CN115038251A - 一种利用基于金属丝的直书写工艺制作传感器的方法 - Google Patents
一种利用基于金属丝的直书写工艺制作传感器的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115038251A CN115038251A CN202210853232.6A CN202210853232A CN115038251A CN 115038251 A CN115038251 A CN 115038251A CN 202210853232 A CN202210853232 A CN 202210853232A CN 115038251 A CN115038251 A CN 115038251A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- substrate
- conductive pattern
- sensor
- needle head
- viscous
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 48
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 24
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 113
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims abstract description 90
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 48
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 48
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 claims description 11
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 3
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 8
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 8
- 229920005839 ecoflex® Polymers 0.000 description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 8
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 8
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 6
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 4
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000008393 encapsulating agent Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
- H05K3/103—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern by bonding or embedding conductive wires or strips
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
- H05K2203/01—Tools for processing; Objects used during processing
- H05K2203/0104—Tools for processing; Objects used during processing for patterning or coating
- H05K2203/013—Inkjet printing, e.g. for printing insulating material or resist
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种利用基于金属丝的直书写工艺制作传感器的方法,涉及3D打印技术领域,该方法控制直书写打印针头与粘性基底间隔预定距离并按照预定打印路径进行运动;在直书写打印针头运动过程中,金属丝通过直书写打印针头并粘附在粘性基底上,在粘性基底上形成预设的导电图案,基于形成在粘性基底上的导电图案制作得到传感器。该方法利用高精度金属丝实现直书写打印制作传感器,金属丝的表面形貌和线宽均匀,且制作精度高,可以解决传统导电浆料用作导电线路层材料时带来的诸如表面形貌欠佳,线宽难以做到统一均匀,以及变形前后阻值变化造成的导电能力劣化,耐疲劳性能差等问题,从而提高打印精度、优化制作得到的传感器的性能。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域,尤其是一种利用基于金属丝的直书写工艺制作传感器的方法。
背景技术
常规传感器制作时需要使用溅射、蒸镀以及刻蚀等技术,操作复杂且污染较高,随着3D打印技术的发展,其逐渐被应用于制作传感器,可以有效克服传统制作方法带来的问题,具有高效便捷的优点。
直书写工艺作为一种典型的3D打印技术,通常利用导电浆料作为导电线路层材料,从而制作形成传感器中的导电线路。但是以导电浆料作为导电线路层材料时,打印形成的导电线路往往表面形貌欠佳,线宽难以做到统一均匀,而且变形前后阻值变化造成的导电能力劣化,耐疲劳性能差,因此制作得到的传感器的精度和可靠性往往难以保证。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求,提出了一种利用基于金属丝的直书写工艺制作传感器的方法,本发明的技术方案如下:
一种利用基于金属丝的直书写工艺制作传感器的方法,该方法包括:
将金属丝穿入直书写打印针头,控制直书写打印针头与粘性基底间隔预定距离并按照预定打印路径进行运动;在直书写打印针头运动过程中,金属丝通过直书写打印针头并粘附在粘性基底上,在粘性基底上形成预设的导电图案,基于形成在粘性基底上的导电图案制作得到传感器。
其进一步的技术方案为,使用的金属丝的线径为μm级别。
其进一步的技术方案为,基于形成在粘性基底上的导电图案制作得到传感器,包括:
直接由粘性基底及其表面的导电图案制备得到传感器;
或者,将粘性基底表面的导电图案转移到传感器的工作基底的表面,由工作基底及其表面的导电图案制备得到传感器。
其进一步的技术方案为,工作基底为柔性基底。
其进一步的技术方案为,将粘性基底表面的导电图案转移到传感器的工作基底的表面,包括:
在粘性基底表面的导电图案上贴附可剥离胶带,将粘性基底剥离,得到粘附在可剥离胶带上的导电图案,在导电图案的预定区域处制备得到传感器的工作基底,并将可剥离胶带与导电图案剥离,得到形成在传感器的工作基底上的导电图案。
其进一步的技术方案为,该方法还包括:
在控制直书写打印针头与粘性基底间隔预定距离并按照预定打印路径进行运动的过程中,在预定位置处控制直书写打印针头相对于粘性基底提升高度以增大与粘性基底之间的距离,并经过预定时长后回落至与粘性基底间隔预定距离,在直书写打印针头提升高度的过程中,金属丝通过直书写打印针头后未被粘性基底粘附,且在刚性作用下相对于粘性基底局部悬空。
其进一步的技术方案为,预定位置处是直书写打印针头运动过程中与粘性基底上已粘附的金属丝的交叉位置处,金属丝在预定位置处相对于粘性基底局部悬空、形成为粘性基底上已粘附的金属丝上的跨线且两段交叉的金属丝之间悬空而相互绝缘。
其进一步的技术方案为,形成在粘性基底上的导电图案包括直线结构和/或曲线结构。
其进一步的技术方案为,形成在粘性基底上的导电图案包括若干段不连续的导电线路,或者,包括一段连续的导电线路。
其进一步的技术方案为,基于形成在粘性基底上的导电图案制作得到传感器,包括:将导电图案中连续的导电线路在预定线路结构处断开。
本发明的有益技术效果是:
本申请公开了一种利用基于金属丝的直书写工艺制作传感器的方法,该方法利用高精度金属丝实现直书写打印制作传感器,金属丝的表面形貌和线宽均匀,且制作精度高,可以解决传统导电浆料用作导电线路层材料时带来的诸如表面形貌欠佳,线宽难以做到统一均匀,以及变形前后阻值变化造成的导电能力劣化,耐疲劳性能差等问题,从而提高打印精度、优化制作得到的传感器的性能。
另外,结合更为自由的空间走线技术能够不借助绝缘层便可实现相交线路间的彼此绝缘,可更为方便快捷地用于制备阵列式导电线路。
此外,结合金属丝图案转移工艺以及与传感器、导电浆料的连接手段,该申请能够区别于成本较高、污染较大的常用于制备柔性电子金属导电层的溅射、蒸镀以及刻蚀等技术,能更为环保、快捷且低成本地制备各类附着于不同柔性基底上的形状复杂的导电线路图案,成功实现了几类典型的柔性电子应用,适应推广使用。
附图说明
图1是本申请一个实施例中制作传感器的方法流程图。
图2是本申请一个实施例中制作传感器的制作场景示意图。
图3是一个实施例中在粘性基底3表面通过金属丝1打印形成的导电图案的形状的示意图。
图4是一个实施例中按照本申请提供的方法制作应变花以及应变花阵列的制作示意图。
图5是一个实施例中按照本申请提供的方法制作柔性LED的制作示意图。
图6是一个实施例中制作得到的柔性LED阵列的结构示意图。
图7是一个实施例中按照本申请提供的方法制作可穿戴式柔性应变/压力传感器的制作示意图。
图8是一个实施例中制作得到的可穿戴式柔性应变传感器阵列的结构示意图。
图9是一个实施例中制作得到的可穿戴式柔性压力传感器阵列的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
本申请公开了一种利用基于金属丝的直书写工艺制作传感器的方法,该方法包括如下步骤,请参考图1所示的流程图以及图2所示的打印示意图:
步骤S1,将金属丝1穿入直书写打印针头2。本申请所使用的金属丝1为高精度金属丝,其线径为μm级别,比如在一个实例中,使用直径为80μm的银质金属丝。
直书写打印针头2的内径大于金属丝1的线径,以使得金属丝1能够自由通过直书写打印针头2。且为了金属丝1能更好的通过直书写打印针头2,直书写打印针头2采用锥形针头。比如在上述实例中,当金属丝1直径为80μm时,直书写打印针头2采用内径为250μm的锥形针头。
步骤S2,控制直书写打印针头2与粘性基底3间隔预定距离并按照预定打印路径进行运动,本申请中的粘性基底3可以是任意具有粘性的基底材料,比如常见的是表面带有粘性的聚酰亚胺(PI)胶带。可以按照常规的直书写打印的场景,将直书写打印针头2固定在运动平台的机械臂上,将粘性基底3铺设在数控三轴运动平台的载物台上,并调节直书写打印针头2与粘性基底3之间的距离。
由于粘性基底3需要粘附金属丝1,因此直书写打印针头2与粘性基底3之间的距离不宜太远,一般在mm级别,且通常不超过0.5mm,比较典型的取两者间隔的预定距离为0.15~0.3mm。
直书写打印针头2的预定打印路径是预先规划设定好的,与所需形成的预设的导电图案对应,且由所需制作的传感器的结构决定,不同的传感器需要形成不同的导电图案,预定打印路径也不同,需要根据实际情况来设定。
但无论直书写打印针头2按照何种预定打印路径运动,在直书写打印针头2运动过程中,金属丝1通过直书写打印针头2并粘附在粘性基底3上,从而在粘性基底3上形成预设的导电图案。
形成在粘性基底3上的导电图案包括若干段不连续的导电线路,或者,包括一段连续的导电线路。无论导电图案包括一段还是多段导电线路,由于直书写打印针头2在水平方向上既可以做折线运动,又可以做曲线运动,因此每段导电线路的形状可以包括直线结构和/或曲线结构,通过直线结构和/或曲线结构的组合,可以具体形成多种形状,诸如多边形、螺旋线、圆形、椭圆形以及其他各种规则或者不规则的形状,形成的导电图案形状多样且灵活。请参考图3示出了粘性基底3上的导电图案的几种示意图,包括直线、矩形、椭圆形、正六边形、五角星形状以及螺旋线形状。另外,无论导电图案包括一段还是多段导电线路,也无论每一段导电线路是何种形状,导电图案中可以包括交叉相接的金属丝1,以形成具有连接结构的导电线路。比如图3中,正六边形的导电图案中金属丝1连续且首尾相连,五角星形状的导电图案中金属丝1相互交叉且相连。
直书写打印针头2除了可以与粘性基底3保持距离在水平方向运动以形成平面结构的导电图案之外,直书写打印针头2还可以在局部范围内在竖直方向运动:在控制直书写打印针头2与粘性基底3间隔预定距离并按照预定打印路径进行运动的过程中,在预定位置处控制直书写打印针头2相对于粘性基底3提升高度以增大与粘性基底3之间的距离,并经过预定时长后回落至与粘性基底3间隔预定距离。则在直书写打印针头2提升高度的过程中,金属丝1通过直书写打印针头2后未被粘性基底3粘附,且在金属丝1自身刚性作用下相对于粘性基底3局部悬空。由于本申请采用的金属丝1线径较小,刚性有限,因此直书写打印针头2提升高度所持续的预定时长一般较短,也即金属丝1形成一小段局部悬空。
这种局部提升高度的做法非常适用于如下场景:预定位置处是直书写打印针头2运动过程中与粘性基底3上已粘附的金属丝1的交叉位置处,金属丝1在预定位置处相对于粘性基底3局部悬空、形成为粘性基底3上已粘附的金属丝1上的跨线且两段交叉的金属丝1之间悬空而相互绝缘。比如图3中示出了两条垂直交叉的金属丝1的导电图案,上方的一条金属丝1在虚线部分形成跨线结构、不与下方一条金属丝1连接。
也即导电图案可以包含交叉相接的金属丝1以形成具有连接结构的导电线路,也可以包含交叉而不相接的金属丝1以形成相互绝缘的交叉导电线路。在常规的利用导电浆料实现的直书写打印工艺中,当需要形成相互绝缘的交叉导电线路时,往往需要借助绝缘层,而本申请这种方法,可以在打印过程中直接形成相互悬空的金属丝1,而无需借助绝缘层就能形成相互绝缘的交叉导电线路。
步骤S3,基于形成在粘性基底3上的导电图案制作得到传感器。打印形成的导电图案可以直接是传感器所需的导电图案,或者还需要对打印形成的导电图案做处理后才能得到传感器所需的导电图案,在一个实施例中,将导电图案中连续的导电线路在预定线路结构处断开。因此在实际操作时,当需要多段导电线路时,可以直接打印多段导电线路,也可以打印一段导电线路后再剪开得到所需的多段导电线路。操作灵活。
在基于粘性基底3上的导电图案制作得到传感器时,如图1所示,可以直接由粘性基底3及其表面的导电图案制备得到传感器。或者,将粘性基底3表面的导电图案转移到传感器的工作基底的表面,由工作基底及其表面的导电图案制备得到传感器。这里的工作基底是所需制作的传感器所需的现有各种基底材料,在一个实施例中,传感器的工作基底是柔性基底,从而可以制作实现更多样的柔性传感器。
在将粘性基底3表面的导电图案转移到传感器的工作基底的表面时,一般需要借助可剥离胶带,这里的可剥离胶带常见的包括热释放胶带和水溶性胶带等。转移的方法为:在粘性基底3表面的导电图案上贴附可剥离胶带,然后将粘性基底3剥离,得到粘附在可剥离胶带上的导电图案。然后根据实际制作传感器的需要,在导电图案的预定区域处制备得到传感器的工作基底,并将可剥离胶带与导电图案剥离,得到形成在传感器的工作基底上的导电图案。
无论是使用粘性基底3还是工作基底,在基于导电图案制作得到传感器时,一般需要根据传感器的实际需要将传感器等器件与导电图案进行电性连接,并进行封装等操作,最终制作得到所需的传感器,不同传感器有具体不同的需求,且本申请提供的方法还可以结合现有常规的直书写打印技术,本申请对此不做限定。
基于本申请提供的制作传感器的方法,本申请提供如下三个实例:
一、实例一,制作应变花以及应变花阵列,请参考图4所示的制作流程图。
调节直书写打印针头与粘性基底43之间间隔0.15mm~0.3mm,直书写打印针头以5mm/s按照预定打印路径运动,在粘性基底43的表面通过粘附金属丝41形成的导电图案包括两条间距为5mm的水平线与两条间距为7.07mm的垂直线,在该实例中,水平线和金属线相互交叉,且交叉部分形成跨线结构、互相绝缘。
将导电碳浆放入行星搅拌机的容器以2000rpm的速度充分混合搅拌3分钟,之后装入3cc的点胶针筒,放入离心机以3000rpm的速度离心5分钟用以去除碳浆中的气泡,将针筒与点胶机相连后,夹持在数控三轴运动平台上,打印参数分别是:针头内径为260μm,打印速度为2mm/s,挤出气压为0.25MPa。以该打印参数直书写打印以导电碳浆(CH-8,JELCON)作为灵敏材料,在水平线和垂直线交叉形成的中间区域打印形成三轴45应变花44,三条敏感栅长度均为5mm,且公用一条水平线作为信号测量的公共端,其余一条水平线和两条垂直线与三条敏感栅的另一端点相接。
之后将打印完成应变花44后的样品放入烘箱中以80℃烘干3小时,最后为上述结构浇筑液态聚二甲基硅氧烷(PDMS,SYLGARDTM 184,DOW CORNING),并在室温下放置3天或以65℃烘干2小时完成封装层45的固化。该实施例直接利用粘性基底制作形成应变花阵列。其中双组分PDMS的预聚物与交联剂事先按照10:1的质量比用磁力搅拌机充分搅拌混合均匀。
基于该实施例给出的打印步骤,实际可以扩展规模,利用金属丝41打印形成具有更多条水平线和垂直线的导电图案,各个水平线和垂直线形成的多个中间区域内分别打印应变花44,由此可以形成更大规模,比如图4所示的2行3列的应变花阵列设计图,具体的应变花阵列规模需结合实际应用场景进行设计,并且受限于直书写打印运动平台的工作范围,应变花阵列可应对试件表面多点应变测量的需求。
二、实例二,制作柔性LED以及柔性LED阵列。
请参考图5所示的制作单个柔性LED的流程示意图。调节直书写打印针头与粘性基底53之间间隔0.15mm~0.3mm,直书写打印针头以5mm/s按照预定打印路径运动,在粘性基底53的表面通过金属丝51打印形成的导电图案包括两条平行直线构成的正负极以及中间的圆弧段。
在该实例中,可剥离胶带采用热释放胶带54,在导电图案上方覆盖一层热释放胶带54,手指轻轻按压贴紧,随后翻转样品将粘性基底53朝上,慢慢将粘性基底53以一定角度(90~180均可)与热释放胶带54剥离,将导电图案转移到热释放胶带54上。
之后用尖头剪刀将导电图案中的金属丝51的圆弧段剪开一小段留出一定间隙,间隙的具体大小需要根据传感器的封装形式决定。将0603规格的贴片LED 55小心地用镊子放置在圆弧段的间隙处,两侧的裸电极分别与间隙两侧的金属丝51接触,随后在两侧接触点点上导电银浆56(XRK-8000H)以减小接触电阻,并放入烘箱中以70℃烘干30分钟完成银浆的固化。图5中虚线部分示出了贴片LED 55处的放大示意图。
之后在贴片LED及其与导线连接的位置点上按照1:1的质量比混合均匀的双组分液态透明环氧树脂57(DP125 Translucent,3M)以加固连接点,并放入烘箱中以71℃烘干30分钟完成环氧树脂57的固化,由此在每个贴片LED处制作形成LED单元58。
接着在贴片LED区域浇筑按照10:1的质量比混合均匀的双组分液态PDMS(SYLGARDTM 184,DOW CORNING),并以65℃烘干2小时,制作形成柔性LED阵列的工作基底59,该实施例中的柔性LED阵列的工作基底59为PDMS柔性基底。
之后将样品放入烘箱,在105℃下保温3分钟完成热释放胶带54的脱粘,随后翻转样品将热释放胶带54朝上,慢慢将热释放胶带54以一定角度(90~180均可)与PDMS柔性基底59剥离,从而实现将导电图案以及贴片LED转移到PDMS柔性基底59上。
接着在贴片LED及其与导线连接的背面位置点上相同的透明环氧树脂,以71℃烘干30分钟完成环氧树脂的固化,最后在贴片LED背面区域再次浇筑液态PDMS,并在室温下放置3天或以65℃烘干2小时完成封装层的固化,制作得到柔性LED阵列。
基于本实施例结合图5提供的制作单个柔性LED的方法,还可以进一步扩展制作形成结构更复杂的柔性LED阵列,比如请参考图6所示的实例,在在粘性基底53的表面通过金属丝51打印柔性LED阵列所需的导电图案,然后在需要布设LED的位置按照上述制作单个柔性LED的方法分别制作形成LED单元58,最后制作形成柔性LED阵列,图6以通过多个LED单元58形成“JN”(“江南”二字的首字母)字样的柔性LED阵列为例。
三、实例三,制作可穿戴式柔性应变/压力传感器,以及制作可穿戴式柔性应变/压力传感器阵列。
请参考图请参考图7所示的制作单个可穿戴式柔性应变/压力传感器的流程示意图。调节直书写打印针头与粘性基底73之间间隔0.15mm~0.3mm,直书写打印针头以5mm/s按照预定打印路径运动,在粘性基底73的表面通过金属丝71打印形成的导电图案包括两条波浪线构成的正负极以及中间的曲线段,以适应较大的变形,波浪线的每个半圆形单元半径为2mm,
在该实例中,可剥离胶带采用水溶性胶带74,在导电图案上方覆盖一层水溶性胶带74,手指轻轻按压贴紧。随后翻转样品将粘性基底73朝上,慢慢将粘性基底73以一定角度(90~180均可)与水溶性胶带74剥离,将导电图案转移到水溶性胶带74上。
之后在导电图案上方浇筑按照1:1的质量比混合均匀的双组分液态Ecoflex(EcoflexTM 00-20,Smooth-On),并在室温下放置4小时完成固化制作得到工作基底75,在该实例中,工作基底75为Ecoflex柔性基底。
随后翻转样品将水溶性胶带74朝上,用滴管吸取去离子水滴在水溶性胶带74上,慢慢浸透水溶性胶带74并等待约30秒后,用镊子小心地将溶胀的水溶性胶带74从Ecoflex柔性基底75上揭掉,从而将金属丝71形成的导电图案转移到Ecoflex柔性基底75上。
接着用尖头剪刀将导电图案一侧的波浪线的金属丝71的中间剪开一小段留出一定间隙,将事先裁剪好的尺寸约为2.5×2.5mm的PI胶带76小心地用镊子放置在波浪线的间隙两侧,并注意使导电图案中的金属丝71置于PI胶带76上面,随后在两侧接触点点上导电银浆(XRK-8000H)并注意使银浆铺展在PI胶带76上,接着放入烘箱中以70℃烘干30分钟完成银浆的固化。
将导电碳膏放入行星搅拌机的容器以2000rpm的速度充分混合搅拌3分钟,之后装入3cc的点胶针筒,放入离心机以3000rpm的速度离心5分钟用以去除碳膏中的气泡,将针筒与点胶机相连后,夹持在数控三轴运动平台上。打印参数分别是:针头内径为700μm,打印速度为5mm/s,挤出气压为0.3MPa。以导电碳膏(Carbon Conductive Grease-846,MGChemicals)作为灵敏材料,按照上述打印参数在导电图案中间的间隙直书写打印形成柔性应变传感器的敏感栅77或柔性压力传感器的敏感栅78,敏感栅的设计长度决定了导电线路切开的间隙大小,PI胶带76上面的银浆用来增大金属丝与传感器敏感栅两端的接触面积。
若打印柔性应变传感器的敏感栅77,则由此可以制作形成可穿戴式柔性应变传感器,柔性应变传感器的敏感栅77的形状可设计为波浪形以适应较大的变形,其半圆形单元半径为1mm。随后为上述结构浇筑液态Ecoflex,并在室温下放置4小时完成封装层的固化。
若打印柔性压力传感器的敏感栅78,则由此可以制作形成可穿戴式柔性压力传感器,柔性压力传感器的敏感栅78的形状则可简单设计为直线形。对于柔性压力传感器,还需要在敏感栅78中央的封装层上方粘贴尺寸小于敏感栅78的长度的、可通过倒模制得的硅胶圆台体79作为传感器的触点。最后再浇筑适量的液态Ecoflex浸没硅胶圆台体79的腰部,在室温下放置4小时后完成触点与封装层的牢固连接。随后为上述结构浇筑液态Ecoflex,并在室温下放置4小时完成封装层的固化。
基于本实施例结合图7提供的制作单个可穿戴式柔性应变传感器的方法,还可以进一步扩展形成结构更复杂的可穿戴式柔性应变传感器阵列,一个实施例中制作形成的可穿戴式柔性应变传感器阵列如图8所示,在可穿戴式柔性应变传感器阵列的多个位置制作形成多条柔性应变传感器的敏感栅77。
基于本实施例结合图7提供的制作单个可穿戴式柔性压力传感器的方法,还可以进一步扩展形成结构更复杂的可穿戴式柔性压力传感器阵列,一个实施例中制作形成的可穿戴式柔性压力传感器阵列如图9所示,在可穿戴式柔性压力传感器阵列的多个位置制作形成多条柔性压力传感器的敏感栅78。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式,本发明不限于以上实施例。可以理解,本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化,均应认为包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用基于金属丝的直书写工艺制作传感器的方法,其特征在于,所述方法包括:
将金属丝穿入直书写打印针头,控制所述直书写打印针头与粘性基底间隔预定距离并按照预定打印路径进行运动;在所述直书写打印针头运动过程中,金属丝通过所述直书写打印针头并粘附在所述粘性基底上,在所述粘性基底上形成预设的导电图案,基于形成在所述粘性基底上的导电图案制作得到传感器。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,使用的所述金属丝的线径为μm级别。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于形成在所述粘性基底上的导电图案制作得到传感器,包括:
直接由所述粘性基底及其表面的导电图案制备得到传感器;
或者,将所述粘性基底表面的导电图案转移到传感器的工作基底的表面,由工作基底及其表面的导电图案制备得到传感器。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述工作基底为柔性基底。
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述将所述粘性基底表面的导电图案转移到传感器的工作基底的表面,包括:
在所述粘性基底表面的导电图案上贴附可剥离胶带,将所述粘性基底剥离,得到粘附在可剥离胶带上的导电图案,在所述导电图案的预定区域处制备得到传感器的工作基底,并将所述可剥离胶带与所述导电图案剥离,得到形成在传感器的工作基底上的所述导电图案。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
在控制所述直书写打印针头与粘性基底间隔预定距离并按照预定打印路径进行运动的过程中,在预定位置处控制所述直书写打印针头相对于所述粘性基底提升高度以增大与所述粘性基底之间的距离,并经过预定时长后回落至与所述粘性基底间隔预定距离,在所述直书写打印针头提升高度的过程中,金属丝通过所述直书写打印针头后未被所述粘性基底粘附,且在刚性作用下相对于所述粘性基底局部悬空。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述预定位置处是所述直书写打印针头运动过程中与所述粘性基底上已粘附的金属丝的交叉位置处,金属丝在所述预定位置处相对于所述粘性基底局部悬空、形成为所述粘性基底上已粘附的金属丝上的跨线且两段交叉的金属丝之间悬空而相互绝缘。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,形成在所述粘性基底上的导电图案包括直线结构和/或曲线结构。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,形成在所述粘性基底上的导电图案包括若干段不连续的导电线路,或者,包括一段连续的导电线路。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述基于形成在所述粘性基底上的导电图案制作得到传感器,包括:
将所述导电图案中连续的导电线路在预定线路结构处断开。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210853232.6A CN115038251B (zh) | 2022-07-20 | 2022-07-20 | 一种利用基于金属丝的直书写工艺制作传感器的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210853232.6A CN115038251B (zh) | 2022-07-20 | 2022-07-20 | 一种利用基于金属丝的直书写工艺制作传感器的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115038251A true CN115038251A (zh) | 2022-09-09 |
CN115038251B CN115038251B (zh) | 2024-02-02 |
Family
ID=83129630
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210853232.6A Active CN115038251B (zh) | 2022-07-20 | 2022-07-20 | 一种利用基于金属丝的直书写工艺制作传感器的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115038251B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117900505A (zh) * | 2023-12-28 | 2024-04-19 | 江南大学 | 机器学习辅助解耦的混合3d打印三轴力传感器的测力方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1304634A (zh) * | 1999-05-07 | 2001-07-18 | 古河电气工业株式会社 | 布线方法及布线装置 |
WO2008017682A2 (de) * | 2006-08-07 | 2008-02-14 | Muehlbauer Ag | Verfahren und vorrichtung zum verlegen von dünnem draht |
CN102244002A (zh) * | 2011-07-14 | 2011-11-16 | 合肥工业大学 | 金属/半导体纳米线交叉结构异质结的制备方法 |
US20120168204A1 (en) * | 2011-01-05 | 2012-07-05 | The Boeing Company | System for depositing microwire |
WO2015185879A1 (en) * | 2014-06-03 | 2015-12-10 | Ronald Peter Binstead | Method and apparatus for forming a wire structure |
-
2022
- 2022-07-20 CN CN202210853232.6A patent/CN115038251B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1304634A (zh) * | 1999-05-07 | 2001-07-18 | 古河电气工业株式会社 | 布线方法及布线装置 |
WO2008017682A2 (de) * | 2006-08-07 | 2008-02-14 | Muehlbauer Ag | Verfahren und vorrichtung zum verlegen von dünnem draht |
US20120168204A1 (en) * | 2011-01-05 | 2012-07-05 | The Boeing Company | System for depositing microwire |
CN102244002A (zh) * | 2011-07-14 | 2011-11-16 | 合肥工业大学 | 金属/半导体纳米线交叉结构异质结的制备方法 |
WO2015185879A1 (en) * | 2014-06-03 | 2015-12-10 | Ronald Peter Binstead | Method and apparatus for forming a wire structure |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
古国榜 等: "《无机化学》", 北京:化学工业出版社, pages: 293 - 294 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117900505A (zh) * | 2023-12-28 | 2024-04-19 | 江南大学 | 机器学习辅助解耦的混合3d打印三轴力传感器的测力方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN115038251B (zh) | 2024-02-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110398259B (zh) | 多感知功能的柔性传感器件及制备方法 | |
Jeong et al. | Liquid alloy printing of microfluidic stretchable electronics | |
CN111248888B (zh) | 具有表面多级微结构的弹性体薄膜及其制备方法与含该弹性体薄膜的柔性压力传感器 | |
Jahanshahi et al. | Stretchable circuits with horseshoe shaped conductors embedded in elastic polymers | |
CN111599912B (zh) | 一种柔性可拉伸的Micro-LED巨量转移装置和方法 | |
US20150277646A1 (en) | Pressure-sensitive element, method of producing the pressure-sensitive element, touch panel equipped with the pressure-sensitive element, and method of producing the pressure-sensitive element | |
US20150277647A1 (en) | Pressure-sensitive element, method of producing the pressure-sensitive element, touch panel equipped with the pressure-sensitive element, and method of producing the pressure-sensitive element | |
CN110648979B (zh) | 具有大拉伸性的一体化柔性基底与柔性电路及其制造方法 | |
CN115038251A (zh) | 一种利用基于金属丝的直书写工艺制作传感器的方法 | |
CN108112177B (zh) | 一种柔性透明电路的制备方法 | |
CN110207867A (zh) | 一种石墨烯压力传感器及其结构和制备方法 | |
CN110767351A (zh) | 可延展电子器件和制备方法 | |
TW201503321A (zh) | 印刷複合式電子電路 | |
CN114705334A (zh) | 一种线性压阻式触觉传感器及其制备方法 | |
Rahimi et al. | A low-cost fabrication technique for direct sewing stretchable interconnetions for wearable electronics | |
CN207108472U (zh) | 新型的电极结构和多功能传感器阵列及使用他们的多功能传感装置 | |
CN108267248B (zh) | 用于监测人体生理信号的柔性压力传感器及其制造方法 | |
US11543307B1 (en) | Sensor with controllable adhesion and preparation method thereof | |
CN110260893A (zh) | 一种电容式柔性传感器的制备方法 | |
CN110459509A (zh) | 一种芯片的互连封装方法及互连封装结构 | |
CN115612609A (zh) | 一种集成器官芯片及其制备方法 | |
CN214378483U (zh) | 元件剥离装置 | |
Lin et al. | Design and fabrication of a stretchable circuit board for wireless posture measurement | |
CN112971789B (zh) | 一种基于含流体通道弹性印章的可延展柔性电极转移方法 | |
CN108726466A (zh) | 新型的电极结构和多功能传感器阵列及使用他们的多功能传感装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |