CN110054149A - 一种转印模式下的柔性传感器 - Google Patents

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张健
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Abstract

本发明公开了一种转印模式下的柔性传感器，本发明通过将聚酰胺酸旋涂至衬底上，经热固化、光刻工艺图形化、再利用氧化还原法原位生长银层，随后旋涂聚乙烯醇，溶解其中的聚酰胺酸，使传感器与衬底脱离，获得到可贴敷于任意衬底上的柔性传感器。本发明有效拓展了柔性传感器的应用范围，具有结构简单、效率高、工艺环境要求低的优点。经本发明工艺制造出的柔性传感器，相比传统制造工艺而言，对实验温度及专业设备的要求不高，制作方便且成本低；本发明可以与现有的微电子工艺、芯片工艺实现衔接实现工业化批量生产，本发明解决了现有柔性传感器无法满足在任意衬底上转印的难题。

Description

一种转印模式下的柔性传感器
技术领域
本发明涉及柔性传感器制备与转印技术领域，可以制备任意衬底的柔性传感器，尤其是一种转印模式下的柔性传感器。
背景技术
随着电子产业的发展，柔性电子设备的需求日益增加，电子产品对重量轻、可拉伸、可转印于任意衬底的电子器件需求愈加明显。现有的柔性传感器中多采用在柔性基板上直接制备的方法，这些方法在一定程度上都可以制造柔性传感器，但也存在着诸多问题。由于柔性传感器自身的制备定型需依托衬底，而在使用时需要更换衬底，现有技术的柔性传感器无法满足在任意衬底上相互转印。
近年来，一些研究通过采用特定的转印装置实现器件的转印，如专利号201810247581.7的一种微器件转印装置及微器件转印系统；专利号201810058307.5的一种转印设备及其转印方法；它们虽然可以实现器件的转印，但存在的问题是，上述工艺方法工艺环境、设备要求高，尚不能做到任意衬底且无法大面积、批量化制备。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种转印模式下的柔性传感器，本发明制备的柔性传感器可转移到任意衬底上，有效拓展了柔性传感器的应用范围，具有结构简单、效率高、工艺环境要求低的优点。经本发明工艺制造出的柔性传感器，相比传统制造工艺而言，对实验温度及专业设备的要求不高，制作方便且成本低；本发明可以与现有的微电子工艺、芯片工艺实现衔接实现工业化批量生产，本发明解决了现有柔性传感器无法满足在任意衬底上转印的难题。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种转印模式下的柔性传感器，其特点包括以下制备步骤：
步骤1：选玻璃片为衬底，在衬底上旋涂一层聚酰胺酸，聚酰胺酸质量比为12wt%，旋涂厚度为20～30um；旋涂后置于加热台上加热，加热温度为90～100℃，加热时间为2～3h；自然冷却至室温；获得聚酰胺酸固化衬底；
步骤2：设计传感器图形，选用喷墨打印机在菲林片上打印该图形，制作该图形的光刻掩模版；
步骤3：选用两面均设有保护膜的感光干膜；撕掉其中一面的保护膜，使感光干膜无保护膜的一面与固化聚酰胺酸衬底的聚酰胺酸面贴敷，获得感光干膜衬底；
步骤4：将光刻掩模版贴敷于感光干膜衬底的感光干膜保护膜上，置入光刻蚀机进行掩膜光刻；获得光刻衬底；
步骤5：撕掉光刻衬底上感光干膜另一面的保护膜，随后将光刻衬底放入显影剂中进行显影，剥离掉未被曝光的感光干膜；显影剂为氢氧化钠溶液，pH值为12.1；显影时间为3～5min；获得感光干膜衬底；
步骤6：将感光干膜衬底通过氧化还原法使其生长银层，具体包括：
S6.1：将硝酸银溶于去离子水中，搅拌均匀，浓度为0.02～0.03mol/L；获得硝酸银溶液；
S6 .2：将感光干膜衬底置入硝酸银溶液中氧化，时间为15～20min；
S6 .3：将氧化后的感光干膜衬底用去离子水冲洗，并置于硼氢化钠溶液中还原，析出银层，硼氢化钠溶液浓度为5～10mmol/L；
S6 .4：将还原后的感光干膜衬底用去离子水冲洗，获得图形化的银层衬底；
步骤7：将图形化的银层衬底放入分析纯的丙酮中脱膜，脱掉被曝光的感光干膜；再用去离子水冲洗，冲洗后，在图形化的银层衬底的银层面旋涂聚乙烯醇；厚度为10～20um；聚乙烯醇的质量比为20～30wt%；再置于加热台上加热，加热温度为80℃；加热时间为30～60min；获得聚乙烯醇衬底；
步骤8：将聚乙烯醇衬底放入纯度为99.8%的DMAC二甲基乙酰胺中；将聚酰胺酸溶解，使图形化的银层与玻璃片脱离，获得附着在聚乙烯醇膜上的图形化的银层；
步骤9：将附着在聚乙烯醇膜上的图形化的银层贴在欲装配传感器的任意衬底表面；用去离子水冲洗掉图形化的银层表面的聚乙烯醇，获得转印于任意衬底上的图形化的银层；
步骤10：在图形化银层上涂一层传感材料，即可得到任意衬底上的柔性传感器。
所述衬底为玻璃片、聚四氟乙烯片、聚对苯二甲酸乙二醇酯片、陶瓷片或降解塑料片。
所述还原剂为硼氢化钠溶液、过氧化氢溶液或对苯二酚溶液。
所述传感材料为氧化锌材料、石墨烯等。
本发明制备的柔性传感器可转移到任意衬底上，有效拓展了柔性传感器的应用范围，具有结构简单、效率高、工艺环境要求低的优点。经本发明工艺制造出的柔性传感器，相比传统制造工艺而言，对实验温度及专业设备的要求不高，制作方便且成本低；本发明可以与现有的微电子工艺、芯片工艺实现衔接实现工业化批量生产，本发明解决了现有柔性传感器无法满足在任意衬底上转印的难题。
本发明制备的柔性传感器，与传统工艺相比，对制备的环境温度及设备的要求不高，在常温下采用常用设备即便可制备，实现批量化制造、性价比高；本发明可以与现有的微电子工艺实现衔接，可转移到任意衬底上。
附图说明
图1为本发明制备的流程示意图；
图2为本发将感光干膜衬底通过氧化还原法使其生长银层的过程示意图；
图3为本发明将氧化后的感光干膜衬底置于硼氢化钠溶液中析出银层的示意图；
图4为气体浓度与本发明传感器阻值的变化曲线图。
具体实施方式
本发明包括以下制备步骤：
步骤1：选玻璃片为衬底，在衬底上旋涂一层聚酰胺酸，聚酰胺酸质量比为12wt%，旋涂厚度为20～30um；旋涂后置于加热台上加热，加热温度为90～100℃，加热时间为2～3h；自然冷却至室温；获得聚酰胺酸固化衬底；
步骤2：设计传感器图形，选用喷墨打印机在菲林片上打印该图形，制作该图形的光刻掩模版；
步骤3：选用两面均设有保护膜的感光干膜；撕掉其中一面的保护膜，使感光干膜无保护膜的一面与固化聚酰胺酸衬底的聚酰胺酸面贴敷，获得感光干膜衬底；
步骤4：将光刻掩模版贴敷于感光干膜衬底的感光干膜保护膜上，置入光刻蚀机进行掩膜光刻；获得光刻衬底；
步骤5：撕掉光刻衬底上感光干膜另一面的保护膜，随后将光刻衬底放入显影剂中进行显影，剥离掉未被曝光的感光干膜；显影剂为氢氧化钠溶液，pH值为12.1；显影时间为3～5min；获得感光干膜衬底；
步骤6：将感光干膜衬底通过氧化还原法使其生长银层，具体包括：
S6.1：将硝酸银溶于去离子水中，搅拌均匀，浓度为0.02～0.03mol/L；获得硝酸银溶液；
S6 .2：将感光干膜衬底置入硝酸银溶液中氧化，时间为15～20min；
S6 .3：将氧化后的感光干膜衬底用去离子水冲洗，并置于硼氢化钠溶液中还原，析出银层，硼氢化钠溶液浓度为5～10mmol/L；
S6 .4：将还原后的感光干膜衬底用去离子水冲洗，获得图形化的银层衬底；
步骤7：将图形化的银层衬底放入分析纯的丙酮中脱膜，脱掉被曝光的感光干膜；再用去离子水冲洗，冲洗后，在图形化的银层衬底的银层面旋涂聚乙烯醇；厚度为10～20um；聚乙烯醇的质量比为20～30wt%；再置于加热台上加热，加热温度为80℃；加热时间为30～60min；获得聚乙烯醇衬底；
步骤8：将聚乙烯醇衬底放入纯度为99.8%的DMAC二甲基乙酰胺中；将聚酰胺酸溶解，使图形化的银层与玻璃片脱离，获得附着在聚乙烯醇膜上的图形化的银层；
步骤9：将附着在聚乙烯醇膜上的图形化的银层贴在欲装配传感器的任意衬底表面；用去离子水冲洗掉图形化的银层表面的聚乙烯醇，获得转印于任意衬底上的图形化的银层；
步骤10：在图形化银层上涂一层传感材料，即可得到任意衬底上的柔性传感器。
所述衬底为玻璃片、聚四氟乙烯片、聚对苯二甲酸乙二醇酯片、陶瓷片或降解塑料片。
所述还原剂为硼氢化钠溶液、过氧化氢溶液或对苯二酚溶液。
所述传感材料为氧化锌材料、石墨烯等。
实施例1
参阅图1， S1：选择大小为30mm×10mm的玻璃片作为衬底，利用匀胶机，设置前转700r/min，设定时间为40s，后转1500r/min，设定时间为20s，将质量比为12wt％的聚酰胺酸旋涂于玻璃片上，旋涂厚度为30um；旋涂后置于加热台上加热，加热温度为100℃，加热时间为3h；自然冷却至室温；获得聚酰胺酸固化衬底；
参阅图1，S2：设计传感器图形，选用喷墨打印机在菲林片上打印该图形，制作该图形的光刻掩模版；
参阅图1，S3：选用两面均设有保护膜的感光干膜；撕掉其中一面的保护膜，使感光干膜无保护膜的一面与固化聚酰胺酸衬底的聚酰胺酸面贴敷，获得感光干膜衬底；使之表面平整、无气泡、无褶皱；
参阅图1，S4：将光刻掩模版贴敷于感光干膜衬底的感光干膜保护膜上，置入光刻蚀机进行掩膜光刻；获得光刻衬底；
参阅图1，S5：撕掉光刻衬底上感光干膜另一面的保护膜，随后将光刻衬底放入显影剂中进行显影，剥离掉未被曝光的感光干膜；显影剂为氢氧化钠溶液，pH值为12.1；显影时间为5min；获得感光干膜衬底；
参阅图1、图2、图3，S6：将感光干膜衬底通过氧化还原法使其生长银层，将硝酸银溶于去离子水中，搅拌均匀，浓度为0.03mol/L；获得硝酸银溶液；将感光干膜衬底置入硝酸银溶液中氧化，时间为15min；将氧化后的感光干膜衬底用去离子水冲洗，并置于硼氢化钠溶液中还原，析出银层，硼氢化钠溶液浓度为10mmol/L；将还原后的感光干膜衬底用去离子水冲洗，获得图形化的银层衬底；
参阅图1，S7：将图形化的银层衬底放入分析纯的丙酮中脱膜，脱掉被曝光的感光干膜；再用去离子水冲洗；
参阅图1，S8：冲洗后，在图形化的银层衬底的银层面旋涂聚乙烯醇；厚度为20um；聚乙烯醇的质量比为30wt%；再置于加热台上加热，加热温度为80℃；加热时间为60min；获得聚乙烯醇衬底；
参阅图1，S9：将聚乙烯醇衬底放入纯度为99.8%的DMAC二甲基乙酰胺中；将聚酰胺酸溶解，使图形化的银层与玻璃片脱离，获得附着在聚乙烯醇膜上的图形化的银层；
参阅图1，S10：将附着在聚乙烯醇膜上的图形化的银层贴在欲装配传感器的任意衬底上；用去离子水冲洗掉图形化的银层表面的聚乙烯醇，涂上氧化锌传感材料，获得转印于任意衬底上的柔性传感器。
参阅图2，本发明感光干膜衬底通过氧化还原法使其生长银层的过程，具体为，将硝酸银溶于去离子水中；将感光干膜衬底置入硝酸银溶液中氧化；将氧化后的感光干膜衬底置于硼氢化钠溶液中还原，析出银层。
参阅图3，本发明将氧化后的感光干膜衬底置于硼氢化钠溶液中析出银层的示意图。
参阅图4，为乙醇气体浓度与本发明电阻值的变化曲线图，随着乙醇气体浓度的增加，本发明传感器的阻值随之变化的浓度-阻值变化曲线图。

Claims (4)

1.一种转印模式下的柔性传感器，其特征在于，该传感器包括以下制备步骤：
步骤1：选玻璃片为衬底，在衬底上旋涂一层聚酰胺酸，聚酰胺酸质量比为12wt%，旋涂厚度为20～30um；旋涂后置于加热台上加热，加热温度为90～100℃，加热时间为2～3h；自然冷却至室温；获得聚酰胺酸固化衬底；
步骤2：设计传感器图形，选用喷墨打印机在菲林片上打印该图形，制作该图形的光刻掩模版；
步骤3：选用两面均设有保护膜的感光干膜；撕掉其中一面的保护膜，使感光干膜无保护膜的一面与固化聚酰胺酸衬底的聚酰胺酸面贴敷，获得感光干膜衬底；
步骤4：将光刻掩模版贴敷于感光干膜衬底的感光干膜保护膜上，置入光刻蚀机进行掩膜光刻；获得光刻衬底；
步骤5：撕掉光刻衬底上感光干膜另一面的保护膜，随后将光刻衬底放入显影剂中进行显影，剥离掉未被曝光的感光干膜；显影剂为氢氧化钠溶液，pH值为12.1；显影时间为3～5min；获得感光干膜衬底；
步骤6：将感光干膜衬底通过氧化还原法使其生长银层，具体包括：
S6.1：将硝酸银溶于去离子水中，搅拌均匀，浓度为0.02～0.03mol/L；获得硝酸银溶液；
S6 .2：将感光干膜衬底置入硝酸银溶液中氧化，时间为15～20min；
S6 .3：将氧化后的感光干膜衬底用去离子水冲洗，并置于硼氢化钠溶液中还原，析出银层，硼氢化钠溶液浓度为5～10mmol/L；
S6 .4：将还原后的感光干膜衬底用去离子水冲洗，获得图形化的银层衬底；
步骤7：将图形化的银层衬底放入分析纯的丙酮中脱膜，脱掉被曝光的感光干膜；再用去离子水冲洗，冲洗后，在图形化的银层衬底的银层面旋涂聚乙烯醇；厚度为10～20um；聚乙烯醇的质量比为20～30wt%；再置于加热台上加热，加热温度为80℃；加热时间为30～60min；获得聚乙烯醇衬底；
步骤8：将聚乙烯醇衬底放入纯度为99.8%的DMAC二甲基乙酰胺中；将聚酰胺酸溶解，使图形化的银层与玻璃片脱离，获得附着在聚乙烯醇膜上的图形化的银层；
步骤9：将附着在聚乙烯醇膜上的图形化的银层贴在欲装配传感器的任意衬底表面；用去离子水冲洗掉图形化的银层表面的聚乙烯醇，获得转印于任意衬底上的图形化的银层；
步骤10：在图形化银层上涂一层传感材料，即可得到任意衬底上的柔性传感器。
2.根据权利要求1所述的一种转印模式下的柔性传感器，其特征在于，所述衬底为玻璃片、聚四氟乙烯片、聚对苯二甲酸乙二醇酯片、陶瓷片或降解塑料片。
3.根据权利要求1所述的一种转印模式下的柔性传感器，其特征在于，所述还原剂为硼氢化钠溶液、过氧化氢溶液或对苯二酚溶液。
4.根据权利要求1所述的一种转印模式下的柔性传感器，其特征在于，所述传感材料为氧化锌材料、石墨烯等。
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