CN1796951A - 柔性温度传感器阵列及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性温度传感器阵列的结构与制作方法。所述的柔性温度传感器阵列包括温敏电阻(2)及与其电连接的引线(3)，其特征在于所说温敏电阻(2)的一面与柔性衬底(5)的凸台(4)相连接、另一面和其边缘上的引线(3)包覆有绝缘保护层(1)，所说柔性衬底(5)上置有十六只以上的位于上述构造中的温敏电阻(2)的阵列，以构成传感器阵列。所说的柔性温度传感器阵列的制备方法，包括光刻和等离子体刻蚀法及lift－off方法。所说的温敏电阻(2)为金属铂或镍薄膜电阻，引线(3)为金薄膜。所说的柔性衬底(5)和凸台(4)及绝缘保护层(1)均为柔性材料，可以弯曲变形，适用于任意曲面的温度及温度分布检测。

Description

柔性温度传感器阵列及其制备方法

技术领域  本发明涉及一种传感器阵列及其制备方法，尤其是柔性温度传感器阵列及其制备方法。

背景技术  目前，人们为了检测温度已经发明了各种各样的温度传感器，尤其是基于材料温度一电阻特性变化的温度传感器。常用的如金属铂或其它金属制成的薄膜温度传感器，它们是在绝缘衬底上形成金属薄膜电阻，并焊接引线，最后进行外包封构成温度传感器。这些金属薄膜温度传感器在接近于室温的一段温度范围内，电阻的变化与温度变化近似为线性关系，而且稳定性较高，得到了广泛地应用。尤其是金属铂温度传感器是目前测量精度和稳定性都较高的温度传感器。但是，这些温度传感器仍然有不足之处：首先是单只传感器一次只能检测某一个点的温度，在需要同时检测一个面上各点的温度时，只能用若干这种分离的单只传感器来实现检测，给应用带来了不便。其次是由于它们只由一个温度敏感电阻构成一个温度传感器，如果该温度传感器损坏，则必须及时更换，以免给测控带来麻烦。最后，若干单独的传感器同时用于检测一个空间范围内各点的温度分布时，由于引线太多，也会给应用上带来不便。

发明内容  鉴于现有各种温度传感器的不足，本发明目的是为克服现有技术中的不足之处，提出一种结构合理、使用方便的柔性温度传感器阵列及其制备方法。

本发明的技术方案是：一种柔性温度传感器阵列，包括温敏电阻(2)及与其电连接的引线(3)和引线孔(6)，其特征在于：

所说温敏电阻(2)的一面与柔性衬底(5)的凸台(4)相连接、另一面和其边缘上的引线(3)包覆有绝缘保护层(1)，所说柔性衬底(5)上置有三只以上的位于上述构造中的温敏电阻(2)的阵列，以构成传感器阵列(7)；

所述的传感器阵列(7)，其特征是柔性衬底(5)为聚酯材料，其厚度为50～150微米；

所述的柔性温度传感器阵列，其特征是凸台(4)的高度为40～60微米；

所述的柔性温度传感器阵列，其特征是绝缘保护层(1)为聚亚酰胺或正(负)光刻胶，其厚度为2～5微米；

所述的柔性温度传感器阵列，其特征是柔性衬底(5)上置有4×6只温敏电阻(2)；

所述的柔性温度传感器阵列，其特征是温敏电阻(2)为金属铂薄膜电阻或金属镍薄膜电阻；

所述的柔性温度传感器阵列的制备方法，包括光刻和等离子体刻蚀法以及lift-off方法，其特征在于是按以下步骤完成的：

首先，选用厚度为75～125μm之间的DuPont Kapton HN型聚酯薄膜作为柔性衬底(5)，先在其上蒸发厚度为0.3～0.4μm的铝，再用光刻技术形成凸台(4)的平面图形，之后，用等离子刻蚀技术刻出立体状的凸台(4)，其中，凸台(4)的高度为40～60μm，然后，腐蚀掉凸台(4)上的铝；

其次，先用光刻技术于凸台(4)上形成所需的铂或镍温敏电阻(2)的平面图形，该图形的尺寸按标称电阻为1000Ω的标准设计，再用氧等离子体刻蚀凸台(4)10～20秒，紧接着于其上蒸发厚度为8～10纳米的金属铬，再紧接着于其上蒸发厚度为0.08～0.1μm的金属铂或镍，然后，在丙酮中浸泡15～20分钟，以形成温敏电阻(2)；

再其次，先用光刻技术于凸台(4)和柔性衬底(5)上形成引线(3)的平面图形，然后在引线孔(6)的位置打出引线孔，再用氧等离子体刻蚀凸台(4)和柔性衬底(5)10～20秒，紧接着于其上和温敏电阻(2)的两端连接处蒸发厚度为8～12纳米的金属铬，再紧接着于其上蒸发厚度为0.1～0.15μm的金属金，之后，在丙酮中浸泡15～20分钟，以形成引线(3)；

接下来，于上述置有温敏电阻(2)和引线(3)的凸台(4)和柔性衬底(5)上用甩胶工艺覆上厚度为2～5微米的聚亚酰胺或正(负)光刻胶，以形成绝缘保护层(1)；

最后，通过信号处理电路对传感器阵列(7)进行标定。

柔性温度传感器阵列及其制备方法相对于现有技术的有益效果是：

其一、由于柔性温度传感器阵列由若干单独的金属薄膜电阻温度传感器组成，使得该温度传感器阵列厚度既薄(＜150μm)，重量又轻(只有几克)，还柔性好，可安装在任意形状的物体表面检测温度以及温度的分布。

其二、又由于温敏电阻(2)特别地制作在凸台(4)上面，能更有效地粘贴在被测物体表面与之接触，且绝缘保护层的厚度只有2～5微米，保证了传感器的快速响应需要。

其三、再由于柔性温度传感器阵列的温敏电阻(2)为金属铂薄膜或镍薄膜电阻，除测温范围宽，测温精度高外，还具有稳定性高的特点。

其四、由于用微机械加工工艺和lift-off工艺制作温敏电阻(2)及其引线，使得传感器尺寸小，易于集成，生产效率高，成本低。

附图说明  下面结合附图对本发明所述的一种柔性温度传感器阵列及其制备方法的优选方式作进一步详细说明。

图1是本发明的一种柔性温度传感器阵列的单个金属薄膜电阻温度传感器横截面基本结构示意图。

图2是柔性温度传感器阵列中间层，即金属铂或镍薄膜电阻和引线的分布与结构示意图。

1为保护层，2为温敏电阻，3为引线，4为凸台，5为柔性衬底，6为引线孔，7为传感器阵列。

具体实施方式  参见图1、图2，一种柔性温度传感器阵列，柔性衬底5和其上面的凸台4为一个整体，温敏电阻2制作在凸台4上面，温敏电阻2通过引线3和引线孔6连接到外处理电路，若干温敏电阻2分布在凸台4上面构成传感器阵列7，柔性衬底5和其上面的凸台4以及温敏电阻2和引线3包覆有绝缘保护层1。其结构与功能特征在于：柔性衬底5和其上面的凸台4作为传感器阵列7的衬底，且由于具有柔性可以任意弯曲变形，能够粘附在任意曲面上检测温度及其分布；温敏电阻2分布在凸台4上面，可以保证传感器能与被测物体充分接触，绝缘保护层1对传感器阵列7起保护作用，它的厚度只有2～5微米，保证了传感器的快速响应需要。

所述的柔性温度传感器阵列可通过如下制作：

首先，选用厚度125μm之间的DuPont Kapton HN型聚酯薄膜作为柔性衬底5，在其上制作凸台4，方法是先在其上蒸发厚度为0.3～0.4μm的铝，再用光刻技术形成凸台4的平面图形，之后，用等离子刻蚀技术刻出立体状的凸台4，其中，凸台4的高度为40～60μm，然后，腐蚀掉凸台4上的铝；

其次，在凸台4上制作金属薄膜温敏电阻2，方法是先用光刻技术于凸台4上形成所需的铂或镍电阻平面图形，该图形的尺寸按标称电阻为1000Ω的标准设计，再用氧等离子体刻蚀凸台4约10～20秒，之后，紧接着于其上蒸发厚度为8～10纳米的金属铬，再紧接着于其上蒸发厚度为0.08～0.1μm的金属铂或镍，然后，在丙酮中浸泡15～20分钟，以形成金属铂或镍薄膜温敏电阻2；

再其次，制作引线3和引线孔6，方法是先用光刻技术于凸台4和柔性衬底5上形成引线3的平面图形，然后在引线孔6的位置打出引线孔，再用氧等离子体刻蚀凸台4和柔性衬底5约10～20秒，紧接着于其上和金属铂或镍薄膜温敏电阻2的两端连接处蒸发厚度为8～12纳米的金属铬，再紧接着于其上蒸发厚度为0.1～0.15μm的金属金，之后，在丙酮中浸泡15～20分钟，以形成引线(3)；

接下来制作绝缘保护层1，方法是于上述带有金属铂或镍薄膜温敏电阻和引线3的凸台4及柔性衬底5上用甩胶工艺覆上厚度为2～5微米的聚亚酰胺或正(负)光刻胶，以形成绝缘保护层1；

最后，通过信号处理电路对传感器阵列7进行标定。

使用时，可将柔性温度传感器阵列粘贴在被测物体表面，由于柔性温度传感器具有任意弯曲的特征，适用于对曲面各点温度的测试。

显然，本领域的技术人员可以对本发明的柔性温度传感器阵列及其制备方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1、一种柔性温度传感器阵列，包括温敏电阻(2)及与其电连接的引线(3)和引线孔(6)，其特征在于所说温敏电阻(2)的一面与柔性衬底(5)的凸台(4)相连接、另一面和其边缘上的引线(3)包覆有绝缘保护层(1)，所说柔性衬底(5)上置有三只以上的位于上述构造中的温敏电阻(2)的阵列，以构成传感器阵列(7)。

2、根据权利要求1所述的传感器阵列(7)，其特征是柔性衬底(5)为聚酯材料，其厚度为50～150微米。

3、根据权利要求1或2所述的柔性温度传感器阵列，其特征是凸台(4)的高度为40～60微米。

4、根据权利要求1所述的柔性温度传感器阵列，其特征是绝缘保护层(1)为聚亚酰胺或正(负)光刻胶，其厚度为2～5微米。

5、根据权利要求1所述的柔性温度传感器阵列，其特征是柔性衬底(5)上置有4×6只温敏电阻(2)。

6、根据权利要求1所述的柔性温度传感器阵列，其特征是温敏电阻(2)为金属铂薄膜电阻或金属镍薄膜电阻。

7、根据权利要求1或6所述的柔性温度传感器阵列的制备方法，包括光刻和等离子体刻蚀法及lift-off方法，其特征在于是按以下步骤完成的：

7.1、选用厚度为75～125μm之间的DuPont Kapton HN型聚酯薄膜作为柔性衬底(5)，先在其上蒸发厚度为0.3～0.4μm的铝，再用光刻技术形成凸台(4)的平面图形，之后，用等离子刻蚀技术刻出立体状的凸台(4)，其中，凸台(4)的高度为40～60μm，然后，腐蚀掉凸台(4)上的铝；

7.2、先用光刻技术于凸台(4)上形成所需的铂或镍温敏电阻(2)的平面图形，该图形的尺寸按标称电阻为1000Ω的标准设计，再用氧等离子体刻蚀凸台(4)10～20秒，紧接着于其上蒸发厚度为8～10纳米的金属铬，再紧接着于其上蒸发厚度为0.08～0.1μm的金属铂或镍，然后，在丙酮中浸泡15～20分钟，以形成温敏电阻(2)；

7.3、先用光刻技术于凸台(4)和柔性衬底(5)上形成引线(3)的平面图形，然后在引线孔(6)的位置打出引线孔，再用氧等离子体刻蚀凸台(4)和柔性衬底(5)10～20秒，紧接着于其上和金属薄膜温敏电阻(2)的两端蒸发厚度为8～12纳米的金属铬，再紧接着于其上蒸发厚度为0.1～0.15μm的金属金，之后，在丙酮中浸泡15～20分钟，以形成引线(3)；

7.4、于上述置有金属铂或镍薄膜温敏电阻(2)和引线(3)的凸台(4)及柔性衬底(5)上用甩胶工艺覆上厚度为2～5微米的聚亚酰胺或正(负)光刻胶，以形成绝缘保护层(1)；

7.5、通过信号处理电路对传感器阵列(7)进行标定。

Images