一種基于柔性襯底的傳感器模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于柔性襯底的傳感器模塊，該傳感器模塊包括傳感器部分及天線部分，二者均以柔性絕緣材料為襯底，并通過導(dǎo)線或夾具連接，其中，傳感器部分用于感知外部敏感信號，天線部分用于無線信號的傳輸及接收，二者結(jié)合實現(xiàn)在無線情況下對外部敏感信號的檢測及傳輸。本發(fā)明以PI、PET等柔性絕緣材料為襯底，利用各種微電子微加工方法，將傳感器及無線發(fā)射部分制作于其上并綜合在一起，形成了無源無線可折疊且便攜性高的組裝的新型傳感器模塊。
【專利說明】一種基于柔性襯底的傳感器模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器信號的檢測與傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種用于傳感器信號檢測與傳輸?shù)幕谌嵝砸r底的傳感器模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，在食品安全、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域?qū)τ谳p便、小型、可彎曲的傳感器檢測變的越來越緊迫。同時隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，社會對于無線互聯(lián)的要求也越來越高，無線傳感器越來越受到關(guān)注?；谟残砸r底的傳感器已經(jīng)非常成熟，但是，其應(yīng)用場景受到襯底本身的限制，無法滿足市場要求，故而，柔性襯底有很好的發(fā)展?jié)撡|(zhì)。
[0003]目前的無線傳輸模塊大部分都是基于硬性襯底一次制作而成，不能在成型之后進行參數(shù)的微調(diào)，制作可以在成型之后進行參數(shù)微調(diào)的基于柔性襯底的無線傳輸模塊，可以實現(xiàn)一種模塊多種用途，而且便于攜帶，具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供的一種基于柔性襯底的傳感器模塊，以實現(xiàn)無源無線可折疊且便攜性高的新型傳感器模塊。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于柔性襯底的傳感器模塊，該傳感器模塊包括傳感器部分及天線部分，二者均以柔性絕緣材料為襯底，并通過導(dǎo)線或夾具連接，其中，傳感器部分用于感知外部敏感信號，天線部分用于無線信號的傳輸及接收，二者結(jié)合實現(xiàn)在無線情況下對外部敏感信號的檢測及傳輸。
[0008]上述方案中，該柔性絕緣材料是聚酰亞胺(PI)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或特殊紙制材料，該特殊紙制材料例如是牛皮紙之類的較硬質(zhì)紙制材料。
[0009]上述方案中，該傳感器部分是在柔性絕緣材料襯底之上制作的各種傳感器，這些傳感器的平面結(jié)構(gòu)各異，至少為圓形、橢圓形、正方形、長方形或不規(guī)則圖形，且均能夠彎曲成各種形狀，以適應(yīng)各種不同的測試環(huán)境。
[0010]上述方案中，所述在柔性絕緣材料襯底之上制作的傳感器是氣體傳感器或濕度傳感器。所述氣體傳感器是在柔性絕緣材料襯底上制作出兩個電極條，然后在兩個電極條之間制作氣敏涂層。所述在兩個電極條之間制作的氣敏涂層，其采用的敏感膜是有機高分子聚合物、金屬氧化物、或有機高分子聚合物與金屬氧化物的混合物；其采用的涂覆方法包括滴涂、浸涂、熱蒸發(fā)或打印。所述有機高分子聚合物為聚吡咯(PPy)或聚苯胺(PANI)，所述金屬氧化物為Mo3、Sn2、ZnO或Ni。
[0011]上述方案中，該傳感器部分的尺寸控制在50微米X 50微米至ImX Im范圍內(nèi)。
[0012]上述方案中，該天線部分能夠根據(jù)需求彎曲成不同的形狀，且可在特定外形輪廓下進行微調(diào)，以實現(xiàn)最佳接收或發(fā)送的效果。該天線部分是喇叭天線、環(huán)形天線或可彎曲天線。
[0013](三)有益效果
[0014]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0015]1、本發(fā)明提供的基于柔性襯底的傳感器模塊，由于采用了天線，所以實現(xiàn)了無線特性，由于可以將傳感器制作成具有自激振蕩特性的傳感器，比如在制作傳感器是同時制作出電感、電容或電阻等元器件，使之具有自起振特性，所以實現(xiàn)了無源特性，由于天線及傳感器基于具有柔性特性的襯底之上，使之具有可以彎曲可折疊性質(zhì)，進而實現(xiàn)了無源無線可折疊且便攜性高的新型傳感器模塊。
[0016]2、本發(fā)明提供的基于柔性襯底的傳感器模塊，因為天線接收信號時本身會將接收到的電磁波轉(zhuǎn)換成電能，該電能通過傳感器上的自激振蕩產(chǎn)生響應(yīng)所需要的能量，必要時可在傳感器柔性襯底上制作出電感、電容或電阻等電子器件使整體具有自起振特性，再反饋回天線發(fā)射出去，所以可以制作成無源模塊，進而適用于難于長久供電的特殊環(huán)境。
[0017]3、本發(fā)明提供的基于柔性襯底的傳感器模塊，由于是無線模塊，不受外界引線的束縛，便于模塊的安置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1a是利用兩根長線型結(jié)構(gòu)制作的卷曲電容型氣體傳感器的示意圖；
[0019]圖1b是將圖1a所示的結(jié)構(gòu)螺旋卷曲后的示意圖；
[0020]圖2a是一個平面結(jié)構(gòu)的喇叭天線二維圖形的示意圖；
[0021]圖2b是將圖2a中各個部分利用夾具整合后得到的喇叭天線的示意圖；
[0022]圖3是另外一種基于柔性襯底的可彎曲天線結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0023]圖4是將圖1b和圖3所示的結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起構(gòu)成的傳感器模塊的示意圖。
【具體實施方式】
[0024]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明。
[0025]本發(fā)明提供的是一種基于柔性襯底的傳感器模塊，該傳感器模塊以P1、PET等柔性絕緣材料為襯底，利用各種微電子微加工方法，將傳感器及無線發(fā)射部分制作于其上并綜合在一起，形成無源無線可折疊且便攜性高的組裝的新型傳感器模塊。
[0026]本發(fā)明提供的基于柔性襯底的傳感器模塊，包括傳感器部分及天線部分，二者均以柔性絕緣材料為襯底，并通過導(dǎo)線或夾具連接，其中柔性絕緣材料可以是聚酰亞胺(PI)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或特殊紙制材料等，該特殊紙制材料例如是牛皮紙之類的較硬質(zhì)紙制材料，傳感器部分用于感知外部敏感信號，天線部分用于無線信號的傳輸及接收，二者結(jié)合實現(xiàn)在無線情況下對外部敏感信號的檢測及傳輸。
[0027]在本發(fā)明中，該傳感器模塊是以電容或電阻等電的參量為傳感信號輸出量，即傳感器電容或電阻等的變化，導(dǎo)致了震蕩頻率的變化，進而導(dǎo)致天線發(fā)射頻率的變化。該傳感器模塊是以柔性的天線部分為無線傳輸模塊。傳感器部分以柔性絕緣材料為襯底，在襯底之上制作各種特殊的傳感器，例如氣體傳感器、濕度傳感器等。這些特殊的傳感器平面結(jié)構(gòu)可以各異，可以是圓形、橢圓形、正方形、長方形、不規(guī)則圖形等各種形貌，且均可以彎曲成各種形狀，以適應(yīng)各種不同的測試環(huán)境，如在較小空間下的環(huán)境。整個器件的尺寸控制在50微米X 50微米到ImX Im范圍內(nèi)。天線部分也是以柔性絕緣材料為襯底，天線可以根據(jù)需求彎曲成不同的形狀，且可在特定外形輪廓下進行微調(diào)，以達(dá)到實現(xiàn)最佳接收或發(fā)送的效果。
[0028]1、傳感器部分:
[0029]本發(fā)明是以電容型氣體傳感器為例，在柔性襯底上制作出兩個電極條，然后在兩個電極條之間制作氣敏涂層，可得圖1a所示結(jié)構(gòu)，圖1a是利用兩根長線型結(jié)構(gòu)制作的卷曲電容型氣體傳感器的示意圖。為適應(yīng)不同的被測環(huán)境，可將圖1a所示的結(jié)構(gòu)彎曲成如圖1b所示的形狀，圖1b是將圖1a所示的結(jié)構(gòu)螺旋卷曲后的示意圖。
[0030]其中，在柔性襯底上的電極之間制作的氣敏涂層，其采用的敏感膜可以選擇有機高分子聚合物如聚吡咯(PPy)或聚苯胺(PANI);金屬氧化物如Mo3、Sn2、ZnO、Ni ;或者兩者的混合物等。根據(jù)所測氣體進行選擇性涂覆。涂覆方式包括滴涂、浸涂、熱蒸發(fā)、打印等方法。
[0031]相比于傳統(tǒng)的平面敏感膜，由于可以將該電容型氣體傳感器彎曲成幾種不同的形狀以適應(yīng)被測環(huán)境的空間，不像常規(guī)傳感器那樣制作于固定平面或固定曲面之上，所以該電容型氣體傳感器具有立體敏感的性質(zhì)，極大的發(fā)揮了柔性襯底可彎曲的特性,可適應(yīng)更多的測試場景。
[0032]2、天線部分:
[0033]本發(fā)明是以喇叭天線和環(huán)形天線為例，利用柔性材料作為基底，在基底之上加工出一些簡單的條狀或者圓形圖案(和電極引線，對于無線傳輸則不需要)，可以大面積制造。之后，將基底的幾個需要連接的特殊位置(比如需要在折疊或彎曲的時候起到連接作用的位置)開孔。在需要該器件的時候，將各個對應(yīng)的孔折疊(手工折疊即可，若器件較小，可以利用輔助工具如鑷子等輔助對在一起)，用夾具將對在一起的每一條邊固定，使之連接在一起，形成具體實際應(yīng)用中用到的器件三維立體結(jié)構(gòu)。當(dāng)不使用該器件時，可將夾具取下，將器件平鋪放置，或者卷成筒狀擱置，以節(jié)省空間。具體如圖2a、圖2b及圖3所示。
[0034]圖2a所示為一個平面結(jié)構(gòu)的喇叭天線二維圖形。利用平面加工工藝成上圖所示圖案后，將非圖案區(qū)域剪裁掉。當(dāng)不使用該器件時，可以將其層疊存放節(jié)省空間，尤其對于大尺寸的天線而言；當(dāng)需要使用該器件時，可以將其組裝起來進行數(shù)據(jù)的傳輸，即將幾個部分利用夾具整合后可得到圖2b所示的結(jié)構(gòu)。當(dāng)不需要使用該器件時，可以將夾具拿下，變成圖2a所示的結(jié)構(gòu)。
[0035]圖3為另外一種基于柔性襯底的可彎曲天線結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)將天線的兩部分分別制作在襯底的正反兩面。其中一面在使用時，將A、B兩端彎曲連接以形成一個環(huán)形結(jié)構(gòu)，使得正面天線為圓形，而反面天線仍然為直線型，然后將AB兩端分別同傳感器相接。環(huán)的大小可以適當(dāng)調(diào)節(jié)。當(dāng)不使用時，也可以將其平放，節(jié)省空間，尤其對于大尺寸的天線而言。
[0036]3、傳感器部分與天線部分的連接
[0037]將傳感器部分與天線部分兩種結(jié)構(gòu)連接在一起可以構(gòu)成本發(fā)明提供的無線傳感器模塊。
[0038]本發(fā)明是以將圖1b和圖3所示的結(jié)構(gòu)進行結(jié)合為例，詳見圖4。圖4中左側(cè)為折疊的電容傳感器，右側(cè)為彎曲的天線，二者以導(dǎo)線A和導(dǎo)線B進行連接。[0039]導(dǎo)線A或?qū)Ь€B與電容傳感器及天線連接處的觸點一般被稱為電極，該電極采用金屬電極或者具有強導(dǎo)電性的非金屬電極(如MWCNTS)。該電極采用的材料可根據(jù)實際場景及對產(chǎn)品的定位決定。如果需要較好傳輸特性和較低的阻值的傳輸線，可采用金屬電極，但是金屬電極在柔性襯底上的附著能力比較弱，可能需要生長多層電極或其他方法以提高附著力。非金屬電極可以更好的附著于柔性襯底之上，但是性能較金屬電極弱一些。
[0040]另外，也可以采用夾具將天線部分與傳感器部分連接，其功能和原理與以導(dǎo)線連接是一樣的，簡單講就是通過將天線引腳部分同傳感器引腳部分對準(zhǔn)后用夾具夾緊即可，這里就不再贅述。
[0041]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于柔性襯底的傳感器模塊，其特征在于，該傳感器模塊包括傳感器部分及天線部分，二者均以柔性絕緣材料為襯底，并通過導(dǎo)線或夾具連接，其中，傳感器部分用于感知外部敏感信號，天線部分用于無線信號的傳輸及接收，二者結(jié)合實現(xiàn)在無線情況下對外部敏感信號的檢測及傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于柔性襯底的傳感器模塊，其特征在于，該柔性絕緣材料是聚酰亞胺、聚對苯二甲酸乙二酯或特殊紙制材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于柔性襯底的傳感器模塊，其特征在于，該傳感器部分是在柔性絕緣材料襯底之上制作的各種傳感器，這些傳感器的平面結(jié)構(gòu)各異，至少為圓形、橢圓形、正方形、長方形或不規(guī)則圖形，且均能夠彎曲成各種形狀，以適應(yīng)各種不同的測試環(huán)境。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于柔性襯底的傳感器模塊，其特征在于，所述在柔性絕緣材料襯底之上制作的傳感器是氣體傳感器或濕度傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于柔性襯底的傳感器模塊，其特征在于，所述氣體傳感器是在柔性絕緣材料襯底上制作出兩個電極條，然后在兩個電極條之間制作氣敏涂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于柔性襯底的傳感器模塊，其特征在于，所述在兩個電極條之間制作的氣敏涂層，其采用的敏感膜是有機高分子聚合物、金屬氧化物、或有機高分子聚合物與金屬氧化物的混合物；其采用的涂覆方法包括滴涂、浸涂、熱蒸發(fā)或打印。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于柔性襯底的傳感器模塊，其特征在于，所述有機高分子聚合物為聚吡咯或聚苯胺，所述金屬氧化物為Mo3、Sn2, ZnO或Ni。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于柔性襯底的傳感器模塊，其特征在于，該傳感器部分的尺寸控制在50微米X 50微米至ImX Im范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于柔性襯底的傳感器模塊，其特征在于，該天線部分能夠根據(jù)需求彎曲成不同的形狀，且可在特定外形輪廓下進行微調(diào)，以實現(xiàn)最佳接收或發(fā)送的效果。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于柔性襯底的傳感器模塊，其特征在于，該天線部分是喇叭天線、環(huán)形天線或可彎曲天線。
【文檔編號】G01N27/00GK103645215SQ201310680558
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】梁圣法, 李冬梅, 李小靜, 張 浩, 羅慶, 周磊, 劉明, 謝常青, 楊洪璋 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所