CN210774448U - 一种柔性压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种柔性压力传感器，包括柔性的基底，所述基底上设置有压力传感器阵列；所述压力传感器阵列包括均布在基底上的多个压力传感芯片，所述基底上还设置有行电极阵列和列电极阵列，行电极阵列包括与压力传感芯片一一对应的行电极，列电极阵列包括与压力传感芯片一一对应的列电极，各压力传感芯片分别连接一个行电极和列电极；还包括包覆基底、压力传感芯片、行电极阵列、列电极阵列的柔性包覆层。柔性的压力传感器阵列可以测试出一个面或一条线上的压力变化，可以获取延血液方向流动或局部区域内的压力分布情况，从而可以获取更多的脉搏测试信息，除了脉搏跳动频率外，还可以获取血液流动信息，为心血管疾病等提供更多的测试信息。

Description

一种柔性压力传感器

技术领域

本实用新型涉及柔性传感技术领域，具体是一种柔性压力传感器。

背景技术

随着技术和现代化水平的提升，柔性传感器件在智能传感领域越来越受到人们的关注。柔性压力传感器不仅可以应用于可穿戴医疗设备，实现对心跳、脉搏、血压等生理指标的监测，同时也可以应用于电子皮肤，实现对外界压力的监测，因此近年来，柔性压力传感器在医疗设备、智能机器人、可穿戴设备等领域得到了大量的研究与应用。现有柔性压力传感器一般局限于单点的压力检测，当需要同时检测一个面或一条线上各点压力时，只能用若干个分离的单只传感器实现检测，使用不便，同时测试准确性和重复性也较差。

实用新型内容

实用新型目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种柔性压力传感器。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型的一种柔性压力传感器，包括柔性的基底，所述基底上设置有压力传感器阵列；所述压力传感器阵列包括均布在基底上的多个压力传感芯片，所述基底上还设置有行电极阵列和列电极阵列，行电极阵列包括与压力传感芯片一一对应的行电极，列电极阵列包括与压力传感芯片一一对应的列电极，各压力传感芯片分别连接一个行电极和列电极；还包括包覆基底、压力传感芯片、行电极阵列、列电极阵列的柔性包覆层；所述压力传感芯片为压阻薄膜传感芯片，所述压阻薄膜的线宽为小于5μm，相邻压力传感芯片的间距小于50μm。

其中，所述压力传感芯片为具有规则形状的平面线型压阻薄膜。

其中，所述平面线型压阻薄膜为为圆形螺旋压阻薄膜，圆形螺旋的压阻薄膜的直径为20-50μm。

其中，所述平面线型压阻薄膜为矩形螺旋压阻薄膜，所述矩形螺旋的压阻薄膜的长度和宽度为20-50μm。

其中，所述平面线型压阻薄膜为S形的压阻薄膜，所述S形压阻薄膜长度和宽度为20-50μm。

其中，所述柔性压力传感器还包括控制芯片和NFC线圈，控制芯片分别与NFC线圈以及压力传感芯片电连接，压力传感芯片测试压力数据，控制芯片用于获取压力传感芯片获得的数据，然后通过NFC线圈将数据传送至带有NFC信号接收功能的设备。

其中，所述柔性包覆层为硅胶或柔性树脂。

其中，所述基底上设置有引线端子，行电极阵列和列电极阵列分别连接引线端子，通过引线端子与外部控制电路连接。

其中，所述基底上还设置有绝缘层，所述绝缘层用于隔离相邻的压力传感芯片、行电极阵列和列电极阵列。

其中，所述基底为柔性聚合物材料。

有益效果：本实用新型具有以下有益效果：

1、柔性的压力传感器阵列可以测试出一个面或一条线上(比如动脉血管流动方向)的压力变化，当应用于脉搏测试时，可以获取延血液方向流动或局部区域内的压力分布情况，从而可以获取更多的脉搏测试信息，除了脉搏跳动频率外，还可以获取血液流动信息，为心血管疾病等提供更多的测试信息。

2、柔性压力传感器阵列采用螺旋形结构压阻薄膜，同时阵列分布紧凑，压力检测灵敏度高，压力测试分布分辨率高，可以应用于电子皮肤、脉搏测试等。

3、采用半导体工艺，制备简单，可以进行批量生产。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为圆形螺旋的压力传感器的结构示意图；

图3为矩形螺旋的压力传感器的结构示意图；

图4为S型的压力传感器的结构示意图；

图5为本实用新型的截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如图1所示，本实用新型的一种柔性压力传感器阵列，包括柔性的基底1，基底1可以为PET，厚度为10-50μm，PET具有柔韧性的同时也具有一定硬度，将压阻薄膜沉积在PET上，有利于压力分散，可以让压阻薄膜受力均匀，从而可以提高压力测试准确性。所述基底1上设置有压力传感器阵列，压力传感器阵列包括均布在基底1上的多个压力传感芯片2，各压力传感芯片2可为圆形螺旋的压阻薄膜，如图2所示，圆形螺旋的压阻薄膜线宽小于5μm，直径为20-50μm，同时压力传感芯片2阵列芯片间距小于50μm。本实用新型的圆形螺旋的压阻薄膜，当压力作用在压阻薄膜上，压阻薄膜产生形变从而引起电阻的变化，从电阻的变化中可以反映出压力的变化值；圆形螺旋线宽小，因此很容易感受压力的变化，本实用新型中通过设置圆形螺旋结构的压阻薄膜阵列，一方面可以准确感受压力的变化，应用于脉搏测试或电子皮肤领域，另一方面薄膜制备简单，可以通过半导体工艺(包括真空镀膜、光刻、刻蚀)批量生产。同时压阻薄膜的间距小，阵列式分布更紧凑，对压力测试分布分辨率高，可以满足柔性穿戴或电子皮肤的压力测试需求(人体皮肤分辨率为50μm，压力芯片阵列间距小于50μm，从而完全满足柔性穿戴或电子皮肤领域上对应力分布分辨率的要求，现有的通过丝网印刷等涂覆的方式灵敏度低，应力分辨率低)。本实用新型中压阻薄膜可以为硅基薄膜，硅基压阻薄膜具备应变灵敏度高，适合批量生产、成本低等优点。

如图1和图5所示，压力传感器阵列连接行电极阵列4和列电极阵列3，行电极阵列4包括与压力传感芯片2一一对应的行电极，列电极阵列3包括与压力传感芯片2一一对应的列电极，各压力传感芯片2分别连接一个行电极和列电极，从而实现各个点压力信号的相互独立；行电极和列电极采用导电性良好的金属薄膜，可以为金薄膜或铜薄膜。如图5所示，行电极阵列4和列电极阵列3位置都低于压阻薄膜，从而可以使压力通过PDMS直接传导至压阻薄膜，提高压力检测灵敏度。基底1上还设置有绝缘层6，所述绝缘层6用于隔离相邻的压力传感芯片2、行电极阵列4和列电极阵列3。

本实用新型还包括柔性包覆层5，其至少包覆基底1、压力传感芯片2以及行电极阵列4和列电极阵列3。柔性包覆层5为PDMS(聚二甲基硅氧烷)，PDMS起到包覆保护作用，其具有良好的生物相容性，同时也比较柔软，柔性包覆层5包括上层和下层，下层直接与基底1底面接触，厚度在50-300μm左右，上层包覆压力传感器阵列、行电极阵列4和列电极阵列3，其厚度在50-100μm，既能保护传感芯片又不会影响到压力的传导。

行电极阵列4和列电极阵列3可以与柔性的基板相连，基板上设置有引线端子，通过引线端子可以实现行电极阵列4、列电极阵列3与外部电路连接。外部电路包括控制芯片和NFC线圈，其中行电极阵列4和列电极阵列3与控制芯片通过引线键合方式连接，NFC线圈与控制芯片电连接，此时压力传感器阵列通过控制芯片以及NFC线圈可以实现无线供电以及无线数据传输，压力传感芯片2测试压力数据，控制芯片用于获取压力传感芯片2获得的数据，然后通过NFC线圈将数据传送至带有NFC信号接收功能的设备。NFC线圈也可以在基底1上直接制作，比如沉积行电极的时候可以沉积NFC线圈，然后最后与控制芯片电连接，可以通过焊接或引线键合方式。控制芯片可采用NFC控制芯片。

优选地，如图3所示，压力传感芯片2的压阻薄膜可以是矩形螺旋的形状，其线宽小于5μm，长度和宽度均在20-50μm之间，相邻压力传感芯片2的间距小于50μm。

优选地，如图4所示，压力传感芯片2的压阻薄膜可以是S型，其线宽为1-5μm，长度和宽度均在20-50μm之间，相邻压力传感芯片2的间距小于50μm。

本实用新型通过以下步骤制备：

步骤1：在基底1上沉积压阻薄膜，利用光刻及刻蚀工艺形成多个螺旋形或者S型的压力传感芯片2，多个压力传感芯片2组成压力传感器阵列；

步骤2：在基底1上沉积金属层形成行电极阵列4，行电极阵列4与各压力传感芯片2的一端相连；

步骤3：沉积绝缘层，对绝缘层进行刻蚀以露出各压力传感芯片2的另一端；

步骤4：沉积金属层形成列电极阵列3，列电极阵列3与各压力传感芯片2的另一端相连；

步骤5：利用PDMS对整个压力传感器阵列进行包覆，形成柔性包覆层5。

由于本实用新型的基底1为很薄的PET，因此步骤1中，在沉积压阻薄膜前将基底1粘附在玻璃基底1上，然后通过步骤5先用柔性包覆层5对压力传感器阵列进行包覆，包覆完成后将基底1与玻璃基底1剥离，然后再进行基底1下层的包覆。

Claims (10)

1.一种柔性压力传感器，其特征在于：包括柔性的基底，所述基底上设置有压力传感器阵列；所述压力传感器阵列包括均布在基底上的多个压力传感芯片，所述基底上还设置有行电极阵列和列电极阵列，行电极阵列包括与压力传感芯片一一对应的行电极，列电极阵列包括与压力传感芯片一一对应的列电极，各压力传感芯片分别连接一个行电极和列电极；还包括包覆基底、压力传感芯片、行电极阵列、列电极阵列的柔性包覆层；所述压力传感芯片为压阻薄膜传感芯片，所述压阻薄膜的线宽为小于5μm，相邻压力传感芯片的间距小于50μm。

2.根据权利要求1所述的一种柔性压力传感器，其特征在于，所述压力传感芯片为具有规则形状的平面线型压阻薄膜。

3.根据权利要求2所述的一种柔性压力传感器，其特征在于：所述平面线型压阻薄膜为为圆形螺旋压阻薄膜，圆形螺旋的压阻薄膜的直径为20-50μm。

4.根据权利要求2所述的一种柔性压力传感器，其特征在于：所述平面线型压阻薄膜为矩形螺旋压阻薄膜，所述矩形螺旋的压阻薄膜的长度和宽度为20-50μm。

5.根据权利要求2所述的一种柔性压力传感器，其特征在于：所述平面线型压阻薄膜为S形的压阻薄膜，所述S形压阻薄膜长度和宽度为20-50μm。

6.根据权利要求1所述的一种柔性压力传感器，其特征在于：所述柔性压力传感器还包括控制芯片和NFC线圈，控制芯片分别与NFC线圈以及压力传感芯片电连接，压力传感芯片测试压力数据，控制芯片用于获取压力传感芯片获得的数据，然后通过NFC线圈将数据传送至带有NFC信号接收功能的设备。

7.根据权利要求1所述的一种柔性压力传感器，其特征在于：所述柔性包覆层为硅胶或柔性树脂。

8.根据权利要求1所述的一种柔性压力传感器，其特征在于：所述基底上设置有引线端子，行电极阵列和列电极阵列分别连接引线端子，通过引线端子与外部控制电路连接。

9.根据权利要求1所述的一种柔性压力传感器，其特征在于：所述基底上还设置有绝缘层，所述绝缘层用于隔离相邻的压力传感芯片、行电极阵列和列电极阵列。

10.根据权利要求1所述的一种柔性压力传感器，其特征在于：所述基底为柔性聚合物材料。

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