本发明涉及微传感器技术及mems技术领域。具体而言，本发明涉及一种基于离散型接触结构的柔性压力传感器及其制备方法。
背景技术：
随着人类的发展以及科学技术的高度发达，人们对生活质量的要求越来越高，这也极大地促进了智能可穿戴设备、机器人、无人机、自动驾驶等方便人们工作生活的智能产品的研究和发展，而这些产品的发展离不开压力传感器。
压力传感器的基本原理主要有电阻应变式、压电式、电容式、电感式和压阻式。
对于电阻应变片式传感器，被测的动态压力施加在弹性敏感元件上，使它产生变形，在其变形的部位粘贴的电阻应变片感受动态压力的变化。电阻应变片式传感器主要包括膜片式和应变筒式。膜片式应变压力传感器不适用于测量较大的压力。当变形大时，线性度较差。且在低压高频测量中，若是冲击压力频率与膜片自顿频率相接近时，会造成波形与压力值的失真与偏低。应变筒式应变传感器不适用于测量低压。
压电式压力传感器是利用压电材料(如氧化锌半导体材料，压电陶瓷等)的压电效应，将压力转换为相应的电信号，再经过放大器、记录器等测得压力参数。这类传感器的自振频率高，能适应较恶劣环境，但是低频性能差，温度敏感性高，使用及维修使用比较苛刻。
电感式压力传感器是将压力的变化量转换为对应的电感变化量，之后输入给放大器和记录器。主要有气隙式和差动变压器式。虽然精度高，但是只能检测金属原件，使用范围小，占地面积大，功耗较大。
电容式压力传感器，是一种利用电容敏感元件将被测物理量或机械量转换为电容量变化的一种转换装置。常用的有平行板型和圆筒型。具有输出阻抗高、负载能力差和寄生电容影响大的缺点。
压阻式压力传感器是受力时，其电阻发生变化的传感器。现有技术中，可使用硅片作为弹性敏感元件。这种传感器受温度影响大、工艺复杂、量程小。近些年广泛研究的还有复合材料作为敏感元件，可以制作柔性电子皮肤，但是滞后大，稳定性差。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的上述问题，根据本发明的一个方面，提供一种多触点柔性压力传感器，包括：
柔性基底；
下层电极，所述下层电极设置在所述柔性基底之上；
触点阵列，所述触点阵列形成在下层电极之上并与所述下层电极电接触；
支撑侧壁及延伸电极层，所述支撑侧壁设置在所述下电极的周围，并且与下电极电隔离；以及
悬空网状电极，所述悬空网状电极形成在支撑侧壁上，并通过延伸电极引出，其中在未受外部作用力的情况下，所述悬空网状电极与所述触点阵列间隔开特定距离。
在本发明的一个实施例中，在一定的压力作用下，所述悬空网状电极变形与触点阵列中的若干触点接触，且在压力解除时，所述悬空网状电极恢复原状。
在本发明的一个实施例中，多触点柔性压力传感器还包括绝缘层，所述绝缘层设置在所述下层电极之上，并且包围所述触点阵列的至少一部分侧面，所述触点阵列的厚度大于所述绝缘层的厚度。
在本发明的一个实施例中，所述触点阵列包括聚合物基质以及分散在所述聚合物中的导电颗粒。
在本发明的一个实施例中，所述聚合物为聚酰亚胺，所述导电颗粒为纳米石墨颗粒。
在本发明的一个实施例中，所述下层电极、所述支撑侧壁及延伸电极层、所述悬空网状电极由导电金属材料制成。
在本发明的一个实施例中，所述柔性基底的材料为聚酰亚胺。
根据本发明的另一个方面，提供一种多触点柔性压力传感器的制备方法，包括：
在载片上形成临时键合薄膜；
在临时键合薄膜上形成柔性基底；
在柔性基底制备下电极；
在下电极上形成绝缘层并图案化，从而在所述绝缘层中形成窗口阵列，通过所述窗口阵列，下电极的部分表面暴露出来；
形成触点阵列，所述触点阵列形成在所述窗口阵列上方，并且所述触点阵列中的触点与所述窗口阵列中窗口一一对应，从而实现触点阵列与下电极之间的电连接；
制备支撑侧壁及延伸电极层，所述支撑侧壁设置在所述下电极的周围，并且与下电极电隔离；
制备悬空网状电极，所述悬空网状电极形成在支撑侧壁上，并通过延伸电极引出，其中在未受外部作用力的情况下，所述悬空网状电极与所述触点阵列间隔开特定距离；以及
通过临时键合薄膜，将多触点柔性压力传感器从载片上剥离。
在本发明的另一个实施例中，所述触点阵列包括聚酰亚胺基质以及分散在所述聚酰亚胺中的石墨纳米颗粒，形成触点阵列包括：
旋涂一定厚度的石墨纳米颗粒/聚酰亚胺复合材料，在110℃温度下半固化20分钟；
旋涂光刻胶，光刻图形化，过显，去除光刻胶和聚酰亚胺，留下触点阵列区域中的石墨纳米颗粒/聚酰亚胺复合材料；
去除多余的光刻胶，在300℃温度下全固化1小时，形成触点阵列。
在本发明的另一个实施例中，石墨纳米颗粒/聚酰亚胺复合材料的制备方法包括：将石墨纳米颗粒和聚酰亚胺按照质量比(3-5):(97-95)混合，之后球磨10-24小时，再超声混合1小时，使其混合均匀，真空脱气，从而形成石墨纳米颗粒/聚酰亚胺复合材料。
本发明通过多次重复溅射、光刻图形化、电镀等工艺制备压力传感器，制备工艺流程简单，成本较低，可用于工业化生产。本发明通过悬空网状和具有若干微小金属触点的设计，原理简单，使得数据处理变得不再复杂，这样更利于器件的阵列化。本发明可以通过调整结构参数来感知很大的压力范围，扩大了其应用范围。
附图说明
为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1示出根据本发明的一个实施例的多触点柔性压力传感器的立体示意图。
图2示出根据本发明的一个实施例的多触点柔性压力传感器的俯视图。
图3示出根据本发明的一个实施例的多触点柔性压力传感器的正视图。
图4a至图4e示出根据本发明的一个实施例的多触点柔性压力传感器的制造过程的示意图。
图5示出根据本发明的一个实施例制作多触点柔性压力传感器的方法的流程图。
图6示出根据本发明的一个实施例的多触点柔性压力传感器的立体示意图。
图7示出根据本发明的一个实施例的多触点柔性压力传感器的俯视图。
图8示出根据本发明的一个实施例的多触点柔性压力传感器的正视图。
图9示出根据本发明的一个实施例的多触点柔性压力传感器的测试电路图。
图10a至图10e示出根据本发明的一个实施例的多触点柔性压力传感器的制造过程的示意图。
具体实施方式
在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。
在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。
本发明的实施例提供一种基于聚合物的多触点柔性压力传感器及其制备方法，利用溅射、光刻、电镀等mems加工技术将柔性基底、下层电极、绝缘层、触点阵列、支撑侧壁和延伸电极层、以及悬空网状层结合在一起，形成一个能感应压力的多触点传感器。通过对悬空网状电极施加压力，使其与触点接触，且施加的压力越大，与接触到的触点点数越多，然后测试在不同压力下，上下电极之间的电阻或电流变化，通过电阻或电流的大小来表征施加压力的大小。利用mems加工技术工艺简单，制造成本低，器件体积小，测试简单，极大地提高了其应用范围。
图1示出根据本发明的一个实施例的多触点柔性压力传感器的立体示意图。图2示出根据本发明的一个实施例的多触点柔性压力传感器的俯视图。图3示出根据本发明的一个实施例的多触点柔性压力传感器的正视图。
参照图1至图3，多触点柔性压力传感器包括：柔性基底1、下层电极2、触点阵列4、支撑侧壁及延伸电极层5和悬空网状电极6。
在本发明的一个实施例中，所述柔性基底1可以是在玻璃基底上旋涂高粘度聚酰亚胺(pi)制备。
在本发明的一个实施例中，下层电极2、支撑侧壁及延伸电极层5和悬空网状电极6可以由导电金属材料制成。例如，下层电极2、支撑侧壁及延伸电极层5和悬空网状电极6可以通过电镀导电性优异且具有一定机械强度的导电金属形成。该金属可以选自铜(cu)、镍(ni)或金(au)等金属中的一种或多种。下层电极2、支撑侧壁及延伸电极层5和悬空网状电极6也可以由多层金属的层叠或多种金属的合金形成。悬空网状电极6要求具有一定的韧性和刚度，使其在一定的压力作用下，能够变形与触点接触，且在压力解除时，悬空网状电极6能恢复原状。本发明的悬空网状电极6加工工艺简单，成本低。
悬空网状电极6与触点阵列4形成离散型接触结构，其中离散型接触结构是指将由压力产生的接触过程进行离散化，将连续的接触过程离散为若干个触点的接触过程。本发明采用分布式触点阵列对外部压力进行感测，触点接触的个数表征压力的大小，触点接触的二维分布表征压力的方向。
在本发明的一个实施例中，触点阵列4可以是由导电颗粒均匀分散在可图形化树脂中然后图形化形成的触点阵列。可图形化树脂例如包括聚酰亚胺、感光型环氧树脂、阻焊油墨、绿漆、干膜、感光型增层材料、bcb(双苯环丁烯树脂)或者pbo(苯基苯并二恶唑树脂)。在本发明的实施例中，可图形化树脂优选聚酰亚胺。导电颗粒可以是金属导电颗粒，例如金纳米颗粒、铜纳米颗粒等等。导电颗粒优选为纳米石墨颗粒，这是因为纳米石墨颗粒可以提高聚酰亚胺的抗压和导电性能，且纳米石墨颗粒附着性好，可以均匀的分散在聚酰亚胺中。
在本发明的其他实施例中，触点阵列还可以是其他材料形成的导电阵列，例如金属凸起阵列，该金属凸起阵列可通过光刻和电镀形成。
在本发明的一个实施例中，还可以在触点阵列4的周围设置绝缘层3。绝缘层3填充触点阵列4之间的缝隙。绝缘层3可由图形化的聚酰亚胺制备。然而本发明的保护范围不限于此，在本发明的其他实施例中，绝缘层3可以由其他绝缘材料制备，例如，二氧化硅、氧化铝、su8胶、聚甲基丙烯酸甲酯pmma、派瑞林parylene-c等等。
触点阵列4的基质和绝缘层3优选pi作为聚合物是因为其综合性能优异，且与微加工工艺兼容，能够进行图形化等工艺。
下电极2设置在柔性基底1之上，下电极2具有特定形状和面积。本领域的技术人员可根据实际需要设置下电极2的形状和面积。绝缘层3和触点阵列4形成在下电极2之上。触点阵列4与下电极2电接触。支撑侧壁包围下电极2，并且与下电极2电隔离。悬空网状电极6形成在支撑侧壁上。在未受外部作用力的情况下，悬空网状电极6与触点阵列4间隔开特定距离。悬空网状电极6通过延伸电极5引出。
在图1至图3所示的实施例中，悬空网状电极6为金属网格形状，且在触点上方的对应区域上具有接触圆盘。然而，本领域的技术人员应该清楚，悬空网状电极6的形状不限于此，悬空网状电极6还可以是其他的网格形状。本发明对具体的网格图案没有限制。
对于本发明公开的多触点柔性压力传感器，当对悬空金属网状电极层施加一定压力时，一方面悬空网状电极与触点接触形成导电通路，另一方面由于绝缘层存在，悬空网状电极不会直接与下层电极接触。这样，悬空网状电极、触点阵列和下层电极构成一个压力传感器，可以通过测量电阻或者电流的大小，确定施加的外力的大小。
图4a至图4e示出根据本发明的一个实施例的多触点柔性压力传感器的制造过程的示意图。图5示出根据本发明的一个实施例制作多触点柔性压力传感器的方法的流程图。
首先，在步骤501，提供载片。在本发明的实施例中，载片可以是玻璃载片、单晶硅片、有机基板、金属基板、陶瓷基板、有机基板与金属基板复合的基板，或者其他类似材料。本领域的技术人员应该理解，只要具有特定强度的平整表面，即可作为本发明的载片。在进行多触点柔性压力传感器的制造之前，可根据需要对载片进行清洗。可根据载片的材料选择碱、酸溶液和/或去离子水超声清洗载片，然后烘干。
在步骤502，在载片上形成临时键合薄膜。该临时键合薄膜为热塑或热固型有机材料，也可以是含有cu、ni、cr、co等成分的无机材料，该临时键合薄膜可以通过加热、机械、化学、激光、冷冻等方式剥离。在本发明的一个具体实施例中，临时键合薄膜为聚二甲基硅氧烷(pdms)。具体而言，在载片上旋涂一定厚度的聚二甲基硅氧烷(pdms)，然后在180℃下烘1小时，所述旋涂pdms厚度为20-30微米。
在步骤503，在临时键合薄膜上形成柔性基底1。所述柔性基底1可以是在载板上旋涂高粘度聚酰亚胺(pi)制备，在120℃下半固化1小时，后升温到300℃全固化1小时，柔性基底制备完毕。所述柔性基底1的厚度为30-60微米。
在步骤504，在柔性基底1制备下电极2，如图4a所示。具体而言，在本发明的一个实施例中，在柔性基底上溅射cr/cu种子层，旋涂光刻胶，光刻图形化下层电极，之后电镀铜、镍或者金，形成一定厚度的下电极2。本领域的技术人员应该理解，种子层和下电极2的材料不限于上述实施例中所指出的具体金属材料。该下电极2的厚度可以在1-3微米的范围内。
在步骤505，在下电极2上形成绝缘层3并图案化，如图2b所示。绝缘层3可由图形化的聚酰亚胺制备。具体而言，旋涂一定厚度的聚酰亚胺，在110℃温度下半固化20min；旋涂光刻胶，光刻图形化，过显，去除光刻胶和pi，之后去除多余的光刻胶，在300℃温度下全固化1h，形成绝缘层3。然而本发明的保护范围不限于此，在本发明的其他实施例中，绝缘层3可以由其他绝缘材料制备，例如，二氧化硅、氧化铝、su8胶、聚甲基丙烯酸甲酯pmma、派瑞林parylene-c等等。通过图案化工艺，绝缘层3中形成了窗口阵列。通过窗口阵列，下电极2的部分表面暴露出来。该窗口阵列与后续形成的触点阵列相对应，从而实现触点阵列与下电极2之间的电连接。绝缘层3的厚度在0.8-1.5微米的范围内。
在步骤506，形成触点阵列4，如图2c所示。具体而言，在本发明的一个实施例中，触点阵列4的材料包括聚酰亚胺以及分散于其中的导电颗粒。具体的制备方法包括：旋涂一定厚度的石墨/pi复合材料，在110℃温度下半固化20分钟；旋涂光刻胶，光刻图形化，过显，去除光刻胶和pi，留下触点阵列区域中的石墨/pi复合材料，之后去除多余的光刻胶，在300℃温度下全固化1小时，形成触点阵列。所述石墨/pi复合材料的厚度在6-8微米的范围内。所述石墨/pi复合材料的制备方法可包括：将石墨纳米颗粒和pi按照质量比(3-5):(97-95)混合，之后球磨10-24小时，再超声混合1小时，使其混合均匀，真空脱气，从而形成石墨/pi复合材料。
在步骤507，制备支撑侧壁及延伸电极层5，如图2d所示。具体而言，在本发明的一个实施例中，溅射cr/cu种子层，旋涂光刻胶作为牺牲层，光刻图形化，露出支撑侧壁及延伸电极层所在区域；之后电镀铜、镍或者金，形成一定厚度的支撑侧壁及延伸电极层。所述支撑侧壁及延伸电极层5的厚度在10-30微米的范围内。
在步骤508，制备悬空网状电极6，如图2e所示。具体而言，在本发明的一个实施例中，溅射cr/cu种子层，旋涂光刻胶，光刻图形化，露出网状电极所在区域，之后电镀铜、镍或者金，形成一定厚度的网状电极层。然后，用弱碱性溶液去除光刻胶牺牲层中多余的光刻胶，形成悬空网状电极。该网状电极层的厚度在10-30微米的范围内。
在步骤509，通过临时键合薄膜，将多触点柔性压力传感器从载片上剥离。在本发明的具体实施例中，可根据所使用的临时键合薄膜的材料特性，选择合适的剥离工艺。例如，当临时键合薄膜是聚二甲基硅氧烷(pdms)时，通过加热剥离，即，将载片放置在70℃热板上，剥离pi基底，使其与pdms分离，完成基于聚合物的多触点柔性压力传感器的制备。
在上述步骤中，当柔性基底1、绝缘层3和触点阵列4使用聚酰亚胺时，柔性基底1、绝缘层3和触点阵列4的厚度可通过旋涂机的旋涂速度和旋涂时间决定。所述下层电极2、支撑侧壁及延伸电极层4和网状电极6的厚度可以由电镀速率和电镀时间决定。
本发明通过多次重复溅射、光刻图形化、电镀等工艺制备压力传感器，制备工艺流程简单，成本较低，可用于工业化生产。本发明通过悬空网状和具有若干微小金属触点的设计，原理简单，使得数据处理变得不再复杂，这样更利于器件的阵列化。本发明可以通过调整结构参数来感知很大的压力范围，扩大了其应用范围。
在本发明的实施例中，在一定的压力作用下，所述悬空网状电极变形与触点阵列中的若干触点接触，每一个已经接触的触点与悬空网状电极形成导电通路，多个接通的触点形成并联导电网络。并且随着压力增加，发生接触的触点的个数增多，更多触点形成并联。因此触点接触的个数与被测电流相互对应并成比例增加。还可以采用寻址电路将触点阵列寻址，通过分析触点接触的二维分布，实现对压力方向的定性表征。
图6示出根据本发明的一个实施例的多触点柔性压力传感器的立体示意图。图7示出根据本发明的一个实施例的多触点柔性压力传感器的俯视图。图8示出根据本发明的一个实施例的多触点柔性压力传感器的正视图。
参照图6至图8，多触点柔性压力传感器包括：柔性基底21、下层电极22、触点阵列24、支撑侧壁及延伸电极层25和悬空网状电极26。图6至图8所示的多触点柔性压力传感器与图1至图3所示的多触点柔性压力传感器类似，为了简化本发明的描述，省略相似部分的详细说明。
与图1至图3所示的多触点柔性压力传感器的主要区别在于：下层电极22图形化为列电极，支撑侧壁以及延伸电极25、悬空网状电极26图形化为行电极。在测试过程中，每一时刻，只会有一路激励信号被施加到行电极上，然后在列电极端进行信号采集。这样就可以确定某行某列触点的信号值。通过分析触点接触的二维分布，实现对压力方向的定性表征。图9示出根据本发明的一个实施例的多触点柔性压力传感器的测试电路图。该测试电路包括控制电路以及模/数转换电路。在测试过程中，每一时刻，控制电路只会施加一路激励信号到行电极上，然后在列电极端进行信号采集。
图10a至图10e示出根据本发明的一个实施例的多触点柔性压力传感器的制造过程的示意图。
首先，提供载片。在本发明的实施例中，载片可以是玻璃载片、单晶硅片、有机基板、金属基板、陶瓷基板、有机基板与金属基板复合的基板，或者其他类似材料。本领域的技术人员应该理解，只要具有特定强度的平整表面，即可作为本发明的载片。在进行多触点柔性压力传感器的制造之前，可根据需要对载片进行清洗。可根据载片的材料选择碱、酸溶液和/或去离子水超声清洗载片，然后烘干。
在载片上形成临时键合薄膜。该临时键合薄膜为热塑或热固型有机材料，也可以是含有cu、ni、cr、co等成分的无机材料，该临时键合薄膜可以通过加热、机械、化学、激光、冷冻等方式剥离。在本发明的一个具体实施例中，临时键合薄膜为聚二甲基硅氧烷(pdms)。具体而言，在载片上旋涂一定厚度的聚二甲基硅氧烷(pdms)，然后在180℃下烘1小时，所述旋涂pdms厚度为20-30微米。
在临时键合薄膜上形成柔性基底21。所述柔性基底21可以是在载板上旋涂高粘度聚酰亚胺(pi)制备，在120℃下半固化1小时，后升温到300℃全固化1小时，柔性基底制备完毕。所述柔性基底1的厚度为30-60微米。
在柔性基底21制备下电极22，如图10a所示。具体而言，在本发明的一个实施例中，在柔性基底上溅射cr/cu种子层，旋涂光刻胶，光刻图形化下层电极，之后电镀铜、镍或者金，形成一定厚度的下电极22。本领域的技术人员应该理解，种子层和下电极22的材料不限于上述实施例中所指出的具体金属材料。该下电极22的厚度可以在1-3微米的范围内。
在下电极22上形成绝缘层23并图案化，如图10b所示。绝缘层23可由图形化的聚酰亚胺制备。具体而言，旋涂一定厚度的聚酰亚胺，在110℃温度下半固化20min；旋涂光刻胶，光刻图形化，过显，去除光刻胶和pi，之后去除多余的光刻胶，在300℃温度下全固化1h，形成绝缘层23。然而本发明的保护范围不限于此，在本发明的其他实施例中，绝缘层23可以由其他绝缘材料制备，例如，二氧化硅、氧化铝、su8胶、聚甲基丙烯酸甲酯pmma、派瑞林parylene-c等等。通过图案化工艺，绝缘层23中形成了窗口阵列。通过窗口阵列，下电极22的部分表面暴露出来。该窗口阵列与后续形成的触点阵列相对应，从而实现触点阵列与下电极22之间的电连接。绝缘层23的厚度在0.8-1.5微米的范围内。
形成触点阵列24，如图10c所示。具体而言，在本发明的一个实施例中，触点阵列24的材料包括聚酰亚胺以及分散于其中的导电颗粒。具体的制备方法包括：旋涂一定厚度的石墨/pi复合材料，在110℃温度下半固化20分钟；旋涂光刻胶，光刻图形化，过显，去除光刻胶和pi，留下触点阵列区域中的石墨/pi复合材料，之后去除多余的光刻胶，在300℃温度下全固化1小时，形成触点阵列。所述石墨/pi复合材料的厚度在6-8微米的范围内。所述石墨/pi复合材料的制备方法可包括：将石墨纳米颗粒和pi按照质量比(3-5):(97-95)混合，之后球磨10-24小时，再超声混合1小时，使其混合均匀，真空脱气，从而形成石墨/pi复合材料。
制备支撑侧壁及延伸电极层25，如图10d所示。具体而言，在本发明的一个实施例中，溅射cr/cu种子层，旋涂光刻胶作为牺牲层，光刻图形化，露出支撑侧壁及延伸电极层所在区域；之后电镀铜、镍或者金，形成一定厚度的支撑侧壁及延伸电极层。所述支撑侧壁及延伸电极层25的厚度在10-30微米的范围内。
制备悬空网状电极26，如图10e所示。具体而言，在本发明的一个实施例中，溅射cr/cu种子层，旋涂光刻胶，光刻图形化，露出网状电极所在区域，之后电镀铜、镍或者金，形成一定厚度的网状电极层。然后，用弱碱性溶液去除光刻胶牺牲层中多余的光刻胶，形成悬空网状电极。该网状电极层的厚度在10-30微米的范围内。
通过临时键合薄膜，将多触点柔性压力传感器从载片上剥离。在本发明的具体实施例中，可根据所使用的临时键合薄膜的材料特性，选择合适的剥离工艺。例如，当临时键合薄膜是聚二甲基硅氧烷(pdms)时，通过加热剥离，即，将载片放置在70℃热板上，剥离pi基底，使其与pdms分离，完成基于聚合物的多触点柔性压力传感器的制备。
本发明通过多次重复溅射、光刻图形化、电镀等工艺制备压力传感器，制备工艺流程简单，成本较低，可用于工业化生产。本发明通过悬空网状和具有若干微小金属触点的设计，原理简单，使得数据处理变得不再复杂，这样更利于器件的阵列化。本发明可以通过调整结构参数来感知很大的压力范围，扩大了其应用范围。
尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。
技术特征：
1.一种柔性压力传感器，包括：
柔性基底；
下层电极，所述下层电极设置在所述柔性基底之上；
触点阵列，所述触点阵列形成在下层电极之上并与所述下层电极电接触；
支撑侧壁及延伸电极层，所述支撑侧壁设置在所述下电极的周围，并且与下电极电隔离；以及
悬空网状电极，所述悬空网状电极形成在支撑侧壁上，并通过延伸电极引出，其中在未受外部作用力的情况下，所述悬空网状电极与所述触点阵列间隔开特定距离。
2.如权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，在一定的压力作用下，所述悬空网状电极变形与触点阵列中的若干触点接触，且在压力解除时，所述悬空网状电极恢复原状。
3.如权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，还包括绝缘层，所述绝缘层设置在所述下层电极之上，并且包围所述触点阵列的至少一部分侧面，所述触点阵列的厚度大于所述绝缘层的厚度。
4.如权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述触点阵列包括聚合物基质以及分散在所述聚合物中的导电颗粒。
5.如权利要求4所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述聚合物为聚酰亚胺，所述导电颗粒为纳米石墨颗粒。
6.如权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述下层电极、所述支撑侧壁及延伸电极层、所述悬空网状电极由导电金属材料制成。
7.如权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述柔性基底的材料为聚酰亚胺。
8.一种柔性压力传感器的制备方法，包括：
在载片上形成临时键合薄膜；
在临时键合薄膜上形成柔性基底；
在柔性基底制备下电极；
在下电极上形成绝缘层并图案化，从而在所述绝缘层中形成窗口阵列，通过所述窗口阵列，下电极的部分表面暴露出来；
形成触点阵列，所述触点阵列形成在所述窗口阵列上方，并且所述触点阵列中的触点与所述窗口阵列中窗口一一对应，从而实现触点阵列与下电极之间的电连接；
制备支撑侧壁及延伸电极层，所述支撑侧壁设置在所述下电极的周围，并且与下电极电隔离；
制备悬空网状电极，所述悬空网状电极形成在支撑侧壁上，并通过延伸电极引出，其中在未受外部作用力的情况下，所述悬空网状电极与所述触点阵列间隔开特定距离；以及
通过临时键合薄膜，将多触点柔性压力传感器从载片上剥离。
9.如权利要求8所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，所述触点阵列包括聚酰亚胺基质以及分散在所述聚酰亚胺中的石墨纳米颗粒，形成触点阵列包括：
旋涂一定厚度的石墨纳米颗粒/聚酰亚胺复合材料，在110℃温度下半固化20分钟；
旋涂光刻胶，光刻图形化，过显，去除光刻胶和聚酰亚胺，留下触点阵列区域中的石墨纳米颗粒/聚酰亚胺复合材料；
去除多余的光刻胶，在300℃温度下全固化1小时，形成触点阵列。
10.如权利要求9所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，石墨纳米颗粒/聚酰亚胺复合材料的制备方法包括：将石墨纳米颗粒和聚酰亚胺按照质量比(3-5):(97-95)混合，之后球磨10-24小时，再超声混合1小时，使其混合均匀，真空脱气，从而形成石墨纳米颗粒/聚酰亚胺复合材料。
技术总结
本发明公开了一种基于离散型接触结构的柔性压力传感器及其制备方法，包括：柔性基底；下层电极，所述下层电极设置在所述柔性基底之上；触点阵列，所述触点阵列形成在下层电极之上并与所述下层电极电接触；支撑侧壁及延伸电极层，所述支撑侧壁设置在所述下电极的周围，并且与下电极电隔离；以及悬空网状电极，所述悬空网状电极形成在支撑侧壁上，并通过延伸电极引出，其中在未受外部作用力的情况下，所述悬空网状电极与所述触点阵列间隔开特定距离。本发明导电填料纳米石墨颗粒能均匀分散在PI中，且形成的复合材料具有良好的导电性能和机械性能。本发明具有制备工艺简单、反应灵敏，量程大和成本低的特点。
技术研发人员：刘扬;丁桂甫;李红芳;黄建泽;杨卓青
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：.11.29
技术公布日：.02.28
