TWI540773B - 壓力感測器及其製造方法 - Google Patents

Description

壓力感測器及其製造方法

本發明係關於一種壓力感測器及其製造方法，尤其是一種結合壓電材料與軟性基材之壓力感測器及其製造方法。

壓力感測器的種類不勝枚舉，其中，壓電材料具有將機械能轉換為電能的特性，且可根據彎折曲度不同而產生相對的電訊號，該電訊號即可用以判斷受力大小，因此，無論是在檢測控制或是生醫領域，凡是欲藉由形變以判斷受力狀況時，均可窺見壓電式壓力感測器的蹤跡。

習知壓電式壓力感測器大多採用具有雙面銀電極層之聚偏氟乙烯(PVDF)壓電薄膜製成，且必須對該銀電極層進行圖案化以形成結構化電極。然而，對該銀電極層進行圖案化的方式，並非習知印刷電路板製程所能輕易完成，因此，在壓電薄膜的電極製作上，往往需要耗費較大的製作成本。

又，習知壓電式壓力感測器通常將壓電薄膜設置於一基材中，當該基材受外力作用而彎曲時，該壓電薄膜亦會隨著該基材的彎曲而形變，並產生相對應的電訊號，檢測人員即能根據該電訊號判斷受力大小。由於該壓電薄膜與該基材係相連作動，因此，若該基材在受力後無法任意變形，或者該壓電薄膜與該基材之結合面的結合方式不佳，將導致該壓電式壓力感測器的靈敏度下降，具有壓力檢測失準的問題。

有鑑於此，有必要提供一種壓力感測器及其製造方法，以降 低製造成本及提升檢測靈敏度。

本發明之目的係提供一種壓力感測器，該壓力感測器可藉由形成同一平面之導電層以降低製造成本，並藉由該導電層與該壓電薄膜之間的接觸方式以提升檢測靈敏度。

本發明之另一目的提供一種壓力感測器製造方法，可藉由翻印方式形成同一平面之導電層，進而製造具有較低製造成本及較高檢測靈敏度之壓力感測器。

為達到前述發明目的，本發明所運用之技術手段包含有：一種壓力感測器，係包含：一第一彈性基板，該第一彈性基板之一表面凸設有一圖案層，該圖案層包含一電極結構及二電連接結構，且該圖案層具有一上表面；一導電層，設置於該圖案層之該上表面，且該導電層對應該圖案層之電極結構處係形成一電極區，該導電層對應該圖案層之二電連接結構處係形成二電連接埠，該電極區係導通該二電連接埠；一壓電薄膜，設置於該導電層之該電極區之一表面，且該壓電薄膜電性連接該電極區；及一第二彈性基板，該第二彈性基板係結合於該導電層與該壓電薄膜朝外的一表面，以將該導電層與該壓電薄膜封裝於該第一彈性基板與該第二彈性基板之間。

其中，該圖案層之電極結構包含一第一指狀結構及一第二指狀結構，該第一指狀結構及該第二指狀結構係交叉形成一指叉式結構。

其中，該導電層之該電極區係對應該指叉式結構以形成一指叉式電極。

其中，該壓電薄膜之端緣係不突出該導電層之該電極區的端緣。

其中，另具有一傳輸線組，該傳輸線組具有一連接端及一傳 輸端，該連接端電性連接該二電連接埠，該傳輸端突出該第一彈性基板與該第二彈性基板所封裝的範圍外。

其中，該第一彈性基板及該第二彈性基板之材料為聚二甲基矽氧烷。

其中，該導電層之材料為一導電銀膠。

其中，該壓電薄膜之材料為聚偏氟乙烯。

一種壓力感測器製造方法，係包含：將一基材注入一模具以翻模製作一第一彈性基板，並於該第一彈性基板表面形成一圖案層，且該圖案層具有一電極結構及二電連接結構；使用翻印方式將一導電層沾黏於該圖案層之一上表面，並使該導電層對應該圖案層之電極結構處形成一電極區，使該導電層對應該圖案層之二電連接結構處形成二電連接埠；將一壓電薄膜設置於該導電層之該電極區之一表面；及將一第二彈性基板結合於該導電層與該壓電薄膜朝外的一表面，以將該導電層與該壓電薄膜封裝於該第一彈性基板與該第二彈性基板之間，以得到一壓力感測器。

其中，使用翻模方式所形成之該圖案層，該圖案層之電極結構包含一第一指狀結構及一第二指狀結構，該第一指狀結構及該第二指狀結構係交叉形成一指叉式結構。

其中，使用翻印方式所形成之該電極區，該電極區係對應該指叉式結構以形成一指叉式電極。

其中，將該壓電薄膜設置於該導電層之該電極區之一表面時，該壓電薄膜之端緣係不突出該導電層之該電極區的端緣。

其中，在設置該第二彈性基板前，係預備具有一連接端及一傳輸端之一傳輸線組，並將該傳輸線組之該連接端電性連接該二電連接埠，並於設置該第二彈性基板後，使該傳輸端突出該第一彈性基板與該第二彈性基板所封裝的範圍外。

其中，該第一彈性基板及該第二彈性基板之材料為聚二甲基矽氧烷。

其中，使用翻印方式製作該導電層時，係使該第一彈性基板之圖案層的上表面沾黏一導電銀膠，並以該導電銀膠作為該導電層。

其中，該壓電薄膜之材料為聚偏氟乙烯。

據此，本發明之壓力感測器及其製造方法，可藉由翻印方式製作該導電層，進而降低製造成本；此外，藉由該第一彈性基板、該導電層與該壓電薄膜之間的設置方式，可以提升檢測靈敏度。

〔本發明〕

1‧‧‧第一彈性基板

11‧‧‧圖案層

111‧‧‧電極結構

111a‧‧‧第一指狀結構

111b‧‧‧第二指狀結構

112‧‧‧電連接結構

112a‧‧‧第一電連接結構

112b‧‧‧第二電連接結構

113‧‧‧上表面

2‧‧‧導電層

21‧‧‧電極區

21a‧‧‧端緣

22‧‧‧電連接埠

3‧‧‧壓電薄膜

3a‧‧‧端緣

4‧‧‧第二彈性基板

5‧‧‧傳輸線組

51‧‧‧連接端

52‧‧‧傳輸端

G‧‧‧導電銀膠

第1圖：本發明壓力感測器之結構分解圖。

第2圖：本發明壓力感測器之第一彈性基板上視圖。

第3圖：本發明壓力感測器之部分結構剖面圖。

第4圖：本發明壓力感測器之部分結構剖面圖。

第5圖：本發明壓力感測器之部分結構剖面圖。

第6圖：本發明壓力感測器之部分結構剖面圖。

第7圖：本發明壓力感測器之整體結構剖面圖。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第1圖所示，本發明壓力感測器包含一第一彈性基板1、一導電層2、一壓電薄膜3及一第二彈性基板4，該導電層2設置於該第一彈性基板1之表面，該壓電薄膜3設置於該導電層2之表面，該第二彈性基板4結合於該導電層2與該壓電薄膜3朝外的表面。

請參照第1、2及3圖所示，該第一彈性基板1之一表面凸 設有一圖案層11，該圖案層11包含一電極結構111及二電連接結構112，且該圖案層11具有一上表面113。

該圖案層11之電極結構111包含一第一指狀結構111a及一第二指狀結構111b，該第一指狀結構111a及該第二指狀結構111b係交叉形成一指叉式結構，又，該圖案層11之電連接結構112亦對應該第一指狀結構111a及該第二指狀結構111b，分別形成一第一電連接結構112a及一二電連接結構112b。其中，該第一彈性基板1較佳為一可撓性材料，以使該第一彈性基板1之電極結構111在受力後可自由彎曲，在本實施例中，該第一彈性基板1之材料為聚二甲基矽氧烷(PDMS)。

請再參照第1圖所示，該導電層2設置於該圖案層11之該上表面113，且該導電層2對應該圖案層11之電極結構111處係形成一電極區21，該導電層2對應該圖案層11之二電連接結構112處係形成二電連接埠22，該電極區21係導通該二電連接埠22。

更詳言之，由於本實施例之該圖案層11之電極結構111係為該指叉式結構，因此，該導電層2之該電極區21係對應該指叉式結構以形成一指叉式電極。其中，該導電層2可為一導電銀膠，藉此，本發明之導電層2可形成於該第一彈性基板1的同一表面，且利用導電銀膠製成之該導電層2，亦可緊密黏附於該圖案層11之電極結構111，可降低製造複雜度及製造成本。此外，由於該導電層2之該電極區21可緊密黏附於該圖案層11之電極結構111，因此，當該第一彈性基板1受力而使該圖案層11之電極結構111產生形變時，該導電層2之該電極區21亦可隨之作動，因而可減少形變量的失真，進而提升後續的壓力檢測效果。

請參照第1及5圖所示，該壓電薄膜3設置於該導電層2之該電極區21之一表面，且該壓電薄膜3電性連接該電極區21。其中，該壓電薄膜3應選擇具有將機械能轉換為電能的特性之材料，例如聚偏氟乙 烯(PVDF)。

更詳言之，由於該壓電薄膜3設置於該導電層2之該電極區21，當該導電層2之該電極區21隨著該第一彈性基板1之電極結構111的形變而作動時，該壓電薄膜3亦會隨著該電極區21的作動而改變自身的彎曲度，並對應產生一電訊號，且該電訊號可隨著該電極區21而傳遞至該二電連接埠22，此時，操作人員即可由該二電連接埠22獲取該電訊號，並藉此判斷該第一彈性基板1的受力大小。

請參照第5及6圖所示，該壓電薄膜3設置於該導電層2之該電極區21時，該壓電薄膜3之端緣3a係不突出該導電層2之該電極區21的端緣21a。更詳言之，由於該壓電薄膜3係設置於形成指叉式電極之該電極區21，亦即該壓電薄膜3與該電極區21之接觸面為一指叉式態樣，因此，該電極區21之該指叉式電極的任何微小變化，均可準確的傳遞至該壓電薄膜3，具有提升壓力檢測靈敏度的效果，此外，當該壓電薄膜3之端緣3a係不突出該導電層2之該電極區21的端緣21a時，可避免該壓電薄膜3因部分突出至該電極區21的範圍外時，使得該壓電薄膜3與該電極區21的形變不一致，具有維持檢測準確度的效果。

請參照第1、6及7圖所示，該第二彈性基板4係結合於該導電層2與該壓電薄膜3朝外的一表面，以將該導電層2與該壓電薄膜3封裝於該第一彈性基板1與該第二彈性基板4之間。

更詳言之，該第二彈性基板4較佳為一可撓性材料，以使該第二彈性基板4在受力後可自由彎曲，在本實施例中，該第二彈性基板4之材料亦為聚二甲基矽氧烷(PDMS)。此外，當該第二彈性基板4與該第一彈性基板1共同形成一封裝結構時，除可避免該導電層2與該壓電薄膜3直接接觸外物而造成損傷外，更可確保本發明壓力感測器本身的柔軟度，當本發明壓力感測器應用於智慧病床以對一患者進行壓力檢測時，可降低 該患者於該智慧病床所感受的異物感。

請再參照第1、5、6圖所示，本發明另具有一傳輸線組5，該傳輸線組5具有一連接端51及一傳輸端52，該連接端51電性連接該二電連接埠22，該傳輸端52突出該第一彈性基板1與該第二彈性基板4所封裝的範圍外。藉此，該二電連接埠22的電訊號可透過該傳輸線組5進行傳輸，以提升後續壓力檢測作業的便利性。

請再參照第2、3圖所示，本發明壓力感測器製造方法，係先將一基材注入一模具以翻模製作該第一彈性基板1，並於該第一彈性基板1表面形成該圖案層11，且該圖案層11具有該電極結構111及二電連接結構112。

更詳言之，使用翻模方式所形成之該圖案層11，該圖案層11之電極結構111包含一第一指狀結構111a及一第二指狀結構111b，該第一指狀結構111a及該第二指狀結構111b係交叉形成一指叉式結構。其中，該第一彈性基板1較佳為一可撓性材料，以使該第一彈性基板1之電極結構111在受力後可自由彎曲，在本實施例中，該第一彈性基板1之材料為聚二甲基矽氧烷(PDMS)。

請再參照第4圖所示，待製作完該第一彈性基板1後，係使用翻印方式將該導電層2沾黏於該圖案層11之該上表面113，並使該導電層2對應該圖案層11之電極結構111處形成該電極區21，使該導電層2對應該圖案層11之二電連接結構112處形成該二電連接埠22。

更詳言之，使用翻印方式製作該導電層2時，係使該第一彈性基板1之圖案層11的上表面113沾黏一導電銀膠G，並以該導電銀膠G作為該導電層2，又，使用翻印方式於該圖案層11之電極結構111處形成該電極區21時，該電極區21係對應該指叉式結構以形成該指叉式電極。藉此，本發明之導電層2可形成於該第一彈性基板1的同一表面，且利用 導電銀膠製成之該導電層2，亦可緊密黏附於該圖案層11之電極結構111，可降低製造複雜度及製造成本。此外，由於該導電層2之該電極區21可緊密黏附於該圖案層11之電極結構111，因此，當該第一彈性基板1受力而使該圖案層11之電極結構111產生形變時，該導電層2之該電極區21亦可隨之作動，因而可減少形變量的失真，進而提升後續的壓力檢測效果。

請再參照第5圖所示，待製作完該導電層2後，係將該壓電薄膜3設置於該導電層2之該電極區21之一表面。

更詳言之，該壓電薄膜3應選擇具有將機械能轉換為電能的特性之材料，例如聚偏氟乙烯(PVDF)。藉此，由於該壓電薄膜3係設置於形成指叉式電極之該電極區21，亦即該壓電薄膜3與該電極區21之接觸面為一指叉式態樣，因此，該電極區21之該指叉式電極的任何微小變化，均可準確的傳遞至該壓電薄膜3，具有提升壓力檢測靈敏度的效果。又，將該壓電薄膜3設置於該導電層2之該電極區21之一表面時，該壓電薄膜3之端緣3a係不突出該導電層2之該電極區21的端緣21a，藉此，可避免該壓電薄膜3因部分突出至該電極區21的範圍外時，使得該壓電薄膜3與該電極區21的形變不一致，具有維持檢測準確度的效果。

請再參照第6、7圖所示，待設置該壓電薄膜後，係將該第二彈性基板4結合於該導電層2與該壓電薄膜3朝外的一表面，以將該導電層2與該壓電薄膜3封裝於該第一彈性基板1與該第二彈性基板4之間，以得到本發明壓力感測器。

請再參照第5、6、7圖所示，在設置該第二彈性基板4前，係預備具有該連接端51及該傳輸端52之該傳輸線組5，並將該傳輸線組5之該連接端51電性連接該二電連接埠22，並於設置該第二彈性基板4後，使該傳輸端52突出該第一彈性基板1與該第二彈性基板4所封裝的範圍外。藉此，該二電連接埠22的電訊號可透過該傳輸線組5進行傳輸，以提 升後續壓力檢測作業的便利性。

綜上所述，本發明之壓力感測器及其製造方法，可透過將導電銀膠沾黏於該第一彈性基板1的同一表面以形成該導電層2，且利用導電銀膠製成之該導電層2，亦可緊密黏附於該圖案層11之電極結構111，具有降低製造複雜度及製造成本等功效。

此外，本發明之壓力感測器及其製造方法，由於該導電層2之該電極區21係形成該指叉式電極，可使該壓電薄膜3與該電極區21呈指叉式態樣的接觸面，再輔以該第一彈性基板1及該第二彈性基板4均具有可撓性的特性下，具有提升壓力檢測靈敏度的功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧第一彈性基板

11‧‧‧圖案層

111‧‧‧電極結構

111a‧‧‧第一指狀結構

111b‧‧‧第二指狀結構

112‧‧‧電連接結構

112a‧‧‧第一電連接結構

112b‧‧‧第二電連接結構

113‧‧‧上表面

2‧‧‧導電層

21‧‧‧電極區

21a‧‧‧端緣

22‧‧‧電連接埠

3‧‧‧壓電薄膜

3a‧‧‧端緣

4‧‧‧第二彈性基板

5‧‧‧傳輸線組

51‧‧‧連接端

52‧‧‧傳輸端

Claims (16)

1. 一種壓力感測器，係包含：一第一彈性基板，該第一彈性基板之一表面凸設有一圖案層，該圖案層包含一電極結構及二電連接結構，且該圖案層具有一上表面；一導電層，設置於該圖案層之該上表面，且該導電層對應該圖案層之電極結構處係形成一電極區，該導電層對應該圖案層之二電連接結構處係形成二電連接埠，該電極區係導通該二電連接埠；一壓電薄膜，設置於該導電層之該電極區之一表面，且該壓電薄膜電性連接該電極區；及一第二彈性基板，該第二彈性基板係結合於該導電層與該壓電薄膜朝外的一表面，以將該導電層與該壓電薄膜封裝於該第一彈性基板與該第二彈性基板之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之壓力感測器，其中，該圖案層之電極結構包含一第一指狀結構及一第二指狀結構，該第一指狀結構及該第二指狀結構係交叉形成一指叉式結構。
3. 如申請專利範圍第2項所述之壓力感測器，其中，該導電層之該電極區係對應該指叉式結構以形成一指叉式電極。
4. 如申請專利範圍第1項所述之壓力感測器，其中，該壓電薄膜之端緣係不突出該導電層之該電極區的端緣。
5. 如申請專利範圍第1項所述之壓力感測器，其中，另具有一傳輸線組，該傳輸線組具有一連接端及一傳輸端，該連接端電性連接該二電連接埠，該傳輸端突出該第一彈性基板與該第二彈性基板所封裝的範圍外。
6. 如申請專利範圍第1項所述之壓力感測器，其中，該第一彈性基 板及該第二彈性基板之材料為聚二甲基矽氧烷。
7. 如申請專利範圍第1項所述之壓力感測器，其中，該導電層之材料為一導電銀膠。
8. 如申請專利範圍第1項所述之壓力感測器，其中，該壓電薄膜之材料為聚偏氟乙烯。
9. 一種壓力感測器製造方法，係包含：將一基材注入一模具以翻模製作一第一彈性基板，並於該第一彈性基板表面形成一圖案層，且該圖案層具有一電極結構及二電連接結構；使用翻印方式將一導電層沾黏於該圖案層之一上表面，並使該導電層對應該圖案層之電極結構處形成一電極區，使該導電層對應該圖案層之二電連接結構處形成二電連接埠；將一壓電薄膜設置於該導電層之該電極區之一表面；及將一第二彈性基板結合於該導電層與該壓電薄膜朝外的一表面，以將該導電層與該壓電薄膜封裝於該第一彈性基板與該第二彈性基板之間，以得到一壓力感測器。
10. 如申請專利範圍第9項所述之壓力感測器製造方法，其中，使用翻模方式所形成之該圖案層，該圖案層之電極結構包含一第一指狀結構及一第二指狀結構，該第一指狀結構及該第二指狀結構係交叉形成一指叉式結構。
11. 如申請專利範圍第10項所述之壓力感測器製造方法，其中，使用翻印方式所形成之該電極區，該電極區係對應該指叉式結構以形成一指叉式電極。
12. 如申請專利範圍第9項所述之壓力感測器製造方法，其中，將該壓電薄膜設置於該導電層之該電極區之一表面時，該壓電薄膜之 端緣係不突出該導電層之該電極區的端緣。
13. 如申請專利範圍第9項所述之壓力感測器製造方法，其中，在設置該第二彈性基板前，係預備具有一連接端及一傳輸端之一傳輸線組，並將該傳輸線組之該連接端電性連接該二電連接埠，並於設置該第二彈性基板後，使該傳輸端突出該第一彈性基板與該第二彈性基板所封裝的範圍外。
14. 如申請專利範圍第9項所述之壓力感測器製造方法，其中，該第一彈性基板及該第二彈性基板之材料為聚二甲基矽氧烷。
15. 如申請專利範圍第9項所述之壓力感測器製造方法，其中，使用翻印方式製作該導電層時，係使該第一彈性基板之圖案層的上表面沾黏一導電銀膠，並以該導電銀膠作為該導電層。
16. 如申請專利範圍第9項所述之壓力感測器製造方法，其中，該壓電薄膜之材料為聚偏氟乙烯。