层120为两层结构，故有利于释放内应力。因此，导电薄膜100还能防止在冲切过程中发生龟裂。
在本实施例中，粘接底漆层121的厚度为10至200纳米，增强底漆层123的厚度为300至2000纳米。
具体的，当粘接底漆层121的厚度低于10纳米时，膜层太薄，无法与基材的表面形成有效地附着；而当粘接底漆层121的厚度高于200纳米时，会影响粘接底漆层121在基材表面的固化效果，同样会导致附着力不够。而增强底漆层123的厚度低于300纳米时，其防止低聚物析出的作用较弱，而厚度高于2000纳米时，则会导致过渡层120中的内应力过大，进而容易致使导电薄膜100在冲切过程中发生龟裂。
因此，通过将粘接底漆层121及增强底漆层123的厚度控制在上述范围内，可较好的兼顾金属层130的附着力、抗低聚物析出及抗裂性。
在本实施例中，粘接底漆层121中及增强底漆层123中含有纳米无机氧化物颗粒140。
其中，无机氧化物颗粒140的添加可改变粘接底漆层121中及增强底漆层123的表面性质。具体的，添加无机氧化物颗粒140可增加粘接底漆层121及增强底漆层123的硬度。因此，过渡层120的防刮性能增强，从而可有效地防止刮花并对基材110起到保护作用，进而有效地提升导电薄膜100的可靠性及外观。而且，硬度增加还能进一步提升防止低聚物析出的能力。
此外，添加无机氧化物颗粒140后还可增加粘接底漆层121及增强底漆层123的表面粗糙度，从而进一步提升金属层130的附着力。
进一步的，在本实施例中，粘接底漆层121中的无机氧化物颗粒140为二氧化硅颗粒，增强底漆层123中的无机氧化物颗粒140为二氧化硅颗粒与氧化铝颗粒的混合物。
具体的，二氧化硅颗粒及氧化铝颗粒对表面特性的影响最明显。因此，将二氧化硅颗粒及氧化铝颗粒作为无机氧化物颗粒140的材质，能在满足硬度及表面粗糙度要求的同时，尽量减少无机氧化物颗粒140的重量占比。
在本实施例中，增强底漆层123的杨氏模量为1000至5000兆帕。
杨氏模量表示增强底漆层123抗形变的能力，杨氏模量越大则抗形变能力越强，相应的硬度也越高。而且，增强底漆层123的杨氏模量可通过控制无机氧化物颗粒140的添加量进行调节。具体的，当增强底漆层123的杨氏模量低于1000兆帕时，其硬度较低，故增强底漆层123防止低聚物析出的能力较弱，且防刮性能较差。而当增强底漆层123的杨氏模量高于5000兆帕时，会导致过渡层120过硬，从而容易致使导电薄膜100在冲切过程中发生龟裂。
在本实施例中，无机氧化物颗粒140使粘接底漆层121及增强底漆层123的表面形成凸起，且凸起的高度为100至1000纳米。
具体的，无机氧化物颗粒140可全部嵌设于粘接底漆层121及增强底漆层123中，也可部分嵌设于粘接底漆层121及增强底漆层123中。而部分嵌入的无机氧化物颗粒140则可形成凸起。
凸起可增加粘接底漆层121与增强底漆层123之间，以及增强底漆层123与金属层130之间的接触面积，故能进一步提升金属层130的附着力。而且，凸起的高度小于100纳米时，附着力的增加不明显；而当凸起的高度大于1000纳米时，会导致金属层130表面平整度较差。
需要指出的是，无机氧化物颗粒140的尺寸均为纳米级别，故针对每个无机氧化物颗粒140的嵌入深度无法精确控制，因此，上述凸起的高度范围指的是占绝大多数的凸起的高度范围。
在本实施例中，在粘接底漆层121及增强底漆层123中，无机氧化物颗粒140的分布密度为1000至10000个/mm2。
具体的，通过控制无机氧化物颗粒140的分布密度可控制粘接底漆层121及增强底漆层123杨氏模量，即硬度。而当无机氧化物颗粒的分布密度为1000至10000个/mm2，既能保证导电薄膜100具有较好的防刮性能，又能避免因硬度过大而致使导电薄膜100在冲切过程中发生龟裂。
在本实施例中，金属层130为合金金属层130。
具体的，合金可以是铜镍合金、银镍合金等。合金材质的金属层130电学性质稳定，电阻率不会随环境的变化而大幅变化。因此，采用导电薄膜100形成的应变电阻11适应性强。
上述导电薄膜及薄膜电阻应变式压力传感器，粘接底漆层121相当于现有导电膜中的底漆层，可与基材110的表面紧密附着。而由于增强底漆层123厚度比粘接底漆层121大，故相较于现有的导电薄膜能有效地阻止低聚物析出。此外，增强底漆层123可与金属层130紧密附着。而且，粘接底漆层121与增强底漆层123材质相同，故两者之间的粘接力也较强。因此，金属层130与基材之间贴合紧密，不易脱落。由此可见，导电薄膜100在防止低聚物析出的同时，还能有效地避免金属层130的附着力减小。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种导电薄膜，其特征在于，包括：
基材，包括相对设置的第一表面及第二表面，所述基材为结晶性聚合物薄膜；
两个过渡层，分别附着于所述第一表面及第二表面，所述过渡层包括层叠设置的粘接底漆层及增强底漆层，且所述粘接底漆层与所述基材的表面贴合；及
两个金属层，分别附着于所述两个过渡层的所述增强底漆层的表面；
其中，所述粘接底漆层与所述增强底漆层均为亚克力系材质，且所述增强底漆层的厚度大于所述粘接底漆层的厚度；
所述粘接底漆层中及所述增强底漆层中含有纳米无机氧化物颗粒；
所述无机氧化物颗粒使所述粘接底漆层及所述增强底漆层的表面形成凸起，且所述凸起的高度为100至1000纳米。
2.根据权利要求1所述的导电薄膜，其特征在于，所述基材为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜。
3.根据权利要求1所述的导电薄膜，其特征在于，所述粘接底漆层的厚度为10至200纳米，所述增强底漆层的厚度为300至2000纳米。
4.根据权利要求1所述的导电薄膜，其特征在于，所述粘接底漆层中的无机氧化物颗粒为二氧化硅颗粒，所述增强底漆层中的无机氧化物颗粒为二氧化硅颗粒与氧化铝颗粒的混合物。
5.根据权利要求4所述的导电薄膜，其特征在于，所述增强底漆层的杨氏模量为1000至5000兆帕。
6.根据权利要求1所述的导电薄膜，其特征在于，在所述粘接底漆层及所述增强底漆层中，所述无机氧化物颗粒的分布密度为1000至10000个/mm2。
7.根据权利要求1所述的导电薄膜，其特征在于，所述金属层为合金金属层。
8.一种薄膜电阻应变式压力传感器，其特征在于，包括：
柔性衬底；及
附着于所述柔性衬底表面的应变电阻，所述应变电阻由上述权利要求1至7任一项所述的导电薄膜蚀刻形成。
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