导电薄膜及薄膜电阻应变式压力传感器的制作方法

本发明涉及压感技术领域，特别涉及一种导电薄膜及薄膜电阻应变式压力传感器。

背景技术：

压力传感器(pressuretransducer)是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。随着现代科技的飞速发展，对于压力传感器的性能指标、极端工作环境不断提出新的需求，这就导致薄膜电阻应变式压力传感器应运而生。

薄膜电阻应变式压力传感器一般包括衬底及附着于衬底表面，并由导电金属薄膜蚀刻而成的应变电阻。目前，形成上述应变电阻的导电金属薄膜一般包括基材，以及形成于基材两侧的金属层。而且，应用时需要对金属层进行蚀刻，以形成应变电阻。

然而，金属层在高温高湿的环境下容易被腐蚀，而蚀刻得到的应变电阻的金属线路宽度较窄，一般为微米级。因此，应变电阻的金属线路容易因腐蚀作用而断裂，从而导致应变电阻丧失功能，可靠性较差。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有薄膜电阻应变式压力传感器可靠性较差的问题，提供一种可提升可靠性的导电薄膜及薄膜电阻应变式压力传感器。

一种导电薄膜，包括：

基材，包括相对设置的第一表面及第二表面；

两个硬涂层，分别附着于所述第一表面及第二表面；及

两个金属层，分别附着于所述两个硬涂层背向所述基材的表面；

其中，所述两个硬涂层中均包含由离子捕捉剂形成的多个颗粒。

由离子捕捉剂形成的多个颗粒可以吸附游离的阴离子和阳离子。因此，通过添加颗粒，能有效地减少硬涂层及金属层中游离的离子数量。进一步的，金属层发生腐蚀的化学原理即发生了氧化还原反应，而通过减少游离的离子的含量，能有效地抑制氧化还原反应的发生。因此，可有效地防止金属层在高温高湿的环境中被腐蚀，从而使得上述导电薄膜的可靠性得到有效地提升。

在其中一个实施例中，所述多个颗粒在所述硬涂层的表面形成多个突出部及平坦部，所述金属层表面与所述突出部对应的位置形成有凸起。

一方面，突出部的存在可增加硬涂层与金属层之间的接触面积，从而可增加金属层的附着力。并且，接触面积增加后可提升颗粒对游离离子的抑制作用，故金属层的耐蚀性进一步提升。

另一方面，在利用卷对卷工艺(rolltorollprocess)来制造长条的导电薄膜时，由于金属层的表面形成多个凸起。因此，在卷曲导电性薄膜时，多个凸起可使相邻两个金属层之间形成点接触，从而防止其相互粘连、压接。

在其中一个实施例中，所述颗粒在所述硬涂层中重量占比为0.01％至5％之间。

若颗粒的重量占比过低，则颗粒对游离离子的抑制作用有限，无法显著的提升金属层的耐蚀性。而若颗粒的重量占比大于5％时，则会导致硬涂层表面出现小孔或大量的气体释放，影响导电薄膜的品质。

在其中一个实施例中，所述颗粒的粒径范围为0.1微米与2微米之间。

具体的，在颗粒的重量占比一定时，颗粒的粒径越小则相对表面积越大，故对游离离子的抑制作用更好。但是，制备粒径低于微米的颗粒成本更高。因此，为了兼顾成本及更好的可靠性，故颗粒的粒径设置为0.1微米至2微米之间。

在其中一个实施例中，所述硬涂层的厚度范围为0.5微米至2微米之间。

若硬涂层厚度小于0.5微米，则无法与基材的表面形成有效地附着，且无法对基材起到保护作用。而若硬涂层的厚度高于2微米，则会导致硬涂层中的内应力过大，进而容易致使导电薄膜在冲切过程中发生龟裂。而且，硬涂层的厚度过大还会导致导电薄膜的厚度过大，不符合电子产品轻薄化的需求。

在其中一个实施例中，所述金属层为铜镍合金薄膜。

铜镍合金为纯铜中添加金属镍而得到的合金材料。其中，铜镍合金强度、耐蚀性、硬度较高，故有利于防止金属层损坏，提升导电薄膜的可靠性。而且，铜镍合金能降低电阻率温度系数，故金属层的电阻值随温度的变化不明显。也就是说，由上述导电薄膜蚀刻得到的应变电阻的电阻率随温度的变化较小。因此，可有效地降低薄膜电阻应变式压力传感器感测压力时温度变化所造成的干扰。

在其中一个实施例中，所述金属层中铜元素的重量占比为50％至95％之间。

具体的，当铜元素的重量比过低时，金属层的导电性会变差，而当铜元素的重量比过高时，则无法体现出合金材料耐蚀性、硬度高的特性。而铜元素的重量占比为50％至95％之间时，金属层可较好的兼顾导电性及耐蚀性、高硬度的优势。

在其中一个实施例中，所述金属层的厚度为50纳米至300纳米。

具体的，金属层的厚度决定了蚀刻得到的应变电阻的金属线路的厚度，而应变电阻的电阻值随压力变化的灵敏度还与金属线路的厚度有关。若金属线路的厚度过大，则会导致应变电阻对压力的感测比较迟钝。同时，若金属层的厚度过小，则在蚀刻成金属线路后容易断裂，从而导致应变电阻失效。而将金属层的厚度设置为50纳米至300纳米时，则可兼顾薄膜电阻应变式压力传感器的可靠性及灵敏度。

一种薄膜电阻应变式压力传感器，包括：

衬底；及

附着于所述衬底表面的应变电阻，所述应变电阻由上述优选实施例中任一项所述的导电薄膜蚀刻形成；

其中，所述金属层被蚀刻成预设形状的金属线路。

在其中一个实施例中，所述金属线路的宽度小于或等于50微米。

具体的，应变电阻的电阻值随压力变化的灵敏度则与金属线路的宽度有关。宽度越大，则灵敏度越低。若金属线路的宽度超过50微米，则会导致应变电阻对压力的感测比较迟钝。因此，将金属线路的宽度设置为50微米以下有利于提升薄膜电阻应变式压力传感器压力识别的灵敏度及精度。

上述薄膜电阻应变式压力传感器，由离子捕捉剂形成的多个颗粒可以吸附游离的阴离子和阳离子。因此，通过添加颗粒，能有效地减少硬涂层及金属层中游离的离子数量。进一步的，金属层发生腐蚀的化学原理即发生了氧化还原反应，而通过减少游离的离子的含量，能有效地抑制氧化还原反应的发生。因此，可有效地防止金属线路在高温高湿的环境中被腐蚀，从而使得上述薄膜电阻应变式压力传感器的可靠性得到有效地提升。

附图说明

图1为本发明较佳实施例中薄膜电阻应变式压力传感器的结构示意图；

图2为本发明较佳实施例中导电薄膜的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供了一种薄膜电阻应变式压力传感器及导电薄膜。

请参阅图1及图2，本发明较佳实施例中的薄膜电阻应变式压力传感器10包括应变电阻11及衬底12。其中，应变电阻11附着于衬底12的表面。而且，应变电阻11由导电薄膜100蚀刻形成。

具体的，衬底12可以为表面有绝缘层的金属或石英、云母等无机材料。压力作用于应变电阻11时，应变电阻11的电阻值变化，从而引起电信号的变化。对电信号进行分析，便可得到压力值。

请再次参阅图2，本发明较佳实施例中的导电薄膜100包括基材110、硬涂层120及金属层130。

基材110包括相对设置的第一表面(图2所示上表面)及第二表面(图2所示下表面)。基材110主要起承载硬涂层120及金属层130的作用。基材110可以由非晶性聚合物薄膜形成，也可由结晶性聚合物薄膜形成。具体的，基材110可以为聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚碳酸酯(pc)、聚环烯烃(cop)薄膜等。

硬涂层120为两个，且两个硬涂层120分别附着于第一表面及第二表面。而且，金属层130为两个，且两个金属层130分别附着于两个硬涂层120背向基材110的表面。由于基材110与金属层130的材质差异，故两者之间的粘接性较差。而通过设置硬涂层120，一方面可起到过渡作用以增强金属层130的附着力；另一方面可对基材110的表面形成保护。

硬涂层120包含粘结剂树脂。该粘结剂树脂包含例如基于紫外线、电子射线的固化性树脂组合物。固化性树脂组合物优选包含丙烯酸缩水甘油酯系聚合物与丙烯酸进行加成反应而得到的聚合物。或者，固化性树脂组合物优选包含多官能丙烯酸酯聚合物(季戊四醇、二季戊四醇等)。固化性树脂组合物还包含聚合引发剂。其中，硬涂层120的厚度一般为0到5微米之间，

具体在本实施例中，硬涂层120的厚度为0.5微米至2微米。

若硬涂层120厚度小于0.5微米，则无法与基材110的表面形成有效地附着，且无法对基材110起到保护作用。而若硬涂层120的厚度高于2微米，则会导致硬涂层120中的内应力过大，进而容易致使导电薄膜100在冲切过程中发生龟裂。而且，硬涂层120的厚度过大还会导致导电薄膜100的厚度过大，不符合电子产品轻薄化的需求。

金属层130用于导电。在薄膜电阻应变式压力传感器10中，金属层130被蚀刻成预设形状的金属线路(图未示)。金属线路构成应变电阻11的导电部分，为应变电阻11实现功能的核心部件。

在本实施例中，金属线路的宽度小于或等于50微米。

具体的，应变电阻11的电阻值随压力变化的灵敏度则与金属线路的宽度有关。宽度越大，则灵敏度越低。若金属线路的宽度超过50微米，则会导致应变电阻11对压力的感测比较迟钝。因此，将金属线路的宽度设置为50微米以下有利于提升薄膜电阻应变式压力传感器10压力识别的灵敏度及精度。

此外，金属层120一般由铜合金形成，具有良好的导电性。具体在本实施例中，金属层120为铜镍合金薄膜。

铜镍合金为纯铜中添加金属镍而得到的合金材料。其中，铜镍合金强度、耐蚀性、硬度较高，故有利于防止金属层120损坏，提升导电薄膜100的可靠性。而且，铜镍合金能降低电阻率温度系数，故金属层130的电阻值随温度的变化不明显。也就是说，应变电阻11的电阻率随温度的变化较小。因此，可有效地降低薄膜电阻应变式压力传感器10感测压力时温度变化所造成的干扰。

在铜镍合金或其他类型的铜合金形成的金属层130中，铜元素的重量占比一般为5％至95％之间。进一步的，在本实施例中，金属层130中铜元素的重量占比为50％至95％之间。

具体的，当铜元素的重量比过低时，金属层130的导电性会变差，而当铜元素的重量比过高时，则无法体现出合金材料耐蚀性、硬度高的特性。而铜元素的重量占比为50％至95％之间时，金属层130可较好的兼顾导电性及耐蚀性、高硬度的优势。

在本实施例中，金属层130的厚度为50纳米至300纳米。

具体的，金属层130的厚度决定了应变电阻11的金属线路的厚度，而应变电阻11的电阻值随压力变化的灵敏度还与金属线路的厚度有关。若金属线路的厚度过大，则会导致应变电阻11对压力的感测比较迟钝。同时，若金属层130的厚度过小，则在蚀刻成金属线路后容易断裂，从而导致应变电阻11失效。而将金属层130的厚度设置为50纳米至300纳米时，则可兼顾薄膜电阻应变式压力传感器10的可靠性及灵敏度。

此外，导电薄膜100还包括由离子捕捉剂形成的颗粒140。两个硬涂层120中均包含有多个颗粒140。其中，离子捕捉剂可以为单一物质，如东亚合成公司的还可以为普通的金属离子捕捉剂及阴离子捕捉剂的混合物。

离子捕捉剂的作用是捕捉离子，从而抑制游离离子的数量。因此，添加颗粒140后，能有效地减少硬涂层120及金属层130中游离的离子数量。进一步的，金属层140发生腐蚀的化学原理即发生了氧化还原反应，而通过减少游离的离子的含量，能有效地抑制氧化还原反应的发生。因此，可有效地防止金属层被腐蚀。即使在高温高湿的环境中，金属层140的耐蚀性也有效地提升，故上述导电薄膜100的可靠性得到改善。

在本实施例中，多个颗粒140在硬涂层120的表面形成多个突出部(图未标)及平坦部(图未标)，金属层130表面与突出部对应的位置形成有凸起150。

具体的，平坦部为硬涂层120未设置有颗粒140的区域，而颗粒140在硬涂层120中所在的区域则可形成突出部。由于金属层130层叠设置于硬涂层120的表面，故两者的表面形状相同。因此，在金属层130与突出部对应的区域会形成多个凸起150。

一方面，突出部的存在可增加硬涂层120与金属层130之间的接触面积，从而可增加金属层130的附着力。并且，接触面积增加后可提升颗粒140对游离离子的抑制作用，故金属层130的耐蚀性进一步提升。

另一方面，在利用卷对卷工艺(rolltorollprocess)来制造长条的导电薄膜100时，由于金属层130的表面形成多个凸起150。因此，在卷曲导电性薄膜100时，多个凸起150可使相邻两个金属层130之间形成点接触，从而防止其相互粘连、压接。

在本实施例中，颗粒140在硬涂层120中重量占比为0.01％至5％之间。

若颗粒140的重量占比过低，则颗粒140对游离离子的抑制作用有限，无法显著的提升金属层130的耐蚀性。而若颗粒140的重量占比大于5％时，则会导致硬涂层120表面出现小孔或大量的气体释放，影响导电薄膜100的品质。

此外，当由离子捕捉剂形成的颗粒140受制于添加量而数量不足时，此时会影响导电薄膜100的抗粘连功能，因此硬涂层120中还可以进一步包括抗粘连颗粒(图未示)，该抗粘连颗粒在硬涂层120表面形成突起，并进一步在对应的金属层130上形成突起，使得在卷曲导电性薄膜100时，突起可使相邻两个金属层130之间形成点接触，从而防止其相互粘连、压接。

在本实施例中，颗粒140的粒径范围为0.1微米至2微米之间。

具体的，在颗粒140的重量占比一定时，颗粒140的粒径越小则相对表面积越大，故对游离离子的抑制作用更好。但是，制备粒径低于0.1微米的颗粒140成本更高。

因此，为了兼顾成本及更好的可靠性，故颗粒140的粒径设置为0.1微米至2微米之间。进一步的，颗粒140的粒径范围优选为0.1um～0.5um。

上述薄膜电阻应变式压力传感器10及导电薄膜100，由离子捕捉剂形成的多个颗粒140可以吸附游离的阴离子和阳离子。因此，通过添加颗粒140，能有效地减少硬涂层120及金属层130中游离的离子数量。进一步的，金属层130发生腐蚀的化学原理即发生了氧化还原反应，而通过减少游离的离子的含量，能有效地抑制氧化还原反应的发生。因此，可有效地防止金属层130及由金属层130形成的金属线路在高温高湿的环境中被腐蚀，从而使得薄膜电阻应变式压力传感器10及导电薄膜100的可靠性得到有效地提升。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。