CN109283358A - 一种基于柔性螺旋电感结构的风速传感器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于柔性螺旋电感结构的风速传感器及制造方法。本发明所述的基于柔性螺旋电感结构的风速传感器包括聚对苯二甲酸类（PET）衬底，螺旋电感线圈，位于所述PET衬底上表面，螺旋电感接触块与螺旋电感线圈两端连接，金属连接线，位于PET衬底中并贯穿衬底，位于衬底下表面且与螺旋电感接触块正对应的接触块，位于衬底下表面的金属导线,位于衬底下表面边缘处、连接下表面金属导线的测试接触块。同时还公开基于柔性螺旋电感结构的风速传感器的制备方法。此结构利用柔性电感在不同风速时产生弯曲应变下电感值的变化，使风速与电感值之间存在对应关系。本发明的风速传感器结构轻便，响应速度快，电感自身热损耗小，降低了传感器功耗。

Description

一种基于柔性螺旋电感结构的风速传感器及其制备方法
技术领域
本发明属于传感器领域，尤其涉及一种基于柔性螺旋电感结构的风速传感器及其制备方法。
背景技术
风速的测量与人们的生活息息相关，并广泛应用在工业建设、农业生产、航天航空、交通旅游、气象预报以及环境保护等领域。很早之前，风速的测量主要采用机械式风杯和风向标来实现，近些年来，又出现了基于超声原理和多普勒原理的风速传感器，但总的来说，这些风速传感器由于体积庞大、成本高，无法满足物联网技术中的小型化、低功耗等应用需求。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提出一种基于柔性螺旋电感结构的风速传感器及其制备方法，柔性螺旋电感在不同的风速下产生对应的形变，导致电感值发生改变，因此，风速与电感值之间存在对应关系，通过测量螺旋电感的电感值大小，即可转换得到风速值，实现对风速的测量。
技术方案：一种基于柔性螺旋电感结构的风速传感器，该传感器包括衬底，位于衬底上表面的等间距布置的螺旋电感线圈，所述螺旋电感线圈两端分别与第一螺旋电感接触块和第二螺旋电感接触块连接，第一、第二金属连接线位于衬底中，并贯穿衬底，所述第一、第二接触块位于衬底下表面且与第一、第二螺旋电感接触块正对应，所述第一金属连接线连接第一螺旋电感接触块和第一接触块，第二金属连接线连接第二螺旋电感接触块和第二接触块，位于衬底下表面的第一、第二测试接触块与衬底下表面边缘距离为L，衬底下表面的第一金属导线连接第一接触块和第一测试接触块，衬底下表面的第二金属导线连接第二接触块和第二测试接触块。
优选的，所述的衬底为聚对苯二甲酸类（PET）衬底。
优选的，所述衬底长100mm、宽100mm，厚度1mm；螺旋电感线圈宽2mm、厚度0.1mm；多圈线圈之间的间隔距离宽2mm；第一、第二螺旋电感接触块长5mm、宽5mm、厚度0.1mm；第一、第二金属连接线长1mm；第一、第二接触块长5mm、宽5mm、厚度0.1mm；第一金属导线长35mm、宽2mm、厚度0.1mm；第二金属导线长10mm、宽2mm、厚度0.1mm；第一、第二测试接触块长5mm、宽5mm、厚度0.1mm，与衬底边缘的距离L为1-3mm。
优选的，本发明所述的基于柔性螺旋电感结构的风速传感器的制备方法，包括以下步骤：
（1）准备衬底；
（2）衬底上表面处理：
（2.1）旋涂光刻胶，光刻并刻蚀，去除需要生长螺旋电感线圈和第一、第二螺旋电感接触块处的光刻胶；
（2.2）蒸发Cu淀积，剥离光刻胶，形成螺旋电感线圈，和第一、第二螺旋电感接触块；
（3）衬底下表面处理：
（3.1）在第一、第二螺旋电感接触块正下方对应处用第一、第二金属连接线贯穿衬底；
（3.2）旋涂光刻胶，光刻并刻蚀，去除需要生长第一、第二金属导线，第一、第二接触块和第一、第二测试接触块处的光刻胶；
（3.3）蒸发Cu淀积，剥离光刻胶，形成一、第二金属导线，第一、第二接触块和第一、第二测试接触块。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：
采用微电子机械系统（MEMS）技术和柔性电子器件相结合，使器件小型化，结构轻便，形变具有即时性，响应速度快；此外，电感自身热损耗小，降低了传感器功耗。贯穿衬底的金属连接线使衬底上表面的接触快与下表面的接触快实现电气连通，避免在衬底上表面进行导线连接，减小了导线电流与螺旋电感之间的互感，使电感测量更为精确，方便测试，同时也方便与后续器件的连接，使实际应用更加便利。
附图说明
图1是基于柔性螺旋电感结构的风速传感器的俯视图；
图2是图1中的A-A’的剖面图；
图3是基于柔性螺旋电感结构的风速传感器的衬底下表面接触块及导线布局图；
图4是基于柔性螺旋电感结构的风速传感器的尺寸参数图：（a）是俯视图，（b）是图1中的A-A’的剖面图，（c）是衬底下表面接触块及导线布局图；
图中各标号为：1-PET衬底、2-螺旋电感线圈、3-金属连接线、4-金属连接线、5-金属导线、6-金属导线、7-螺旋电感接触块、8-螺旋电感接触块、9-接触块、10-接触块、11-测试接触块、12-测试接触块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本实施例提供了一种基于柔性螺旋电感结构的风速传感器，如图1，图2，图3和图4所示，包括PET衬底1，长100mm、宽100mm，厚度1mm，位于衬底1上表面的螺旋电感线圈2，宽2mm、厚度0.1mm，位于所述多圈电感线圈2之间的间隔距离13，宽2mm，螺旋电感接触块7、8，长5mm、宽5mm、厚度0.1mm，与螺旋电感线圈2的两端连接，金属连接线3、4，长1mm，位于PET衬底1中，贯穿PET衬底1，所述接触块9、10，长5mm、宽5mm、厚度0.1mm，位于PET衬底1下表面且与螺旋电感接触块7、8正对应处，所述金属连接线3，长1mm，连接位于衬底1上表面的螺旋电感接触块7和位于下表面的接触块9，所述金属连接线4，长1mm，连接位于衬底1上表面的螺旋电感接触块8和位于下表面的接触块10，衬底1内部的金属连接线3、4使螺旋电感接触块7、8与接触块9、10实现电气连通，测试接触块11、12，长5mm、宽5mm、厚度0.1mm,位于PET衬底1下表面，与衬底1下表面边缘14距离L为1-3mm，衬底1下表面的金属导线5, 长35mm、宽2mm、厚度0.1mm，连接接触块9和测试接触块11，所述金属导线6，长10mm、宽2mm、厚度0.1mm,连接接触块10和测试接触块12，实现电气连通。上述结构最终将两个螺旋电感接触块7、8引出到衬底1下表面边缘处的测试接触块11、12，避免在衬底1上表面进行导线连接，减小了导线电流与螺旋电感之间的互感，使电感测量更为精确，方便测试，同时也方便与后续器件的连接，实际应用更加便利。
本发明的基于柔性螺旋电感结构的风速传感器的制备方法，包括以下步骤：
（1）准备衬底1；
（2）衬底1上表面处理：
（2.1）旋涂光刻胶，光刻并刻蚀，去除需要生长螺旋电感线圈2和螺旋电感接触块7、8处的光刻胶；
（2.2）蒸发Cu淀积，剥离光刻胶，形成螺旋电感线圈2，和螺旋电感接触块7、8；
（3）衬底1下表面处理：
（3.1）在螺旋电感接触块7、8正下方对应处用金属连接线3、4贯穿衬底1；
（3.2）旋涂光刻胶，光刻并刻蚀，去除需要生长金属导线5、6和接触块9、10，测试接触块11、12处的光刻胶；
（3.3）蒸发Cu淀积，剥离光刻胶，形成金属导线5、6和接触块9、10，测试接触块11、12。
本发明工作原理为：在无风情况下，柔性衬底1和螺旋电感线圈2处于展平状态，螺旋电感线圈2的电感大小保持不变；在有风情况下，柔性衬底1和螺旋电感线圈2处于弯曲状态，并随风速加大弯曲程度加强，螺旋电感线圈2的电感发生改变。通过测试接触块11、12测量的电感值大小，即可转换得到风速值，实现风速的测量。

Claims (4)

1.一种基于柔性螺旋电感结构的风速传感器，其特征在于：包括衬底（1），位于衬底（1）上表面的等间距布置的螺旋电感线圈（2），所述螺旋电感线圈（2）两端分别与第一螺旋电感接触块（7）、第二螺旋电感接触块（8）连接，第一、第二金属连接线（3）、（4）位于衬底（1）中，并贯穿衬底（1），第一、第二接触块（9）、（10）位于衬底（1）下表面且与第一、第二螺旋电感接触块（7）、（8）正对应，所述第一金属连接线（3）连接第一螺旋电感接触块（7）和第一接触块（9），所述第二金属连接线（4）连接第二螺旋电感接触块（8）和第二接触块（10），位于衬底（1）下表面的第一、第二测试接触块（11）、（12）与衬底（1）下表面边缘（14）距离为L，位于衬底（1）下表面的第一金属导线（5）连接第一接触块（9）和第一测试接触块（11），位于衬底（1）下表面的第二金属导线（6）连接第二接触块（10）和第二测试接触块（12）。
2.根据权利要求1所述的一种基于柔性螺旋电感结构的风速传感器，其特征在于：所述的衬底（1）为聚对苯二甲酸类衬底。
3.根据权利要求1所述的一种基于柔性螺旋电感结构的风速传感器，其特征在于：
所述衬底（1）长100mm、宽100mm，厚度1mm；螺旋电感线圈（2）宽2mm、厚度0.1mm；多圈线圈之间的间隔距离（13）宽2mm；第一、第二螺旋电感接触块（7）、（8）长5mm、宽5mm、厚度0.1mm；第一、第二金属连接线（3）、（4）长1mm；第一、第二接触块（9）、（10）长5mm、宽5mm、厚度0.1mm；第一金属导线（5）长35mm、宽2mm、厚度0.1mm；第二金属导线（6）长10mm、宽2mm、厚度0.1mm； 第一、第二测试接触块（11）、（12）长5mm、宽5mm、厚度0.1mm，与衬底（1）边缘（14）的距离L为1-3mm。
4.一种制备如权利要求1所述的一种基于柔性螺旋电感结构的风速传感器的方法，其特征在于：包括以下步骤，
（1）准备衬底（1）；
（2）衬底（1）上表面处理：
（2.1）旋涂光刻胶，光刻并刻蚀，去除需要生长螺旋电感线圈（2）和第一、第二螺旋电感接触块（7）、（8）处的光刻胶；
（2.2）蒸发Cu淀积，剥离光刻胶，形成螺旋电感线圈（2），和第一、第二螺旋电感接触块（7）、（8）；
（3）衬底（1）下表面处理：
（3.1）在第一、第二螺旋电感接触块（7）、（8）正下方对应处用第一、第二金属连接线（3）、（4）贯穿衬底（1）；
（3.2）旋涂光刻胶，光刻并刻蚀，去除需要生长第一、第二金属导线（5）、（6）和第一、第二接触块（9）、（10）以及第一、第二测试接触块（11）、（12）处的光刻胶；
（3.3）蒸发Cu淀积，剥离光刻胶，形成第一、第二金属导线（5）、（6），第一、第二接触块（9）、（10）和第一、第二测试接触块（11）、（12）。
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