CN109166961A - 一种pvdf阵列式柔性压电传感器的图形化刻蚀方法 - Google Patents

Abstract

本发明技术领域,具体涉及一种PVDF阵列式柔性压电传感器的图形化刻蚀方法。本发明采用雕刻图形化的加工工艺,无需掩模版，可以同时进行大规模可控化制备，通过串并联结构设计，拓展器件工作能力与应用范围。现有的制备工艺中，由于多次溶液刻蚀会对PVDF上的铝膜造成不可逆的损害，使图形化成品率差；而使用离子刻蚀的机器成本高昂，本发明通过改进PCB蓝膜工艺，最终解决了成本和成品品质兼得的工艺方法。

Description

一种PVDF阵列式柔性压电传感器的图形化刻蚀方法

技术领域

本发明技术领域,具体涉及一种PVDF阵列式柔性压电传感器的图形化刻蚀方法。

背景技术

基于硅的微机电(MEMS)工艺的压电传感器具有灵敏度高、易于模拟电路集成、性能稳定、响应时间短、速度快等优点而被广泛研究使用，工艺也日趋成熟。而随着柔性屏幕、柔性电路板以及可穿戴式柔性触感器件的快速发展，对柔性压电传感器的需求日益迫切。其中PVDF压电薄膜以其频响宽、动态范围大、力电转换灵敏度高、机械性能强度高等特点成为热点研究方向。

使用PVDF制作传感器的方法很多，而真空蒸镀得到镀铝的PVDF更是理论上更简单进行图形化电极的方式之一。普通的PCB蓝膜刻蚀工艺中，由于要使用到烧碱溶液，而铝不论在酸溶液还是碱溶液中都会被腐蚀，故使用普通PCB蓝膜法无论在哪一步刻蚀中，都会或多或少对铝膜造成腐蚀，而多次溶液刻蚀会对铝膜及PVDF造成不可逆的损害，图形化成品率极差，边缘极度不清晰。另一种常用方法是离子刻蚀，但其对应的机器设备成本高昂，且工艺复杂。因此，现需要一种可以解决成本与成品品质之间的平衡问题的工艺方法。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有技术的不足，针对现有成本高、图形化成品率差的问题，本发明提供了一种PVDF阵列式柔性压电传感器的图形化刻蚀方法，可以通过单次溶液刻蚀的方法制备面积柔性传感器电极及阵列的方法，采用平面式电极结构，极大的降低了器件的整体厚度，并可以通过设计优化，改变电极的面积。通过蓝膜保护的工艺，进行改造简化。

具体技术方案如下：

步骤一、图案绘制：对目标压电传感器的图案进行绘制。

步骤二、制备保护膜：对面积大于所需图案的PCB蓝膜进行雕刻,得到与步骤1绘制的图案相对应的蓝膜保护膜。

步骤三、定位粘贴，以及后续处理：将步骤二得到的PCB蓝膜保护膜的下层透明保护膜去除，然后将其粘贴在镀铝的PVDF上，粘贴后压紧避免气泡产生，以避免刻蚀液浸入保护膜内；再于40～50℃的热板上进行加热至完全贴合。

步骤四、曝光：压紧并曝光镀铝PVDF上的蓝膜保护膜至其完全曝光，完全曝光的蓝膜应呈现深紫色，并紧密贴合在镀铝PVDF上。

步骤五、刻蚀：在配置的铝刻蚀液中完全浸泡刻蚀，直至步骤四所得镀铝PVDF的未被蓝膜保护膜保护的无图案部分前后透明即可取出，然后在清水或去离子水中浸泡洗去多余酸液。

步骤六、去蓝膜：揭下蓝膜的上层保护膜，在乙醇溶液中进行浸泡，直至溶解所有蓝膜，再用清水清洗并晾干。

步骤七、电极、引线制备；在步骤六制备的镀铝PVDF上进行电极和引线的制备。

进一步的，步骤七完成后还包括后续封装步骤：将器件压平展，使用聚酰亚胺(PI)进行器件粘贴封装，实现器件的防水处理。

进一步的，所述电极使用漆包线一端去除漆皮，然后将去除漆皮的漆包线弯成螺旋状，置于成品需要的电极处并压平，最后使用带胶导电铜箔进行固定，即可完成电极制备。

本发明采用雕刻图形化的加工工艺,无需掩模版，可以同时进行大规模可控化制备，通过串并联结构设计，拓展器件工作能力与应用范围。现有的制备工艺中，由于多次溶液刻蚀会对PVDF上的铝膜造成不可逆的损害，使图形化成品率差；而使用离子刻蚀的机器成本高昂，本发明通过改进PCB蓝膜工艺，最终解决了成本和成品品质兼得的工艺方法。

附图说明

图1为本发明工艺流程图；

图2为实施例的器件绘制图案俯视图；

图3a为实施例器件蓝膜保护膜示意图；图3b为实施例器件蓝膜母膜示意图；

图4为实施例器件粘贴定位示意图；

图5为实施例器件的制备电极示意图；

图6(a)为实施例器件结构示意平面图(单面)；图6(b)为实施例器件结构示意剖面图(单面)；

图7为实施例器件的实物图；

图8为实施例器件的性能表征图。

附图标记：1-PVDF，2-铝(蓝膜保护膜粘贴位置)，3-带胶导电铜箔，4-螺旋状漆包线电极线。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步的详细说明。

材料准备：(1)PCB刻蚀工艺所使用的蓝膜(2)避免产生气泡的配比刻蚀酸液：10％去离子水、5％浓硝酸、5％纯醋酸、80％纯磷酸；(3)真空蒸镀铝的PVDF薄膜(此片铝厚度30μm)

以基于双面镀铝PVDF薄膜8*8方形阵列压力传感器为例，具体制备步骤：

步骤一、图案绘制：使用CAD进行所需图案绘制，得到结构如图2的图形。其具体参数为：大边框为8cm正方形，用于定位，具体内部方形电极的边长为5mm，圆形电极的直径为5mm，较细的连接线为2mm，图案间距为2mm；

步骤二、制备保护膜：使用小型定位切割机对大于步骤一绘制图案的蓝膜进行雕刻，得到蓝膜保护膜(图3a)与揭下的母膜(图3b)；

步骤三、定位：使用图3b母膜进行上下定位，将母膜压在镀铝的PVDF上，在内部棱角处使用记号笔进行定位标记。此外，用记号笔对齐母膜在双面铝膜PVDF上做好记号(如图4中的“X”处)，然后使用针在反面对母膜进行定位用于反面定位，并同样用母膜在反面同样做好标记定位点；

粘贴：撕去保护蓝膜的单面保护层后，根据步骤一所画的点位与步骤？在镀铝PVDF上画出的几号对应所需图形进行粘贴(如图3a灰色部分)，注意器件平展与处理气泡从而保证蓝膜保护膜与镀铝PVDF贴合，之后40～50℃热板压平加热5min；

步骤四、曝光：使用透明亚克力板压紧并在300W紫外线灯下曝光2min至蓝膜保护膜完全曝光呈深紫色，并与镀铝PVDF紧密贴合，正反面均需曝光；

步骤五、刻蚀：在材料准备(2)的刻蚀液中浸泡刻蚀，注意观察刻蚀速度，前后透明即可取出，时间在2min，在清水中浸泡洗去多余酸液；

步骤六、去蓝膜：揭下蓝膜保护膜的上层保护膜，在乙醇溶液中进行浸泡，直至溶解所有蓝膜，并用清水清洗并晾干。

步骤七、电极、引线制备：使用漆包线专用去漆溶液去除一端部分漆，并弯成螺旋状(如图5)，在铝电极处压平，并使用带胶导电铜箔进行固定(如图6a的3、4部分)；

所得到最终成品如图7的器件。如需器件防水，则采取步骤八：

步骤八、将器件压平展，使用聚酰亚胺(PI)进行器件粘贴封装。

图8为实施例做出的器件性能表征：连接两根导线，在10^-9mA电流下的电压变化，在20s时电压达到2V，此时该处平板电容电容中电荷达到平衡稳定，80s时将5g砝码置于两导线连接的位置，电压达到钳位电压3V(为避免对器件造成影响，将钳位电压设置为3V)，可以看出该器件有良好的压电特性。

Claims (3)

1.一种PVDF阵列式柔性压电传感器的图形化刻蚀方法，具体步骤如下：

步骤一、图案绘制：对目标压电传感器的图案进行绘制；

步骤二、制备保护膜：对面积大于所需图案的PCB蓝膜进行雕刻,得到与步骤1绘制的图案相对应的蓝膜保护膜；

步骤三、定位粘贴，以及后续处理：将步骤二得到的PCB蓝膜保护膜的下层透明保护膜去除，然后将其粘贴在镀铝的PVDF上，粘贴后压紧避免气泡产生，以避免刻蚀液浸入保护膜内；再于40～50℃的热板上进行加热至完全贴合；

步骤四、曝光：压紧并曝光镀铝PVDF上的蓝膜保护膜至其完全曝光，完全曝光的蓝膜应呈现深紫色，并紧密贴合在镀铝PVDF上；

步骤五、刻蚀：在配置的铝刻蚀液中完全浸泡刻蚀，直至步骤四所得镀铝PVDF的未被蓝膜保护膜保护的无图案部分前后透明即可取出，然后在清水或去离子水中浸泡洗去多余酸液；

步骤六、去蓝膜：揭下蓝膜的上层保护膜，在乙醇溶液中进行浸泡，直至溶解所有蓝膜，再用清水清洗并晾干；

步骤七、电极、引线制备；在步骤六制备的镀铝PVDF上进行电极和引线的制备。

2.如权利要求1所述PVDF阵列式柔性压电传感器的图形化刻蚀方法，其特征在于：

所述步骤七完成后还包括后续的封装：将器件压平展，使用聚酰亚胺PI进行器件粘贴封装，实现器件的防水处理。

3.如权利要求1所述PVDF阵列式柔性压电传感器的图形化刻蚀方法，其特征在于：

所述步骤七的电极使用漆包线一端去除漆皮，然后将去除漆皮的漆包线弯成螺旋状，置于成品需要的电极处并压平，最后使用带胶导电铜箔进行固定，即可完成电极制备。