一種柔性電容式加速度傳感器及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及加速度測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，公開(kāi)了一種柔性電容式加速度傳感器，包括：柔性基板；上電極，設(shè)于所述柔性基板的上表面；下電極，設(shè)于所述柔性基板的下表面；連接層，其包括上連接層和下連接層，所述上連接層設(shè)于所述柔性基板和上電極之間并連接所述柔性基板和上電極，所述下連接層設(shè)于所述柔性基板和下電極之間并連接所述柔性基板和下電極。本發(fā)明還公開(kāi)了一種用于制造上述柔性電容式加速度傳感器方法。本發(fā)明將MEMS器件直接制作在柔性基板上，工藝和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，所制得的加速度傳感器可以應(yīng)用在任意類型、形狀及尺寸的物體表面上。
【專利說(shuō)明】一種柔性電容式加速度傳感器及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及加速度測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于MEMS微納加工技術(shù)制備的 高靈敏度柔性電容式加速度傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002] 加速度傳感器是一種能夠測(cè)量加速力的電子設(shè)備，與人類的生活息息相關(guān)。目 前加速度傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，比如汽車安全（氣囊、防抱死系統(tǒng)和牽引控制系 統(tǒng)）、游戲控制、圖像自動(dòng)翻轉(zhuǎn)和計(jì)步器等。從上個(gè)世紀(jì)八十年代微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS)技術(shù)的 迅速發(fā)展，越來(lái)越多的先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備出現(xiàn)在各行各業(yè)中，并且隨著集成電路和半導(dǎo)體行 業(yè)的快速發(fā)展，利用新型技術(shù)制備微納傳感器也成為全球的研究熱點(diǎn)之一。利用微機(jī)電系 統(tǒng)技術(shù)制備的微型加速度傳感器具有體積小、功耗低和重量輕等優(yōu)點(diǎn)，而且成本也相對(duì)較 低，在更多的領(lǐng)域尤其是消費(fèi)電子領(lǐng)域有了更廣泛的應(yīng)用。
[0003] 加速度傳感器根據(jù)工作原理可分為以下幾個(gè)類型：壓阻式加速度傳感器、壓電式 加速度傳感器、諧振式加速度傳感器和電容式加速度傳感器。其中，電容式加速度傳感器的 優(yōu)點(diǎn)是高靈敏度、低溫度效應(yīng)和帶功率耗散，在近些年得到了大量的關(guān)注和研究。電容測(cè)量 基于傳感器的一對(duì)電極的兩個(gè)表面之間的間隙變化，這兩個(gè)表面之間的電容取決于表面積 和它們之間的距離。
[0004] 請(qǐng)參考圖1，圖1為現(xiàn)有基于MEMS的電容式加速傳感器30的剖面示意圖。如圖 1所示，現(xiàn)有的電容式加速傳感器30主要具有一非單晶硅基底32,例如玻璃基底或石英基 底，一懸臂梁狀結(jié)構(gòu)34,其具有一多晶娃梁狀結(jié)構(gòu)36與一多晶娃支承構(gòu)件38,多晶娃支承 構(gòu)件38設(shè)于非單晶硅基底32上，用來(lái)固定多晶硅梁狀結(jié)構(gòu)36,并使多晶硅梁狀結(jié)構(gòu)36與 非晶娃基底32之間具有一距離，且多晶娃梁狀結(jié)構(gòu)36具有一可動(dòng)端，在可動(dòng)端部分設(shè)有一 可動(dòng)電極40, 一固定電極42設(shè)于可動(dòng)電極40下方的非單晶娃基底32上，可動(dòng)電極40與固 定電極42分別用來(lái)當(dāng)作電容式加速傳感器30的一平板電容44的上下電極，以及一控制電 路，例如薄膜晶體管（TFT，Thin Film Transistor)控制電路46設(shè)于非單晶硅基底32上， 并電連接于懸臂梁狀結(jié)構(gòu)34與平板電容44,用來(lái)接收、處理并傳送平板電容44所輸出的信 號(hào)。
[0005] 當(dāng)垂直方向的加速力施加于現(xiàn)有的電容式加速傳感器30時(shí)，設(shè)于多晶硅梁狀結(jié) 構(gòu)36的可動(dòng)端的可動(dòng)電極40會(huì)接收到垂直方向的力，使得多晶硅梁狀結(jié)構(gòu)36的可動(dòng)端產(chǎn) 生彎曲模式的振動(dòng)，并與固定電極42間產(chǎn)生相對(duì)位置變化，亦使得平板電容44內(nèi)的電容值 隨之改變，通過(guò)TFT控制電路46利用一差動(dòng)放大器或其他電子元件將接收到的電容值變化 量進(jìn)行信號(hào)處理，以得到待測(cè)加速度力的大小。此外，由于非晶硅基底32可以由石英組成， 又石英熔點(diǎn)較高，因此現(xiàn)有發(fā)明的TFT控制電路46可以為一高溫多晶硅TFT控制電路。
[0006] 然而現(xiàn)有的電容式加速傳感器制作在玻璃和石英等剛性材料基底上，制作的器件 是不能折疊或彎曲的剛性結(jié)構(gòu)，從而限制了 MEMS傳感器在曲面物體表面的測(cè)量，且在現(xiàn)有 的電容式加速傳感器，當(dāng)基底為石英時(shí)，由于石英熔點(diǎn)較高，要求TFT控制電路為高溫多晶 硅TFT控制電路，增加了制造成本，另外，其加工工藝和結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜。因此，如何制造 出一種工藝和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低且能靈活應(yīng)用于不同物體表面測(cè)量的電容式加速度傳感 器為目前重要的研究課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于如何克服現(xiàn)有的電容式加速傳感器不能折疊或 彎曲，制造成本較高且加工工藝和結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜的缺陷。
[0008] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了 一種用于測(cè)量加速力的柔性電容式加速度 傳感器，其包括：
[0009] 柔性基板；上電極，設(shè)于所述柔性基板的上表面；下電極，設(shè)于所述柔性基板的下 表面；連接層，其包括上連接層和下連接層，所述上連接層設(shè)于所述柔性基板和上電極之間 并連接所述柔性基板和上電極，所述下連接層設(shè)于所述柔性基板和下電極之間并連接所述 柔性基板和下電極。
[0010] 其中，所述上電極和下電極均設(shè)置有引腳部分，所述引腳部分用于與外圍電路連 接；所述連接層由有機(jī)物薄膜或金屬薄膜制成；所述連接層由與柔性基板粘結(jié)性能優(yōu)的材 料制成。
[0011] 優(yōu)選地，所述上連接層和下連接層的厚度均為50?500nm。
[0012] 優(yōu)選地，所述上電極和下電極均由厚度為100?2000nm的金屬薄膜組成。
[0013] 相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種制造所述柔性電容式加速度傳感器的方法，包括以 下步驟：
[0014] S1、對(duì)柔性基板進(jìn)行清洗和干燥；
[0015] S2、在所述柔性基板的上表面形成上連接膜層，并將所述上連接膜層制作成上連 接層；
[0016] S3、在所述上連接層的上表面形成上電極膜層，并將所述上電極膜層制作成上電 極；
[0017] S4、在所述柔性基板的下表面形成下連接膜層，并將所述下連接膜層制作成下連 接層；
[0018] S5、在所述下連接層的下表面制備下電極膜層，并將所述下電極膜層制作成下電 極。
[0019] 其中，所述上、下電極的引腳部分由對(duì)上、下電極分別進(jìn)行金線綁定形成，將所述 引腳部分與外圍電路進(jìn)行連接，并封裝在電路板上。優(yōu)選地，所述步驟S2和S4中，分別在 柔性基板的上表面和下表面采用物理沉積或旋涂的方式形成金屬薄膜或有機(jī)物薄膜，以形 成所述上連接膜層和下連接膜層；所述上、下電極和連接層是由上、下電極膜層和連接膜層 通過(guò)MEMS圖形化工藝制備所得的。
[0020] 本發(fā)明的柔性電容式加速度傳感器及其制備方法，具有如下有益效果：本發(fā)明將 MEMS器件直接制作在柔性基板上，具有一定的形變能力，該傳感器可以進(jìn)行一定程度的折 疊或彎曲，其工藝和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，所制得的加速度傳感器可以應(yīng)用在任意類型、形 狀及尺寸的物體表面上，另外本發(fā)明的連接層使得電極與柔性基板較好地粘結(jié)，解決了目 前很多器件失效都是和基板直接結(jié)合力比較差的技術(shù)問(wèn)題。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1是現(xiàn)有的電容式加速度傳感器的剖面示意圖；
[0022] 圖2是本發(fā)明的柔性電容式加速度傳感器的剖面示意圖；
[0023] 圖3是本發(fā)明的柔性電容式加速度傳感器的俯視圖。
[0024] 圖中：30_半導(dǎo)體加速傳感器，32-非單晶硅基底，34-懸臂梁狀結(jié)構(gòu)，36-多晶硅 梁狀結(jié)構(gòu)，38-多晶娃支承構(gòu)件，40-可動(dòng)電極，42-固定電極，44-平板電容，1-柔性基板， 2-上連接層，3-上電極，4-下連接層，5-下電極，6-引腳部分。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一 步地詳細(xì)描述。
[0026] 實(shí)施例一：
[0027] 請(qǐng)參考圖2和圖3,圖2為本發(fā)明柔性電容式加速度傳感器的剖面示意圖， 如圖2所示，柔性基板1，所述柔性基板1為聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET, polyethylene terephthalate);上電極3,所述上電極3為金（Au)或銅（Cu)金屬薄膜，設(shè)于所述柔性基 板1的上表面；下電極5,所述下電極5為Au或Cu金屬薄膜，設(shè)于所述柔性基板1的下表 面；連接層，所述連接層為鉻（Cr)或者鈦（Ti)金屬薄膜，其包括上連接層2和下連接層4， 所述上連接層2設(shè)于所述柔性基板1和上電極3之間并連接所述柔性基板1和上電極3,所 述下連接層4設(shè)于所述柔性基板1和下電極5之間并連接所述柔性基板1和下電極5。
[0028] 其中，圖3為本發(fā)明的柔性電容式加速度傳感器的俯視圖，如圖3所示，所述上電 極3設(shè)置有引腳部分6,所述下電極5也相應(yīng)設(shè)置有引腳部分（此部分圖中未示出，但與上 電極引腳部分6相對(duì)應(yīng)），所述引腳部分與外圍電路進(jìn)行連接，用于信號(hào)引出。
[0029] 當(dāng)有外界的加速度力施加于本發(fā)明實(shí)施例的柔性電容式加速度傳感器時(shí)，柔性基 板1會(huì)接收到該加速度力，使得柔性基板1發(fā)生形變，從而上電極3和下電極5的相對(duì)位置 發(fā)生變化，進(jìn)而引起電容器件的面積發(fā)生變化，使得極板式電容內(nèi)的電容值隨之改變，通過(guò) 上、下電極的引腳部分與外電路連接，利用電子元件將接收到的電容值變化量進(jìn)行信號(hào)處 理，以得到待測(cè)加速度力的大小。
[0030] 相應(yīng)地，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種制造所述柔性電容式加速度傳感器的方法， 包括以下步驟：
[0031] S1、對(duì)PET柔性基板進(jìn)行清洗和干燥，一般用異丙醇、丙酮和乙醇超聲清洗，用去 離子水反復(fù)沖洗，最后用氮?dú)獯蹈苫蛘吆娓桑?br> [0032] S2、在所述PET柔性基板的上表面用磁控濺射或者電子束蒸發(fā)的方法形成Cr或Ti 金屬薄膜上連接膜層，所述Cr或Ti金屬薄膜厚度為50?100nm，優(yōu)選為50nm，然后將所述 上連接膜層通過(guò)光刻圖形化工藝制作成上連接層，再用化學(xué)溶液刻蝕法刻蝕去除多余的上 連接層材料；
[0033] S3、在所述上連接層的上表面濺射Au或Cu金屬薄膜形成上電極膜層，所述Au或 Cu金屬薄膜厚度為100?500nm，優(yōu)選為200nm，并將所述上電極膜層通過(guò)光刻圖形化工藝 制作成上電極，再用化學(xué)溶液刻蝕法刻蝕去除多余的上電極材料；
[0034] S4、用磁控濺射或者電子束蒸發(fā)的方法，在所述柔性基板的下表面形成下連接膜 層，所述下連接膜層由Cr或Ti金屬薄膜組成，所述Cr或Ti金屬薄膜厚度為50?100nm, 優(yōu)選為50nm，然后將所述下連接膜層通過(guò)光刻圖形化工藝制作成下連接層，再用化學(xué)溶液 刻蝕法刻蝕去除多余的下連接層材料；
[0035] S5、在所述下連接層的下表面濺射Au或Cu金屬薄膜制備下電極膜層，所述Au或 Cu金屬薄膜厚度為100?500nm，優(yōu)選為200nm，并將所述下電極膜層通過(guò)光刻圖形化工藝 制作成下電極，再用化學(xué)溶液刻蝕法刻蝕去除多余的下電極材料。
[0036] 將所述上、下電極的引腳部分由對(duì)上、下電極分別進(jìn)行金線綁定形成，將所述引腳 部分與外圍電路進(jìn)行連接，并封裝在電路板上。
[0037] 實(shí)施例二：
[0038] 請(qǐng)參考圖2和圖3,圖2為本發(fā)明柔性電容式加速度傳感器的剖面示意圖，如圖2 所示，柔性基板1，所述柔性基板1為聚酰亞胺（PI，polyimide);上電極3,所述上電極3為 Au或Cu金屬薄膜，設(shè)于所述柔性基板1的上表面；下電極5,所述下電極5為Au或Cu金屬 薄膜，設(shè)于所述柔性基板1的下表面；連接層，所述連接層為Cr或Ti金屬薄膜，其包括上連 接層2和下連接層4,所述上連接層2設(shè)于所述柔性基板1和上電極3之間并連接所述柔性 基板1和上電極3,所述下連接層4設(shè)于所述柔性基板1和下電極5之間并連接所述柔性基 板1和下電極5。
[0039] 其中，圖3為本發(fā)明的柔性電容式加速度傳感器的俯視圖，如圖3所示，所述上電 極3設(shè)置有引腳部分6,所述下電極5也相應(yīng)設(shè)置有引腳部分（此部分圖中未示出，但與上 電極引腳部分6相對(duì)應(yīng)），所述引腳部分與外圍電路進(jìn)行連接，用于信號(hào)引出。
[0040] 當(dāng)有外界的加速度力施加于本發(fā)明實(shí)施例的柔性電容式加速度傳感器時(shí),柔性基 板1會(huì)接收到該加速度力，使得柔性基板1發(fā)生形變，從而上電極3和下電極5的相對(duì)位置 發(fā)生變化，進(jìn)而引起電容器件的面積發(fā)生變化，使得極板式電容內(nèi)的電容值隨之改變，通過(guò) 上、下電極的引腳部分與外電路連接，利用電子元件將接收到的電容值變化量進(jìn)行信號(hào)處 理，以得到待測(cè)加速度力的大小。
[0041] 相應(yīng)地，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種制造所述柔性電容式加速度傳感器的方法， 包括以下步驟：
[0042] S1、對(duì)PI柔性基板進(jìn)行清洗和干燥，一般用異丙醇、丙酮和乙醇超聲清洗，用去離 子水反復(fù)沖洗，最后用氮?dú)獯蹈苫蛘吆娓桑?br> [0043] S2、在所述PI柔性基板的上表面用磁控濺射或者電子束蒸發(fā)的方法形成Cr或Ti 金屬薄膜上連接膜層，所述Cr或Ti金屬薄膜厚度為200?300nm，優(yōu)選為200nm，然后將所 述上連接膜層通過(guò)光刻圖形化工藝制作成上連接層，再用物理干法刻蝕法刻蝕去除多余的 上連接層材料；
[0044] S3、在所述上連接層的上表面濺射Au或Cu金屬薄膜形成上電極膜層，所述Au或 Cu金屬薄膜厚度為800?1300nm，優(yōu)選為lOOOnm，并將所述上電極膜層通過(guò)光刻圖形化工 藝制作成上電極，再用物理干法刻蝕法刻蝕去除多余的上電極材料；
[0045] S4、用磁控濺射或者電子束蒸發(fā)的方法，在所述柔性基板的下表面形成下連接膜 層，所述下連接膜層由Cr或Ti金屬薄膜組成，所述Cr或Ti金屬薄膜厚度為200?300nm, 優(yōu)選為200nm，然后將所述下連接膜層通過(guò)光刻圖形化工藝制作成下連接層，再用物理干法 刻蝕法刻蝕去除多余的下連接層材料；
[0046] S5、在所述下連接層的下表面濺射Au或Cu金屬薄膜制備下電極膜層，所述Au或 Cu金屬薄膜厚度為800?1300nm，優(yōu)選為lOOOnm，并將所述下電極膜層通過(guò)光刻圖形化工 藝制作成下電極，再用物理干法刻蝕法刻蝕去除多余的下電極材料。
[0047] 將所述上、下電極的引腳部分由對(duì)上、下電極分別進(jìn)行金線綁定形成，將所述引腳 部分與外圍電路進(jìn)行連接，并封裝在電路板上。
[0048] 實(shí)施例三：
[0049] 請(qǐng)參考圖2和圖3,圖2為本發(fā)明柔性電容式加速度傳感器的剖面示意圖，如圖2 所示，柔性基板1，所述柔性基板1為聚二甲基硅氧烷（PDMS);上電極3,所述上電極3為Au 或Cu金屬薄膜，設(shè)于所述柔性基板1的上表面；下電極5,所述下電極5為Au或Cu金屬薄 膜，設(shè)于所述柔性基板1的下表面；連接層，所述連接層為Cr或Ti金屬薄膜，其包括上連接 層2和下連接層4,所述上連接層2設(shè)于所述柔性基板1和上電極3之間并連接所述柔性基 板1和上電極3,所述下連接層4設(shè)于所述柔性基板1和下電極5之間并連接所述柔性基板 1和下電極5。
[0050] 其中，圖3為本發(fā)明的柔性電容式加速度傳感器的俯視圖，如圖3所示，所述上電 極3設(shè)置有引腳部分6,所述下電極5也相應(yīng)設(shè)置有引腳部分（此部分圖中未示出，但與上 電極引腳部分6相對(duì)應(yīng)），所述引腳部分與外圍電路進(jìn)行連接，用于信號(hào)引出。
[0051] 當(dāng)有外界的加速度力施加于本發(fā)明實(shí)施例的柔性電容式加速度傳感器時(shí),柔性基 板1會(huì)接收到該加速度力，使得柔性基板1發(fā)生形變，從而上電極3和下電極5的相對(duì)位置 發(fā)生變化，進(jìn)而引起電容器件的面積發(fā)生變化，使得極板式電容內(nèi)的電容值隨之改變，通過(guò) 上、下電極的引腳部分與外電路連接，利用電子元件將接收到的電容值變化量進(jìn)行信號(hào)處 理，以得到待測(cè)加速度力的大小。
[0052] 相應(yīng)地，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種制造所述柔性電容式加速度傳感器的方法， 包括以下步驟：
[0053] S1、對(duì)PDMS柔性基板進(jìn)行清洗和干燥，一般用異丙醇、丙酮和乙醇超聲清洗，用去 離子水反復(fù)沖洗，最后用氮?dú)獯蹈苫蛘吆娓桑?br> [0054] S2、在所述PDMS柔性基板的上表面用磁控濺射或者電子束蒸發(fā)的方法形成Cr或 Ti金屬薄膜上連接膜層，所述Cr或Ti金屬薄膜厚度為200?300nm，優(yōu)選為200nm，然后將 所述上連接膜層通過(guò)光刻圖形化工藝制作成上連接層，再用物理干法刻蝕法刻蝕去除多余 的上連接層材料；
[0055] S3、在所述上連接層的上表面濺射Au或Cu金屬薄膜形成上電極膜層，所述Au或 Cu金屬薄膜厚度為800?1300nm，優(yōu)選為lOOOnm，并將所述上電極膜層通過(guò)光刻圖形化工 藝制作成上電極，再用物理干法刻蝕法刻蝕去除多余的上電極材料；
[0056] S4、用磁控濺射或者電子束蒸發(fā)的方法，在所述柔性基板的下表面形成下連接膜 層，所述下連接膜層由Cr或Ti金屬薄膜組成，所述Cr或Ti金屬薄膜厚度為400?500nm, 優(yōu)選為500nm，然后將所述下連接膜層通過(guò)光刻圖形化工藝制作成下連接層，再用物理干法 刻蝕法刻蝕去除多余的下連接層材料；
[0057] S5、在所述下連接層的下表面濺射Au或Cu金屬薄膜制備下電極膜層，所述Au或 Cu金屬薄膜厚度為1500?2000nm，優(yōu)選為2000nm，并將所述下電極膜層通過(guò)光刻圖形化工 藝制作成下電極，再用物理干法刻蝕法刻蝕去除多余的下電極材料。
[0058] 將所述上、下電極的引腳部分由對(duì)上、下電極分別進(jìn)行金線綁定形成，將所述引腳 部分與外圍電路進(jìn)行連接，并封裝在電路板上。
[0059] 實(shí)施例四：
[0060] 請(qǐng)參考圖2和圖3,圖2為本發(fā)明柔性電容式加速度傳感器的剖面示意圖，如圖2 所示，柔性基板1，所述柔性基板1為PET ;上電極3,所述上電極3為鉬（Pt)或銀（Ag)金 屬薄膜，設(shè)于所述柔性基板1的上表面；下電極5,所述下電極5為Pt或Ag金屬薄膜，設(shè)于 所述柔性基板1的下表面；連接層，所述連接層為Cu或鎢（W)金屬薄膜，其包括上連接層2 和下連接層4,所述上連接層2設(shè)于所述柔性基板1和上電極3之間并連接所述柔性基板1 和上電極3,所述下連接層4設(shè)于所述柔性基板1和下電極5之間并連接所述柔性基板1和 下電極5。
[0061] 其中，圖3為本發(fā)明的柔性電容式加速度傳感器的俯視圖，如圖3所示，所述上電 極3設(shè)置有引腳部分6,所述下電極5也相應(yīng)設(shè)置有引腳部分（此部分圖中未示出，但與上 電極引腳部分6相對(duì)應(yīng)），所述引腳部分與外圍電路進(jìn)行連接，用于信號(hào)引出。
[0062] 當(dāng)有外界的加速度力施加于本發(fā)明實(shí)施例的柔性電容式加速度傳感器時(shí)，柔性基 板1會(huì)接收到該加速度力，使得柔性基板1發(fā)生形變，從而上電極3和下電極5的相對(duì)位置 發(fā)生變化，進(jìn)而引起電容器件的面積發(fā)生變化，使得極板式電容內(nèi)的電容值隨之改變，通過(guò) 上、下電極的引腳部分與外電路連接，利用電子元件將接收到的電容值變化量進(jìn)行信號(hào)處 理，以得到待測(cè)加速度力的大小。
[0063] 相應(yīng)地，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種制造所述柔性電容式加速度傳感器的方法， 包括以下步驟：
[0064] S1、對(duì)PET柔性基板進(jìn)行清洗和干燥，一般用異丙醇、丙酮和乙醇超聲清洗，用去 離子水反復(fù)沖洗，最后用氮?dú)獯蹈苫蛘吆娓桑?br> [0065] S2、在所述PET柔性基板的上表面用磁控濺射或者電子束蒸發(fā)的方法形成Cu或W 金屬薄膜上連接膜層，所述Cu或W金屬薄膜厚度為50?200nm，優(yōu)選為150nm，然后將所述 上連接膜層通過(guò)光刻圖形化工藝制作成上連接層，再用化學(xué)溶液刻蝕法刻蝕去除多余的上 連接層材料；
[0066] S3、在所述上連接層的上表面濺射Pt或Ag金屬薄膜形成上電極膜層，所述Pt或 Ag金屬薄膜厚度為100?800nm，優(yōu)選為400nm，并將所述上電極膜層通過(guò)光刻圖形化工藝 制作成上電極，再用化學(xué)溶液刻蝕法刻蝕去除多余的上電極材料；
[0067] S4、用磁控濺射或者電子束蒸發(fā)的方法，在所述柔性基板的下表面形成下連接膜 層，所述下連接膜層由Cu或W金屬薄膜組成，所述Cu或W金屬薄膜厚度為50?200nm,優(yōu) 選為150nm，然后將所述下連接膜層通過(guò)光刻圖形化工藝制作成下連接層，再用化學(xué)溶液刻 蝕法刻蝕去除多余的下連接層材料；
[0068] S5、在所述下連接層的下表面濺射Pt或Ag金屬薄膜制備下電極膜層，所述Pt或 Ag金屬薄膜厚度為100?800nm，優(yōu)選為400nm，并將所述下電極膜層通過(guò)光刻圖形化工藝 制作成下電極，再用化學(xué)溶液刻蝕法刻蝕去除多余的下電極材料。
[0069] 將所述上、下電極的引腳部分由對(duì)上、下電極分別進(jìn)行金線綁定形成，將所述引腳 部分與外圍電路進(jìn)行連接，并封裝在電路板上。
[0070] 實(shí)施例五：
[0071] 請(qǐng)參考圖2和圖3,圖2為本發(fā)明柔性電容式加速度傳感器的剖面示意圖，如圖2 所示，柔性基板1，所述柔性基板1為PI ;上電極3,所述上電極3為Pt或Ag金屬薄膜，設(shè) 于所述柔性基板1的上表面；下電極5,所述下電極5為Pt或Ag金屬薄膜，設(shè)于所述柔性 基板1的下表面；連接層，所述連接層為Cu或者W金屬薄膜，其包括上連接層2和下連接層 4,所述上連接層2設(shè)于所述柔性基板1和上電極3之間并連接所述柔性基板1和上電極3， 所述下連接層4設(shè)于所述柔性基板1和下電極5之間并連接所述柔性基板1和下電極5。
[0072] 其中，圖3為本發(fā)明的柔性電容式加速度傳感器的俯視圖，如圖3所示，所述上電 極3設(shè)置有引腳部分6,所述下電極5也相應(yīng)設(shè)置有引腳部分（此部分圖中未示出，但與上 電極引腳部分6相對(duì)應(yīng)），所述引腳部分與外圍電路進(jìn)行連接，用于信號(hào)引出。
[0073] 當(dāng)有外界的加速度力施加于本發(fā)明實(shí)施例的柔性電容式加速度傳感器時(shí)，柔性基 板1會(huì)接收到該加速度力，使得柔性基板1發(fā)生形變，從而上電極3和下電極5的相對(duì)位置 發(fā)生變化，進(jìn)而引起電容器件的面積發(fā)生變化，使得極板式電容內(nèi)的電容值隨之改變，通過(guò) 上、下電極的引腳部分與外電路連接，利用電子元件將接收到的電容值變化量進(jìn)行信號(hào)處 理，以得到待測(cè)加速度力的大小。
[0074] 相應(yīng)地，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種制造所述柔性電容式加速度傳感器的方法， 包括以下步驟：
[0075] S1、對(duì)PI柔性基板進(jìn)行清洗和干燥，一般用異丙醇、丙酮和乙醇超聲清洗，用去離 子水反復(fù)沖洗，最后用氮?dú)獯蹈苫蛘吆娓桑?br> [0076] S2、在所述PI柔性基板的上表面用磁控濺射或者電子束蒸發(fā)的方法形成Cu或W 金屬薄膜上連接膜層，所述Cu或W金屬薄膜厚度為300?500nm，優(yōu)選為400nm，然后將所 述上連接膜層通過(guò)光刻圖形化工藝制作成上連接層，再用化學(xué)溶液刻蝕法刻蝕去除多余的 上連接層材料；
[0077] S3、在所述上連接層的上表面濺射Pt或Ag金屬薄膜形成上電極膜層，所述Pt或 Ag金屬薄膜厚度為1000?2000nm，優(yōu)選為1500nm，并將所述上電極膜層通過(guò)光刻圖形化工 藝制作成上電極，再用化學(xué)溶液刻蝕法刻蝕去除多余的上電極材料；
[0078] S4、用磁控濺射或者電子束蒸發(fā)的方法，在所述柔性基板的下表面形成下連接膜 層，所述下連接膜層由Cu或W金屬薄膜組成，所述Cu或W金屬薄膜厚度為300?500nm,優(yōu) 選為400nm，然后將所述下連接膜層通過(guò)光刻圖形化工藝制作成下連接層，再用化學(xué)溶液刻 蝕法刻蝕去除多余的下連接層材料；
[0079] S5、在所述下連接層的下表面濺射Pt或Ag金屬薄膜制備下電極膜層，所述Pt或 Ag金屬薄膜厚度為1000?2000nm，優(yōu)選為1500nm，并將所述下電極膜層通過(guò)光刻圖形化工 藝制作成下電極，再用化學(xué)溶液刻蝕法刻蝕去除多余的下電極材料。
[0080] 將所述上、下電極的引腳部分由對(duì)上、下電極分別進(jìn)行金線綁定形成，將所述引腳 部分與外圍電路進(jìn)行連接，并封裝在電路板上。
[0081] 實(shí)施例六：
[0082] 請(qǐng)參考圖2和圖3,圖2為本發(fā)明柔性電容式加速度傳感器的剖面示意圖，如圖 2所示，柔性基板1，所述柔性基板1為PI ;上電極3,所述上電極3為Pt或Au金屬薄膜， 設(shè)于所述柔性基板1的上表面；下電極5,所述下電極5為Pt或Au金屬薄膜，設(shè)于所述柔 性基板1的下表面；連接層，所述連接層為PDMS或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA, polymethyl methacrylate)有機(jī)物薄膜，其包括上連接層2和下連接層4,所述上連接層2設(shè)于所述柔 性基板1和上電極3之間并連接所述柔性基板1和上電極3,所述下連接層4設(shè)于所述柔性 基板1和下電極5之間并連接所述柔性基板1和下電極5。
[0083] 其中，圖3為本發(fā)明的柔性電容式加速度傳感器的俯視圖，圖3為本發(fā)明的柔性電 容式加速度傳感器的俯視圖，如圖3所示，所述上電極3設(shè)置有引腳部分6,所述下電極5也 相應(yīng)設(shè)置有引腳部分（此部分圖中未示出，但與上電極引腳部分6相對(duì)應(yīng)），所述引腳部分 與外圍電路進(jìn)行連接，用于信號(hào)引出。
[0084] 當(dāng)有外界的加速度力施加于本發(fā)明實(shí)施例的柔性電容式加速度傳感器時(shí)，柔性基 板1會(huì)接收到該加速度力，使得柔性基板1發(fā)生形變，從而上電極3和下電極5的相對(duì)位置 發(fā)生變化，進(jìn)而引起電容器件的面積發(fā)生變化，使得極板式電容內(nèi)的電容值隨之改變，通過(guò) 上、下電極的引腳部分與外電路連接，利用電子元件將接收到的電容值變化量進(jìn)行信號(hào)處 理，以得到待測(cè)加速度力的大小。
[0085] 相應(yīng)地，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種制造所述柔性電容式加速度傳感器的方法， 包括以下步驟：
[0086] S1、對(duì)PI柔性基板進(jìn)行清洗和干燥，一般用異丙醇、丙酮和乙醇超聲清洗，用去離 子水反復(fù)沖洗，最后用氮?dú)獯蹈苫蛘吆娓桑?br> [0087] S2、在所述PI柔性基板的上表面高速旋涂PDMS或PMMA有機(jī)物薄膜形成上電極膜 層，以保持所述PI柔性基板表面所旋涂的有機(jī)物的均勻性，所述PDMS或PMMA有機(jī)物薄膜 厚度為100?200nm，優(yōu)選為100nm，然后將所述上連接膜層通過(guò)光刻圖形化工藝制作成上 連接層，再用物理干法刻蝕法刻蝕去除多余的上連接層材料；
[0088] S3、在所述上連接層的上表面濺射Pt或Au金屬薄膜形成上電極膜層，所述Pt或 Au金屬薄膜厚度為200?600nm，優(yōu)選為300nm，并將所述上電極膜層通過(guò)光刻圖形化工藝 制作成上電極，再用物理干法刻蝕法刻蝕去除多余的上電極材料；
[0089] S4、用旋涂法在所述柔性基板的下表面高速旋涂PDMS或PMMA有機(jī)物薄膜形成上 電極膜層，以保持所述PI柔性基板表面所旋涂的有機(jī)物的均勻性，所述PDMS或PMMA有機(jī) 物薄膜厚度為100?200nm，優(yōu)選為100nm，然后將所述下連接膜層通過(guò)光刻圖形化工藝制 作成下連接層，再用物理干法刻蝕法刻蝕去除多余的下連接層材料；
[0090] S5、在所述下連接層的下表面濺射Pt或Au金屬薄膜制備下電極膜層，所述Pt或 Au金屬薄膜厚度為200?600nm，優(yōu)選為300nm，并將所述下電極膜層通過(guò)光刻圖形化工藝 制作成下電極，再用物理干法刻蝕法刻蝕去除多余的下電極材料。
[0091] 將所述上、下電極的引腳部分由對(duì)上、下電極分別進(jìn)行金線綁定形成，將所述引腳 部分與外圍電路進(jìn)行連接，并封裝在電路板上。
[0092] 實(shí)施例七：
[0093] 請(qǐng)參考圖2和圖3,圖2為本發(fā)明柔性電容式加速度傳感器的剖面示意圖，如圖2 所示，柔性基板1，所述柔性基板1為PDMS ;上電極3,所述上電極3為Pt或Au金屬薄膜， 設(shè)于所述柔性基板1的上表面；下電極5,所述下電極5為Pt或Au金屬薄膜，設(shè)于所述柔 性基板1的下表面；連接層，所述連接層為PDMS或PMMA有機(jī)物薄膜，其包括上連接層2和 下連接層4,所述上連接層2設(shè)于所述柔性基板1和上電極3之間并連接所述柔性基板1和 上電極3,所述下連接層4設(shè)于所述柔性基板1和下電極5之間并連接所述柔性基板1和下 電極5。
[0094] 其中，圖3為本發(fā)明的柔性電容式加速度傳感器的俯視圖，如圖3所示，所述上電 極3設(shè)置有引腳部分6,所述下電極5也相應(yīng)設(shè)置有引腳部分（此部分圖中未示出，但與上 電極引腳部分6相對(duì)應(yīng)），所述引腳部分與外圍電路進(jìn)行連接，用于信號(hào)引出。
[0095] 當(dāng)有外界的加速度力施加于本發(fā)明實(shí)施例的柔性電容式加速度傳感器時(shí)，柔性基 板1會(huì)接收到該加速度力，使得柔性基板1發(fā)生形變，從而上電極3和下電極5的相對(duì)位置 發(fā)生變化，進(jìn)而引起電容器件的面積發(fā)生變化，使得極板式電容內(nèi)的電容值隨之改變，通過(guò) 上、下電極的引腳部分與外電路連接，利用電子元件將接收到的電容值變化量進(jìn)行信號(hào)處 理，以得到待測(cè)加速度力的大小。
[0096] 相應(yīng)地，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種制造所述柔性電容式加速度傳感器的方法， 包括以下步驟：
[0097] S1、對(duì)PDMS柔性基板進(jìn)行清洗和干燥，一般用異丙醇、丙酮和乙醇超聲清洗，用去 離子水反復(fù)沖洗，最后用氮?dú)獯蹈苫蛘吆娓桑?br> [0098] S2、在所述PDMS柔性基板的上表面高速旋涂PDMS或PMMA有機(jī)物薄膜形成上電極 膜層，以保持所述PDMS柔性基板表面所旋涂的有機(jī)物的均勻性，所述PDMS或PMMA有機(jī)物 薄膜厚度為250?350nm，優(yōu)選為300nm，然后將所述上連接膜層通過(guò)光刻圖形化工藝制作 成上連接層，再用物理干法刻蝕法刻蝕去除多余的上連接層材料；
[0099] S3、在所述上連接層的上表面濺射Pt或Au金屬薄膜形成上電極膜層，所述Pt或 Au金屬薄膜厚度為900?1400nm，優(yōu)選為1200nm，并將所述上電極膜層通過(guò)光刻圖形化工 藝制作成上電極，再用物理干法刻蝕法刻蝕去除多余的上電極材料；
[0100] S4、用旋涂法在所述柔性基板的下表面高速旋涂PDMS或PMMA有機(jī)物薄膜形成上 電極膜層，以保持所述PDMS柔性基板表面所旋涂的有機(jī)物的均勻性，所述PDMS或PMMA有 機(jī)物薄膜厚度為250?350nm，優(yōu)選為300nm，然后將所述下連接膜層通過(guò)光刻圖形化工藝 制作成下連接層，再用物理干法刻蝕法刻蝕去除多余的下連接層材料；
[0101] S5、在所述下連接層的下表面濺射Pt或Au金屬薄膜制備下電極膜層，所述Pt或 Au金屬薄膜厚度為900?1400nm，優(yōu)選為1200nm，并將所述下電極膜層通過(guò)光刻圖形化工 藝制作成下電極，再用物理干法刻蝕法刻蝕去除多余的下電極材料。
[0102] 將所述上、下電極的引腳部分由對(duì)上、下電極分別進(jìn)行金線綁定形成，將所述引腳 部分與外圍電路進(jìn)行連接，并封裝在電路板上。
[0103] 實(shí)施例八：
[0104] 請(qǐng)參考圖2和圖3,圖2為本發(fā)明柔性電容式加速度傳感器的剖面示意圖，如圖2 所示，柔性基板1，所述柔性基板1為PET ;上電極3,所述上電極3為Pt或Au金屬薄膜，設(shè) 于所述柔性基板1的上表面；下電極5,所述下電極5為Pt或Au金屬薄膜，設(shè)于所述柔性 基板1的下表面；連接層，所述連接層為TOMS或PMMA有機(jī)物薄膜，其包括上連接層2和下 連接層4,所述上連接層2設(shè)于所述柔性基板1和上電極3之間并連接所述柔性基板1和上 電極3,所述下連接層4設(shè)于所述柔性基板1和下電極5之間并連接所述柔性基板1和下電 極5。
[0105] 其中，圖3為本發(fā)明的柔性電容式加速度傳感器的俯視圖，如圖3所示，所述上電 極3設(shè)置有引腳部分6,所述下電極5也相應(yīng)設(shè)置有引腳部分（此部分圖中未示出，但與上 電極引腳部分6相對(duì)應(yīng)），所述引腳部分與外圍電路進(jìn)行連接，用于信號(hào)引出。
[0106] 當(dāng)有外界的加速度力施加于本發(fā)明實(shí)施例的柔性電容式加速度傳感器時(shí)，柔性基 板1會(huì)接收到該加速度力，使得柔性基板1發(fā)生形變，從而上電極3和下電極5的相對(duì)位置 發(fā)生變化，進(jìn)而引起電容器件的面積發(fā)生變化，使得極板式電容內(nèi)的電容值隨之改變，通過(guò) 上、下電極的引腳部分與外電路連接，利用電子元件將接收到的電容值變化量進(jìn)行信號(hào)處 理，以得到待測(cè)加速度力的大小。
[0107] 相應(yīng)地，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種制造所述柔性電容式加速度傳感器的方法， 包括以下步驟：
[0108] S1、對(duì)PET柔性基板進(jìn)行清洗和干燥，一般用異丙醇、丙酮和乙醇超聲清洗，用去 離子水反復(fù)沖洗，最后用氮?dú)獯蹈苫蛘吆娓桑?br> [0109] S2、在所述PET柔性基板的上表面高速旋涂PDMS或PMMA有機(jī)物薄膜形成上電極 膜層，以保持所述PET柔性基板表面所旋涂的有機(jī)物的均勻性，所述PDMS或PMMA有機(jī)物薄 膜厚度為350?500nm，優(yōu)選為500nm，然后將所述上連接膜層通過(guò)光刻圖形化工藝制作成 上連接層，再用物理干法刻蝕法刻蝕去除多余的上連接層材料；
[0110] S3、在所述上連接層的上表面濺射Pt或Au金屬薄膜形成上電極膜層，所述Pt或 Au金屬薄膜厚度為1600?2000nm，優(yōu)選為2000nm，并將所述上電極膜層通過(guò)光刻圖形化工 藝制作成上電極，再用物理干法刻蝕法刻蝕去除多余的上電極材料；
[0111] S4、用旋涂法在所述柔性基板的下表面高速旋涂PDMS或PMMA有機(jī)物薄膜形成上 電極膜層，以保持所述PET柔性基板表面所旋涂的有機(jī)物的均勻性，所述PDMS或PMMA有機(jī) 物薄膜厚度為350?500nm，優(yōu)選為500nm，然后將所述下連接膜層通過(guò)光刻圖形化工藝制 作成下連接層，再用物理干法刻蝕法刻蝕去除多余的下連接層材料；
[0112] S5、在所述下連接層的下表面濺射Pt或Au金屬薄膜制備下電極膜層，所述Pt或 Au金屬薄膜厚度為1600?2000nm，優(yōu)選為2000nm，并將所述下電極膜層通過(guò)光刻圖形化工 藝制作成下電極，再用物理干法刻蝕法刻蝕去除多余的下電極材料。
[0113] 將所述上、下電極的引腳部分由對(duì)上、下電極分別進(jìn)行金線綁定形成，將所述引腳 部分與外圍電路進(jìn)行連接，并封裝在電路板上。
[0114] 以上實(shí)施例中的柔性電容式加速度傳感器是將MEMS器件直接制作在柔性基板 上，工藝和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，所制得的加速度傳感器可以應(yīng)用在任意類型、形狀及尺寸 的物體表面上，另外本發(fā)明的連接層選用與柔性基板粘結(jié)性性能優(yōu)的材料，使得電極與柔 性基板較好地粘結(jié)，解決了目前很多器件失效都是和基板直接結(jié)合力比較差的技術(shù)問(wèn)題。
[0115] 以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員 來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為 本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種柔性電容式加速度傳感器，其特征在于，包括： 柔性基板（1); 上電極（3)，設(shè)于所述柔性基板（1)的上表面； 下電極（5)，設(shè)于所述柔性基板（1)的下表面； 連接層，其包括上連接層（2)和下連接層（4)，所述上連接層（2)設(shè)于所述柔性基板 (1)和上電極⑶之間并連接所述柔性基板⑴和上電極（3)，所述下連接層⑷設(shè)于所述 柔性基板（1)和下電極（5)之間并連接所述柔性基板（1)和下電極（5)。
2. 如權(quán)利要求1所述的柔性電容式加速度傳感器，其特征在于，所述上電極（3)和下電 極（5)均設(shè)置有引腳部分，所述引腳部分用于與外圍電路連接。
3. 如權(quán)利要求2所述的柔性電容式加速度傳感器，其特征在于，所述連接層由有機(jī)物 薄膜或金屬薄膜制成。
4. 如權(quán)利要求3所述的柔性電容式加速度傳感器，其特征在于，所述連接層由與柔性 基板（1)粘結(jié)性能優(yōu)的材料制成。
5. 如權(quán)利要求4所述的柔性電容式加速度傳感器，其特征在于，所述上連接層⑵和下 連接層（4)的厚度均為50-500nm。
6. 如權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的柔性電容式加速度傳感器，其特征在于，所述上電 極（3)和下電極（5)均由厚度為100-2000nm的金屬薄膜組成。
7. -種制造上述柔性電容式加速度傳感器方法，其特征在于，包括以下步驟： 51、 對(duì)柔性基板進(jìn)行清洗和干燥； 52、 在所述柔性基板的上表面形成上連接膜層，并將所述上連接膜層制作成上連接 層； 53、 在所述上連接層的上表面形成上電極膜層，并將所述上電極膜層制作成上電極； 54、 在所述柔性基板的下表面形成下連接膜層，并將所述下連接膜層制作成下連接 層； 55、 在所述下連接層的下表面制備下電極膜層，并將所述下電極膜層制作成下電極。
8. 如權(quán)利要求7所述的制造柔性電容式加速度傳感器的方法，其特征在于，所述上、下 電極的引腳部分由對(duì)上、下電極分別進(jìn)行金線綁定形成，將所述引腳部分與外圍電路進(jìn)行 連接，并封裝在電路板上。
9. 如權(quán)利要求8所述的制造柔性電容式加速度傳感器的方法，其特征在于，所述步驟 S2和S4中，分別在柔性基板的上表面和下表面采用物理沉積或旋涂的方式形成金屬薄膜 或有機(jī)物薄膜，以形成所述上連接膜層和下連接膜層。
10. 如權(quán)利要求9所述的制造柔性電容式加速度傳感器的方法，其特征在于，所述上、 下電極和連接層是由上、下電極膜層和連接膜層通過(guò)MEMS圖形化工藝制備所得的。
【文檔編號(hào)】B81B3/00GK104142409SQ201410345761
【公開(kāi)日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】劉瑞, 張珽, 谷文, 沈方平, 丁海燕, 祁明鋒 申請(qǐng)人:蘇州能斯達(dá)電子科技有限公司