一种柔性电容式加速度传感器及其制造方法

一种柔性电容式加速度传感器及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及加速度测量【技术领域】，公开了一种柔性电容式加速度传感器，包括：柔性基板；上电极，设于所述柔性基板的上表面；下电极，设于所述柔性基板的下表面；连接层，其包括上连接层和下连接层，所述上连接层设于所述柔性基板和上电极之间并连接所述柔性基板和上电极，所述下连接层设于所述柔性基板和下电极之间并连接所述柔性基板和下电极。本发明还公开了一种用于制造上述柔性电容式加速度传感器方法。本发明将MEMS器件直接制作在柔性基板上，工艺和结构简单，成本较低，所制得的加速度传感器可以应用在任意类型、形状及尺寸的物体表面上。
【专利说明】一种柔性电容式加速度传感器及其制造方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及加速度测量【技术领域】，尤其涉及一种基于MEMS微纳加工技术制备的 高灵敏度柔性电容式加速度传感器。

【背景技术】
[0002] 加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备，与人类的生活息息相关。目 前加速度传感器的应用领域越来越广泛，比如汽车安全（气囊、防抱死系统和牵引控制系 统）、游戏控制、图像自动翻转和计步器等。从上个世纪八十年代微机电系统（MEMS)技术的 迅速发展，越来越多的先进技术与设备出现在各行各业中，并且随着集成电路和半导体行 业的快速发展，利用新型技术制备微纳传感器也成为全球的研究热点之一。利用微机电系 统技术制备的微型加速度传感器具有体积小、功耗低和重量轻等优点，而且成本也相对较 低，在更多的领域尤其是消费电子领域有了更广泛的应用。
[0003] 加速度传感器根据工作原理可分为以下几个类型：压阻式加速度传感器、压电式 加速度传感器、谐振式加速度传感器和电容式加速度传感器。其中，电容式加速度传感器的 优点是高灵敏度、低温度效应和带功率耗散，在近些年得到了大量的关注和研究。电容测量 基于传感器的一对电极的两个表面之间的间隙变化，这两个表面之间的电容取决于表面积 和它们之间的距离。
[0004] 请参考图1，图1为现有基于MEMS的电容式加速传感器30的剖面示意图。如图 1所示，现有的电容式加速传感器30主要具有一非单晶硅基底32,例如玻璃基底或石英基 底，一悬臂梁状结构34,其具有一多晶娃梁状结构36与一多晶娃支承构件38,多晶娃支承 构件38设于非单晶硅基底32上，用来固定多晶硅梁状结构36,并使多晶硅梁状结构36与 非晶娃基底32之间具有一距离，且多晶娃梁状结构36具有一可动端，在可动端部分设有一 可动电极40, 一固定电极42设于可动电极40下方的非单晶娃基底32上，可动电极40与固 定电极42分别用来当作电容式加速传感器30的一平板电容44的上下电极，以及一控制电 路，例如薄膜晶体管（TFT，Thin Film Transistor)控制电路46设于非单晶硅基底32上， 并电连接于悬臂梁状结构34与平板电容44,用来接收、处理并传送平板电容44所输出的信 号。
[0005] 当垂直方向的加速力施加于现有的电容式加速传感器30时，设于多晶硅梁状结 构36的可动端的可动电极40会接收到垂直方向的力，使得多晶硅梁状结构36的可动端产 生弯曲模式的振动，并与固定电极42间产生相对位置变化，亦使得平板电容44内的电容值 随之改变，通过TFT控制电路46利用一差动放大器或其他电子元件将接收到的电容值变化 量进行信号处理，以得到待测加速度力的大小。此外，由于非晶硅基底32可以由石英组成， 又石英熔点较高，因此现有发明的TFT控制电路46可以为一高温多晶硅TFT控制电路。
[0006] 然而现有的电容式加速传感器制作在玻璃和石英等刚性材料基底上，制作的器件 是不能折叠或弯曲的刚性结构，从而限制了 MEMS传感器在曲面物体表面的测量，且在现有 的电容式加速传感器，当基底为石英时，由于石英熔点较高，要求TFT控制电路为高温多晶 硅TFT控制电路，增加了制造成本，另外，其加工工艺和结构相对较为复杂。因此，如何制造 出一种工艺和结构简单，成本较低且能灵活应用于不同物体表面测量的电容式加速度传感 器为目前重要的研究课题。


【发明内容】

[0007] 本发明所要解决的技术问题在于如何克服现有的电容式加速传感器不能折叠或 弯曲，制造成本较高且加工工艺和结构相对较为复杂的缺陷。
[0008] 为了解决上述技术问题，本发明提供了 一种用于测量加速力的柔性电容式加速度 传感器，其包括：
[0009] 柔性基板；上电极，设于所述柔性基板的上表面；下电极，设于所述柔性基板的下 表面；连接层，其包括上连接层和下连接层，所述上连接层设于所述柔性基板和上电极之间 并连接所述柔性基板和上电极，所述下连接层设于所述柔性基板和下电极之间并连接所述 柔性基板和下电极。
[0010] 其中，所述上电极和下电极均设置有引脚部分，所述引脚部分用于与外围电路连 接；所述连接层由有机物薄膜或金属薄膜制成；所述连接层由与柔性基板粘结性能优的材 料制成。
[0011] 优选地，所述上连接层和下连接层的厚度均为50?500nm。
[0012] 优选地，所述上电极和下电极均由厚度为100?2000nm的金属薄膜组成。
[0013] 相应地，本发明还提供了一种制造所述柔性电容式加速度传感器的方法，包括以 下步骤：
[0014] S1、对柔性基板进行清洗和干燥；
[0015] S2、在所述柔性基板的上表面形成上连接膜层，并将所述上连接膜层制作成上连 接层；
[0016] S3、在所述上连接层的上表面形成上电极膜层，并将所述上电极膜层制作成上电 极；
[0017] S4、在所述柔性基板的下表面形成下连接膜层，并将所述下连接膜层制作成下连 接层；
[0018] S5、在所述下连接层的下表面制备下电极膜层，并将所述下电极膜层制作成下电 极。
[0019] 其中，所述上、下电极的引脚部分由对上、下电极分别进行金线绑定形成，将所述 引脚部分与外围电路进行连接，并封装在电路板上。优选地，所述步骤S2和S4中，分别在 柔性基板的上表面和下表面采用物理沉积或旋涂的方式形成金属薄膜或有机物薄膜，以形 成所述上连接膜层和下连接膜层；所述上、下电极和连接层是由上、下电极膜层和连接膜层 通过MEMS图形化工艺制备所得的。
[0020] 本发明的柔性电容式加速度传感器及其制备方法，具有如下有益效果：本发明将 MEMS器件直接制作在柔性基板上，具有一定的形变能力，该传感器可以进行一定程度的折 叠或弯曲，其工艺和结构简单，成本较低，所制得的加速度传感器可以应用在任意类型、形 状及尺寸的物体表面上，另外本发明的连接层使得电极与柔性基板较好地粘结，解决了目 前很多器件失效都是和基板直接结合力比较差的技术问题。

【专利附图】

【附图说明】
[0021] 图1是现有的电容式加速度传感器的剖面示意图；
[0022] 图2是本发明的柔性电容式加速度传感器的剖面示意图；
[0023] 图3是本发明的柔性电容式加速度传感器的俯视图。
[0024] 图中：30_半导体加速传感器，32-非单晶硅基底，34-悬臂梁状结构，36-多晶硅 梁状结构，38-多晶娃支承构件，40-可动电极，42-固定电极，44-平板电容，1-柔性基板， 2-上连接层，3-上电极，4-下连接层，5-下电极，6-引脚部分。

【具体实施方式】
[0025] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一 步地详细描述。
[0026] 实施例一：
[0027] 请参考图2和图3,图2为本发明柔性电容式加速度传感器的剖面示意图， 如图2所示，柔性基板1，所述柔性基板1为聚对苯二甲酸乙二酯（PET, polyethylene terephthalate);上电极3,所述上电极3为金（Au)或铜（Cu)金属薄膜，设于所述柔性基 板1的上表面；下电极5,所述下电极5为Au或Cu金属薄膜，设于所述柔性基板1的下表 面；连接层，所述连接层为铬（Cr)或者钛（Ti)金属薄膜，其包括上连接层2和下连接层4， 所述上连接层2设于所述柔性基板1和上电极3之间并连接所述柔性基板1和上电极3,所 述下连接层4设于所述柔性基板1和下电极5之间并连接所述柔性基板1和下电极5。
[0028] 其中，图3为本发明的柔性电容式加速度传感器的俯视图，如图3所示，所述上电 极3设置有引脚部分6,所述下电极5也相应设置有引脚部分（此部分图中未示出，但与上 电极引脚部分6相对应），所述引脚部分与外围电路进行连接，用于信号引出。
[0029] 当有外界的加速度力施加于本发明实施例的柔性电容式加速度传感器时，柔性基 板1会接收到该加速度力，使得柔性基板1发生形变，从而上电极3和下电极5的相对位置 发生变化，进而引起电容器件的面积发生变化，使得极板式电容内的电容值随之改变，通过 上、下电极的引脚部分与外电路连接，利用电子元件将接收到的电容值变化量进行信号处 理，以得到待测加速度力的大小。
[0030] 相应地，本发明实施例还提供了一种制造所述柔性电容式加速度传感器的方法， 包括以下步骤：
[0031] S1、对PET柔性基板进行清洗和干燥，一般用异丙醇、丙酮和乙醇超声清洗，用去 离子水反复冲洗，最后用氮气吹干或者烘干；
[0032] S2、在所述PET柔性基板的上表面用磁控溅射或者电子束蒸发的方法形成Cr或Ti 金属薄膜上连接膜层，所述Cr或Ti金属薄膜厚度为50?100nm，优选为50nm，然后将所述 上连接膜层通过光刻图形化工艺制作成上连接层，再用化学溶液刻蚀法刻蚀去除多余的上 连接层材料；
[0033] S3、在所述上连接层的上表面溅射Au或Cu金属薄膜形成上电极膜层，所述Au或 Cu金属薄膜厚度为100?500nm，优选为200nm，并将所述上电极膜层通过光刻图形化工艺 制作成上电极，再用化学溶液刻蚀法刻蚀去除多余的上电极材料；
[0034] S4、用磁控溅射或者电子束蒸发的方法，在所述柔性基板的下表面形成下连接膜 层，所述下连接膜层由Cr或Ti金属薄膜组成，所述Cr或Ti金属薄膜厚度为50?100nm, 优选为50nm，然后将所述下连接膜层通过光刻图形化工艺制作成下连接层，再用化学溶液 刻蚀法刻蚀去除多余的下连接层材料；
[0035] S5、在所述下连接层的下表面溅射Au或Cu金属薄膜制备下电极膜层，所述Au或 Cu金属薄膜厚度为100?500nm，优选为200nm，并将所述下电极膜层通过光刻图形化工艺 制作成下电极，再用化学溶液刻蚀法刻蚀去除多余的下电极材料。
[0036] 将所述上、下电极的引脚部分由对上、下电极分别进行金线绑定形成，将所述引脚 部分与外围电路进行连接，并封装在电路板上。
[0037] 实施例二：
[0038] 请参考图2和图3,图2为本发明柔性电容式加速度传感器的剖面示意图，如图2 所示，柔性基板1，所述柔性基板1为聚酰亚胺（PI，polyimide);上电极3,所述上电极3为 Au或Cu金属薄膜，设于所述柔性基板1的上表面；下电极5,所述下电极5为Au或Cu金属 薄膜，设于所述柔性基板1的下表面；连接层，所述连接层为Cr或Ti金属薄膜，其包括上连 接层2和下连接层4,所述上连接层2设于所述柔性基板1和上电极3之间并连接所述柔性 基板1和上电极3,所述下连接层4设于所述柔性基板1和下电极5之间并连接所述柔性基 板1和下电极5。
[0039] 其中，图3为本发明的柔性电容式加速度传感器的俯视图，如图3所示，所述上电 极3设置有引脚部分6,所述下电极5也相应设置有引脚部分（此部分图中未示出，但与上 电极引脚部分6相对应），所述引脚部分与外围电路进行连接，用于信号引出。
[0040] 当有外界的加速度力施加于本发明实施例的柔性电容式加速度传感器时,柔性基 板1会接收到该加速度力，使得柔性基板1发生形变，从而上电极3和下电极5的相对位置 发生变化，进而引起电容器件的面积发生变化，使得极板式电容内的电容值随之改变，通过 上、下电极的引脚部分与外电路连接，利用电子元件将接收到的电容值变化量进行信号处 理，以得到待测加速度力的大小。
[0041] 相应地，本发明实施例还提供了一种制造所述柔性电容式加速度传感器的方法， 包括以下步骤：
[0042] S1、对PI柔性基板进行清洗和干燥，一般用异丙醇、丙酮和乙醇超声清洗，用去离 子水反复冲洗，最后用氮气吹干或者烘干；
[0043] S2、在所述PI柔性基板的上表面用磁控溅射或者电子束蒸发的方法形成Cr或Ti 金属薄膜上连接膜层，所述Cr或Ti金属薄膜厚度为200?300nm，优选为200nm，然后将所 述上连接膜层通过光刻图形化工艺制作成上连接层，再用物理干法刻蚀法刻蚀去除多余的 上连接层材料；
[0044] S3、在所述上连接层的上表面溅射Au或Cu金属薄膜形成上电极膜层，所述Au或 Cu金属薄膜厚度为800?1300nm，优选为lOOOnm，并将所述上电极膜层通过光刻图形化工 艺制作成上电极，再用物理干法刻蚀法刻蚀去除多余的上电极材料；
[0045] S4、用磁控溅射或者电子束蒸发的方法，在所述柔性基板的下表面形成下连接膜 层，所述下连接膜层由Cr或Ti金属薄膜组成，所述Cr或Ti金属薄膜厚度为200?300nm, 优选为200nm，然后将所述下连接膜层通过光刻图形化工艺制作成下连接层，再用物理干法 刻蚀法刻蚀去除多余的下连接层材料；
[0046] S5、在所述下连接层的下表面溅射Au或Cu金属薄膜制备下电极膜层，所述Au或 Cu金属薄膜厚度为800?1300nm，优选为lOOOnm，并将所述下电极膜层通过光刻图形化工 艺制作成下电极，再用物理干法刻蚀法刻蚀去除多余的下电极材料。
[0047] 将所述上、下电极的引脚部分由对上、下电极分别进行金线绑定形成，将所述引脚 部分与外围电路进行连接，并封装在电路板上。
[0048] 实施例三：
[0049] 请参考图2和图3,图2为本发明柔性电容式加速度传感器的剖面示意图，如图2 所示，柔性基板1，所述柔性基板1为聚二甲基硅氧烷（PDMS);上电极3,所述上电极3为Au 或Cu金属薄膜，设于所述柔性基板1的上表面；下电极5,所述下电极5为Au或Cu金属薄 膜，设于所述柔性基板1的下表面；连接层，所述连接层为Cr或Ti金属薄膜，其包括上连接 层2和下连接层4,所述上连接层2设于所述柔性基板1和上电极3之间并连接所述柔性基 板1和上电极3,所述下连接层4设于所述柔性基板1和下电极5之间并连接所述柔性基板 1和下电极5。
[0050] 其中，图3为本发明的柔性电容式加速度传感器的俯视图，如图3所示，所述上电 极3设置有引脚部分6,所述下电极5也相应设置有引脚部分（此部分图中未示出，但与上 电极引脚部分6相对应），所述引脚部分与外围电路进行连接，用于信号引出。
[0051] 当有外界的加速度力施加于本发明实施例的柔性电容式加速度传感器时,柔性基 板1会接收到该加速度力，使得柔性基板1发生形变，从而上电极3和下电极5的相对位置 发生变化，进而引起电容器件的面积发生变化，使得极板式电容内的电容值随之改变，通过 上、下电极的引脚部分与外电路连接，利用电子元件将接收到的电容值变化量进行信号处 理，以得到待测加速度力的大小。
[0052] 相应地，本发明实施例还提供了一种制造所述柔性电容式加速度传感器的方法， 包括以下步骤：
[0053] S1、对PDMS柔性基板进行清洗和干燥，一般用异丙醇、丙酮和乙醇超声清洗，用去 离子水反复冲洗，最后用氮气吹干或者烘干；
[0054] S2、在所述PDMS柔性基板的上表面用磁控溅射或者电子束蒸发的方法形成Cr或 Ti金属薄膜上连接膜层，所述Cr或Ti金属薄膜厚度为200?300nm，优选为200nm，然后将 所述上连接膜层通过光刻图形化工艺制作成上连接层，再用物理干法刻蚀法刻蚀去除多余 的上连接层材料；
[0055] S3、在所述上连接层的上表面溅射Au或Cu金属薄膜形成上电极膜层，所述Au或 Cu金属薄膜厚度为800?1300nm，优选为lOOOnm，并将所述上电极膜层通过光刻图形化工 艺制作成上电极，再用物理干法刻蚀法刻蚀去除多余的上电极材料；
[0056] S4、用磁控溅射或者电子束蒸发的方法，在所述柔性基板的下表面形成下连接膜 层，所述下连接膜层由Cr或Ti金属薄膜组成，所述Cr或Ti金属薄膜厚度为400?500nm, 优选为500nm，然后将所述下连接膜层通过光刻图形化工艺制作成下连接层，再用物理干法 刻蚀法刻蚀去除多余的下连接层材料；
[0057] S5、在所述下连接层的下表面溅射Au或Cu金属薄膜制备下电极膜层，所述Au或 Cu金属薄膜厚度为1500?2000nm，优选为2000nm，并将所述下电极膜层通过光刻图形化工 艺制作成下电极，再用物理干法刻蚀法刻蚀去除多余的下电极材料。
[0058] 将所述上、下电极的引脚部分由对上、下电极分别进行金线绑定形成，将所述引脚 部分与外围电路进行连接，并封装在电路板上。
[0059] 实施例四：
[0060] 请参考图2和图3,图2为本发明柔性电容式加速度传感器的剖面示意图，如图2 所示，柔性基板1，所述柔性基板1为PET ;上电极3,所述上电极3为钼（Pt)或银（Ag)金 属薄膜，设于所述柔性基板1的上表面；下电极5,所述下电极5为Pt或Ag金属薄膜，设于 所述柔性基板1的下表面；连接层，所述连接层为Cu或钨（W)金属薄膜，其包括上连接层2 和下连接层4,所述上连接层2设于所述柔性基板1和上电极3之间并连接所述柔性基板1 和上电极3,所述下连接层4设于所述柔性基板1和下电极5之间并连接所述柔性基板1和 下电极5。
[0061] 其中，图3为本发明的柔性电容式加速度传感器的俯视图，如图3所示，所述上电 极3设置有引脚部分6,所述下电极5也相应设置有引脚部分（此部分图中未示出，但与上 电极引脚部分6相对应），所述引脚部分与外围电路进行连接，用于信号引出。
[0062] 当有外界的加速度力施加于本发明实施例的柔性电容式加速度传感器时，柔性基 板1会接收到该加速度力，使得柔性基板1发生形变，从而上电极3和下电极5的相对位置 发生变化，进而引起电容器件的面积发生变化，使得极板式电容内的电容值随之改变，通过 上、下电极的引脚部分与外电路连接，利用电子元件将接收到的电容值变化量进行信号处 理，以得到待测加速度力的大小。
[0063] 相应地，本发明实施例还提供了一种制造所述柔性电容式加速度传感器的方法， 包括以下步骤：
[0064] S1、对PET柔性基板进行清洗和干燥，一般用异丙醇、丙酮和乙醇超声清洗，用去 离子水反复冲洗，最后用氮气吹干或者烘干；
[0065] S2、在所述PET柔性基板的上表面用磁控溅射或者电子束蒸发的方法形成Cu或W 金属薄膜上连接膜层，所述Cu或W金属薄膜厚度为50?200nm，优选为150nm，然后将所述 上连接膜层通过光刻图形化工艺制作成上连接层，再用化学溶液刻蚀法刻蚀去除多余的上 连接层材料；
[0066] S3、在所述上连接层的上表面溅射Pt或Ag金属薄膜形成上电极膜层，所述Pt或 Ag金属薄膜厚度为100?800nm，优选为400nm，并将所述上电极膜层通过光刻图形化工艺 制作成上电极，再用化学溶液刻蚀法刻蚀去除多余的上电极材料；
[0067] S4、用磁控溅射或者电子束蒸发的方法，在所述柔性基板的下表面形成下连接膜 层，所述下连接膜层由Cu或W金属薄膜组成，所述Cu或W金属薄膜厚度为50?200nm,优 选为150nm，然后将所述下连接膜层通过光刻图形化工艺制作成下连接层，再用化学溶液刻 蚀法刻蚀去除多余的下连接层材料；
[0068] S5、在所述下连接层的下表面溅射Pt或Ag金属薄膜制备下电极膜层，所述Pt或 Ag金属薄膜厚度为100?800nm，优选为400nm，并将所述下电极膜层通过光刻图形化工艺 制作成下电极，再用化学溶液刻蚀法刻蚀去除多余的下电极材料。
[0069] 将所述上、下电极的引脚部分由对上、下电极分别进行金线绑定形成，将所述引脚 部分与外围电路进行连接，并封装在电路板上。
[0070] 实施例五：
[0071] 请参考图2和图3,图2为本发明柔性电容式加速度传感器的剖面示意图，如图2 所示，柔性基板1，所述柔性基板1为PI ;上电极3,所述上电极3为Pt或Ag金属薄膜，设 于所述柔性基板1的上表面；下电极5,所述下电极5为Pt或Ag金属薄膜，设于所述柔性 基板1的下表面；连接层，所述连接层为Cu或者W金属薄膜，其包括上连接层2和下连接层 4,所述上连接层2设于所述柔性基板1和上电极3之间并连接所述柔性基板1和上电极3， 所述下连接层4设于所述柔性基板1和下电极5之间并连接所述柔性基板1和下电极5。
[0072] 其中，图3为本发明的柔性电容式加速度传感器的俯视图，如图3所示，所述上电 极3设置有引脚部分6,所述下电极5也相应设置有引脚部分（此部分图中未示出，但与上 电极引脚部分6相对应），所述引脚部分与外围电路进行连接，用于信号引出。
[0073] 当有外界的加速度力施加于本发明实施例的柔性电容式加速度传感器时，柔性基 板1会接收到该加速度力，使得柔性基板1发生形变，从而上电极3和下电极5的相对位置 发生变化，进而引起电容器件的面积发生变化，使得极板式电容内的电容值随之改变，通过 上、下电极的引脚部分与外电路连接，利用电子元件将接收到的电容值变化量进行信号处 理，以得到待测加速度力的大小。
[0074] 相应地，本发明实施例还提供了一种制造所述柔性电容式加速度传感器的方法， 包括以下步骤：
[0075] S1、对PI柔性基板进行清洗和干燥，一般用异丙醇、丙酮和乙醇超声清洗，用去离 子水反复冲洗，最后用氮气吹干或者烘干；
[0076] S2、在所述PI柔性基板的上表面用磁控溅射或者电子束蒸发的方法形成Cu或W 金属薄膜上连接膜层，所述Cu或W金属薄膜厚度为300?500nm，优选为400nm，然后将所 述上连接膜层通过光刻图形化工艺制作成上连接层，再用化学溶液刻蚀法刻蚀去除多余的 上连接层材料；
[0077] S3、在所述上连接层的上表面溅射Pt或Ag金属薄膜形成上电极膜层，所述Pt或 Ag金属薄膜厚度为1000?2000nm，优选为1500nm，并将所述上电极膜层通过光刻图形化工 艺制作成上电极，再用化学溶液刻蚀法刻蚀去除多余的上电极材料；
[0078] S4、用磁控溅射或者电子束蒸发的方法，在所述柔性基板的下表面形成下连接膜 层，所述下连接膜层由Cu或W金属薄膜组成，所述Cu或W金属薄膜厚度为300?500nm,优 选为400nm，然后将所述下连接膜层通过光刻图形化工艺制作成下连接层，再用化学溶液刻 蚀法刻蚀去除多余的下连接层材料；
[0079] S5、在所述下连接层的下表面溅射Pt或Ag金属薄膜制备下电极膜层，所述Pt或 Ag金属薄膜厚度为1000?2000nm，优选为1500nm，并将所述下电极膜层通过光刻图形化工 艺制作成下电极，再用化学溶液刻蚀法刻蚀去除多余的下电极材料。
[0080] 将所述上、下电极的引脚部分由对上、下电极分别进行金线绑定形成，将所述引脚 部分与外围电路进行连接，并封装在电路板上。
[0081] 实施例六：
[0082] 请参考图2和图3,图2为本发明柔性电容式加速度传感器的剖面示意图，如图 2所示，柔性基板1，所述柔性基板1为PI ;上电极3,所述上电极3为Pt或Au金属薄膜， 设于所述柔性基板1的上表面；下电极5,所述下电极5为Pt或Au金属薄膜，设于所述柔 性基板1的下表面；连接层，所述连接层为PDMS或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA, polymethyl methacrylate)有机物薄膜，其包括上连接层2和下连接层4,所述上连接层2设于所述柔 性基板1和上电极3之间并连接所述柔性基板1和上电极3,所述下连接层4设于所述柔性 基板1和下电极5之间并连接所述柔性基板1和下电极5。
[0083] 其中，图3为本发明的柔性电容式加速度传感器的俯视图，图3为本发明的柔性电 容式加速度传感器的俯视图，如图3所示，所述上电极3设置有引脚部分6,所述下电极5也 相应设置有引脚部分（此部分图中未示出，但与上电极引脚部分6相对应），所述引脚部分 与外围电路进行连接，用于信号引出。
[0084] 当有外界的加速度力施加于本发明实施例的柔性电容式加速度传感器时，柔性基 板1会接收到该加速度力，使得柔性基板1发生形变，从而上电极3和下电极5的相对位置 发生变化，进而引起电容器件的面积发生变化，使得极板式电容内的电容值随之改变，通过 上、下电极的引脚部分与外电路连接，利用电子元件将接收到的电容值变化量进行信号处 理，以得到待测加速度力的大小。
[0085] 相应地，本发明实施例还提供了一种制造所述柔性电容式加速度传感器的方法， 包括以下步骤：
[0086] S1、对PI柔性基板进行清洗和干燥，一般用异丙醇、丙酮和乙醇超声清洗，用去离 子水反复冲洗，最后用氮气吹干或者烘干；
[0087] S2、在所述PI柔性基板的上表面高速旋涂PDMS或PMMA有机物薄膜形成上电极膜 层，以保持所述PI柔性基板表面所旋涂的有机物的均匀性，所述PDMS或PMMA有机物薄膜 厚度为100?200nm，优选为100nm，然后将所述上连接膜层通过光刻图形化工艺制作成上 连接层，再用物理干法刻蚀法刻蚀去除多余的上连接层材料；
[0088] S3、在所述上连接层的上表面溅射Pt或Au金属薄膜形成上电极膜层，所述Pt或 Au金属薄膜厚度为200?600nm，优选为300nm，并将所述上电极膜层通过光刻图形化工艺 制作成上电极，再用物理干法刻蚀法刻蚀去除多余的上电极材料；
[0089] S4、用旋涂法在所述柔性基板的下表面高速旋涂PDMS或PMMA有机物薄膜形成上 电极膜层，以保持所述PI柔性基板表面所旋涂的有机物的均匀性，所述PDMS或PMMA有机 物薄膜厚度为100?200nm，优选为100nm，然后将所述下连接膜层通过光刻图形化工艺制 作成下连接层，再用物理干法刻蚀法刻蚀去除多余的下连接层材料；
[0090] S5、在所述下连接层的下表面溅射Pt或Au金属薄膜制备下电极膜层，所述Pt或 Au金属薄膜厚度为200?600nm，优选为300nm，并将所述下电极膜层通过光刻图形化工艺 制作成下电极，再用物理干法刻蚀法刻蚀去除多余的下电极材料。
[0091] 将所述上、下电极的引脚部分由对上、下电极分别进行金线绑定形成，将所述引脚 部分与外围电路进行连接，并封装在电路板上。
[0092] 实施例七：
[0093] 请参考图2和图3,图2为本发明柔性电容式加速度传感器的剖面示意图，如图2 所示，柔性基板1，所述柔性基板1为PDMS ;上电极3,所述上电极3为Pt或Au金属薄膜， 设于所述柔性基板1的上表面；下电极5,所述下电极5为Pt或Au金属薄膜，设于所述柔 性基板1的下表面；连接层，所述连接层为PDMS或PMMA有机物薄膜，其包括上连接层2和 下连接层4,所述上连接层2设于所述柔性基板1和上电极3之间并连接所述柔性基板1和 上电极3,所述下连接层4设于所述柔性基板1和下电极5之间并连接所述柔性基板1和下 电极5。
[0094] 其中，图3为本发明的柔性电容式加速度传感器的俯视图，如图3所示，所述上电 极3设置有引脚部分6,所述下电极5也相应设置有引脚部分（此部分图中未示出，但与上 电极引脚部分6相对应），所述引脚部分与外围电路进行连接，用于信号引出。
[0095] 当有外界的加速度力施加于本发明实施例的柔性电容式加速度传感器时，柔性基 板1会接收到该加速度力，使得柔性基板1发生形变，从而上电极3和下电极5的相对位置 发生变化，进而引起电容器件的面积发生变化，使得极板式电容内的电容值随之改变，通过 上、下电极的引脚部分与外电路连接，利用电子元件将接收到的电容值变化量进行信号处 理，以得到待测加速度力的大小。
[0096] 相应地，本发明实施例还提供了一种制造所述柔性电容式加速度传感器的方法， 包括以下步骤：
[0097] S1、对PDMS柔性基板进行清洗和干燥，一般用异丙醇、丙酮和乙醇超声清洗，用去 离子水反复冲洗，最后用氮气吹干或者烘干；
[0098] S2、在所述PDMS柔性基板的上表面高速旋涂PDMS或PMMA有机物薄膜形成上电极 膜层，以保持所述PDMS柔性基板表面所旋涂的有机物的均匀性，所述PDMS或PMMA有机物 薄膜厚度为250?350nm，优选为300nm，然后将所述上连接膜层通过光刻图形化工艺制作 成上连接层，再用物理干法刻蚀法刻蚀去除多余的上连接层材料；
[0099] S3、在所述上连接层的上表面溅射Pt或Au金属薄膜形成上电极膜层，所述Pt或 Au金属薄膜厚度为900?1400nm，优选为1200nm，并将所述上电极膜层通过光刻图形化工 艺制作成上电极，再用物理干法刻蚀法刻蚀去除多余的上电极材料；
[0100] S4、用旋涂法在所述柔性基板的下表面高速旋涂PDMS或PMMA有机物薄膜形成上 电极膜层，以保持所述PDMS柔性基板表面所旋涂的有机物的均匀性，所述PDMS或PMMA有 机物薄膜厚度为250?350nm，优选为300nm，然后将所述下连接膜层通过光刻图形化工艺 制作成下连接层，再用物理干法刻蚀法刻蚀去除多余的下连接层材料；
[0101] S5、在所述下连接层的下表面溅射Pt或Au金属薄膜制备下电极膜层，所述Pt或 Au金属薄膜厚度为900?1400nm，优选为1200nm，并将所述下电极膜层通过光刻图形化工 艺制作成下电极，再用物理干法刻蚀法刻蚀去除多余的下电极材料。
[0102] 将所述上、下电极的引脚部分由对上、下电极分别进行金线绑定形成，将所述引脚 部分与外围电路进行连接，并封装在电路板上。
[0103] 实施例八：
[0104] 请参考图2和图3,图2为本发明柔性电容式加速度传感器的剖面示意图，如图2 所示，柔性基板1，所述柔性基板1为PET ;上电极3,所述上电极3为Pt或Au金属薄膜，设 于所述柔性基板1的上表面；下电极5,所述下电极5为Pt或Au金属薄膜，设于所述柔性 基板1的下表面；连接层，所述连接层为TOMS或PMMA有机物薄膜，其包括上连接层2和下 连接层4,所述上连接层2设于所述柔性基板1和上电极3之间并连接所述柔性基板1和上 电极3,所述下连接层4设于所述柔性基板1和下电极5之间并连接所述柔性基板1和下电 极5。
[0105] 其中，图3为本发明的柔性电容式加速度传感器的俯视图，如图3所示，所述上电 极3设置有引脚部分6,所述下电极5也相应设置有引脚部分（此部分图中未示出，但与上 电极引脚部分6相对应），所述引脚部分与外围电路进行连接，用于信号引出。
[0106] 当有外界的加速度力施加于本发明实施例的柔性电容式加速度传感器时，柔性基 板1会接收到该加速度力，使得柔性基板1发生形变，从而上电极3和下电极5的相对位置 发生变化，进而引起电容器件的面积发生变化，使得极板式电容内的电容值随之改变，通过 上、下电极的引脚部分与外电路连接，利用电子元件将接收到的电容值变化量进行信号处 理，以得到待测加速度力的大小。
[0107] 相应地，本发明实施例还提供了一种制造所述柔性电容式加速度传感器的方法， 包括以下步骤：
[0108] S1、对PET柔性基板进行清洗和干燥，一般用异丙醇、丙酮和乙醇超声清洗，用去 离子水反复冲洗，最后用氮气吹干或者烘干；
[0109] S2、在所述PET柔性基板的上表面高速旋涂PDMS或PMMA有机物薄膜形成上电极 膜层，以保持所述PET柔性基板表面所旋涂的有机物的均匀性，所述PDMS或PMMA有机物薄 膜厚度为350?500nm，优选为500nm，然后将所述上连接膜层通过光刻图形化工艺制作成 上连接层，再用物理干法刻蚀法刻蚀去除多余的上连接层材料；
[0110] S3、在所述上连接层的上表面溅射Pt或Au金属薄膜形成上电极膜层，所述Pt或 Au金属薄膜厚度为1600?2000nm，优选为2000nm，并将所述上电极膜层通过光刻图形化工 艺制作成上电极，再用物理干法刻蚀法刻蚀去除多余的上电极材料；
[0111] S4、用旋涂法在所述柔性基板的下表面高速旋涂PDMS或PMMA有机物薄膜形成上 电极膜层，以保持所述PET柔性基板表面所旋涂的有机物的均匀性，所述PDMS或PMMA有机 物薄膜厚度为350?500nm，优选为500nm，然后将所述下连接膜层通过光刻图形化工艺制 作成下连接层，再用物理干法刻蚀法刻蚀去除多余的下连接层材料；
[0112] S5、在所述下连接层的下表面溅射Pt或Au金属薄膜制备下电极膜层，所述Pt或 Au金属薄膜厚度为1600?2000nm，优选为2000nm，并将所述下电极膜层通过光刻图形化工 艺制作成下电极，再用物理干法刻蚀法刻蚀去除多余的下电极材料。
[0113] 将所述上、下电极的引脚部分由对上、下电极分别进行金线绑定形成，将所述引脚 部分与外围电路进行连接，并封装在电路板上。
[0114] 以上实施例中的柔性电容式加速度传感器是将MEMS器件直接制作在柔性基板 上，工艺和结构简单，成本较低，所制得的加速度传感器可以应用在任意类型、形状及尺寸 的物体表面上，另外本发明的连接层选用与柔性基板粘结性性能优的材料，使得电极与柔 性基板较好地粘结，解决了目前很多器件失效都是和基板直接结合力比较差的技术问题。
[0115] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为 本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种柔性电容式加速度传感器，其特征在于，包括： 柔性基板（1); 上电极（3)，设于所述柔性基板（1)的上表面； 下电极（5)，设于所述柔性基板（1)的下表面； 连接层，其包括上连接层（2)和下连接层（4)，所述上连接层（2)设于所述柔性基板 (1)和上电极⑶之间并连接所述柔性基板⑴和上电极（3)，所述下连接层⑷设于所述 柔性基板（1)和下电极（5)之间并连接所述柔性基板（1)和下电极（5)。
2. 如权利要求1所述的柔性电容式加速度传感器，其特征在于，所述上电极（3)和下电 极（5)均设置有引脚部分，所述引脚部分用于与外围电路连接。
3. 如权利要求2所述的柔性电容式加速度传感器，其特征在于，所述连接层由有机物 薄膜或金属薄膜制成。
4. 如权利要求3所述的柔性电容式加速度传感器，其特征在于，所述连接层由与柔性 基板（1)粘结性能优的材料制成。
5. 如权利要求4所述的柔性电容式加速度传感器，其特征在于，所述上连接层⑵和下 连接层（4)的厚度均为50-500nm。
6. 如权利要求1-5任意一项所述的柔性电容式加速度传感器，其特征在于，所述上电 极（3)和下电极（5)均由厚度为100-2000nm的金属薄膜组成。
7. -种制造上述柔性电容式加速度传感器方法，其特征在于，包括以下步骤： 51、 对柔性基板进行清洗和干燥； 52、 在所述柔性基板的上表面形成上连接膜层，并将所述上连接膜层制作成上连接 层； 53、 在所述上连接层的上表面形成上电极膜层，并将所述上电极膜层制作成上电极； 54、 在所述柔性基板的下表面形成下连接膜层，并将所述下连接膜层制作成下连接 层； 55、 在所述下连接层的下表面制备下电极膜层，并将所述下电极膜层制作成下电极。
8. 如权利要求7所述的制造柔性电容式加速度传感器的方法，其特征在于，所述上、下 电极的引脚部分由对上、下电极分别进行金线绑定形成，将所述引脚部分与外围电路进行 连接，并封装在电路板上。
9. 如权利要求8所述的制造柔性电容式加速度传感器的方法，其特征在于，所述步骤 S2和S4中，分别在柔性基板的上表面和下表面采用物理沉积或旋涂的方式形成金属薄膜 或有机物薄膜，以形成所述上连接膜层和下连接膜层。
10. 如权利要求9所述的制造柔性电容式加速度传感器的方法，其特征在于，所述上、 下电极和连接层是由上、下电极膜层和连接膜层通过MEMS图形化工艺制备所得的。
【文档编号】B81B3/00GK104142409SQ201410345761
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】刘瑞, 张珽, 谷文, 沈方平, 丁海燕, 祁明锋 申请人:苏州能斯达电子科技有限公司