一种柔性电容式压力触觉传感器的制作方法

1.本实用新型涉及机器人皮肤、生理信息监测、智能穿戴等技术领域，具体涉及一种柔性电容式压力触觉传感器。


背景技术：

2.近年来，随着柔性电子学的发展，轻、薄、柔的便携式、可折叠、可穿戴的柔弹性器件备受国内外研究者们的关注，逐渐成为当前重要的前沿研究领域。新型柔性传感器的出现给患者带来了福音，传感器可任意移动、弯曲、压缩而保持良好的传感性能，可以编织或组装在衣物，辅助设备或者日用品上，这样健康信息就可以不间断、随时随地地获取。传感器甚至可以设计成像电子纹身一样粘附在皮肤上，或者直接印刷在人体皮肤上使其可以长时间进行健康检测。
3.当前由于柔性空腔结构的易变形特性能够提高压力传感器的灵敏度，所有柔性空腔结构的压力触觉传感器占有相当大的市场。现有的柔性空腔结构的压力触觉传感器制造中，它的上下电极层采用fpcb(柔性线路板)技术工艺，fpcb工艺的金属层比较厚而且硬度大，会导致如下问题：
4.1、传感器压力灵敏度低；
5.2、金属电极层同介电层因热应力差别过大，容易造成电极层同介电层严重分离和电极层金属龟裂；
6.3、造成整个产品的柔性不足，在产品安装时同安装对象的贴合度不够，进一步影响监测准确度和穿戴时的舒适度。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种柔性电容式压力触觉传感器，它采用厚膜工艺制作的柔性空腔结构，解决了现有柔性空腔结构压力触觉传感器制造中存在的fpcb工艺工艺的金属层厚和硬度大的问题，它具有较高的灵敏度高、贴合度和穿戴舒适度。
8.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案是：它包含柔性传感元件阵列结构，柔性传感元件阵列结构的数量为单个或若干个，所述的单个柔性传感元件阵列结构它包含触点1、上层电级层2、上电极3、介质层4、下层电极层5、下电极6和中间隔离层7，所述的上层电级层2设置在触点1的下方，所述的上电极3设置在上层电级层2的底部内侧壁上，上电极3的数量为至少一个或若干个，多个上电极3之间采用串联或并联的方式连接，且引出线分别连接于上电极连接头3
‑
1上，所述的介质层4设置在上层电级层2 的下方，所述的下层电极层5设置在介质层4的下方，所述的下电极6设置下层电极层5的顶部内侧壁上，下电极6的数量为至少一个或若干个，多个下电极6之间采用串联或并联的方式连接，且引出线分别连接于下电极连接头6
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1上，所述的触点1、上电极3、介质层4和下层电极层5的中心线重合，所述的隔离层7环形设置在介质层4周围，隔离层7的顶面与上层电级层2 的底边连
接，隔离层7的底面与下层电极层5的顶面连接；
9.所述的上层电级层2和上电极3构成上电极层，所述的下层电极层5和下电极6构成下电极层，上电极层与下电极层之间夹有介质层4，上电极层、下电极层与介质层4构成单个柔性传感元件阵列结构。
10.进一步的，所述的上层电级层2、下层电极层5和中间隔离层7的中心点重合。
11.进一步的，所述的介质层4直接与上电极3和下电极6之间设有间隙。
12.本实用新型的工作原理：
13.本实用新型通过在上层电级层2的顶面上设置触点1，在上层电级层2的底面内侧壁面上通过厚膜工艺烧结上电极3，其中上电极3的数量为一个或多个，各上电极3采用串联或并联的方式连接，且引出线连接于共同的上电极连接头3
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1上，在上层电级层2的下方连接介质层4，介质层4的下方连接下层电极层5，在下层电极层5的顶面内侧壁上通过厚膜工艺烧结下电极6，同理下电极6的的数量为一个或多个，各下电极6采用串联或并联的方式连接，且引出线连接于共同的下电极连接头6
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1上，同时在上电极3和下电极6之间的介质层4内存有大量的空气间隙，进而使得上电极3、下电极6与介质层 4组成电容结构，同时可利用多个该电容结构中的上电极连接头3
‑
1和下电极连接头6
‑
1，通过将多个上电极连接头3
‑
1进行串联或并联组合和将多个下电极连接头6
‑
1进行串联或并联组合，可形成不同容量和尺寸的电容器。
14.最后通过厚膜工艺通过隔离层7将包裹于介质层4的外围，并将上层电级层2和下层电极层5分隔，其上层电级层2、上电极3、介质层4、下层电极层5和下电极6都采用柔性材料。
15.本实用新型使用时，通过在触点1施加拉力或压力，触点1收到的拉力或压力进而通过上层电级层2传递至介质层4，从而使得介质层4发生形变，进而使得介质层4内的空气间隙变化使介电层4的相对介电常数变化，使得上电极34、下电极6与介质层4组成电容的电容值发生变化，通过测量其电容值，进而得到压力值。
16.采用上述技术方案后，本实用新型有益效果为：
17.1、本实用新型解决了现有柔性空腔结构压力触觉传感器制造中存在的 fpcb工艺工艺的金属层比较厚和硬度比较大的问题，本实用新型具有较高的灵敏度高；
18.2、本实用新型采用厚膜工艺制作的柔性空腔结构，使电极在介质层中具有很好的粘合性，避免了在空腔形变过程中，造成的电极层同介电层分离和电极层金属龟裂的问题；
19.3、本实用新型整体具有较高的柔性，在产品安装时同安装对象贴合度高，提高了监测的的准确度和穿戴时的舒适度。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本实用新型结构示意图。
22.图2是图1中a
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a处的方向示意图。
23.图3是图2中b
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b处的方向示意图。
24.图4是本实施例的应用示意图。
25.图5是本实施例中上电极3于上层电级层2中的布置图。
26.图6是本实施例中下电极6于上层电级层2中的布置图。
27.图7为本实施例中单个柔性传感元件阵列的结构示意图。
28.附图标记说明：触点1、上层电级层2、上电极3、上电极连接头3
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1、介质层4、下层电极层5、下电极6、下电极连接头6
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1、中间隔离层7。
具体实施方式
29.参看图1
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图7所示，本具体实施方式采用的技术方案是：它包含柔性传感元件阵列结构，柔性传感元件阵列结构的数量为单个，所述的单个柔性传感元件阵列结构它包含触点1、上层电级层2、上电极3、介质层4、下层电极层5、下电极6和中间隔离层7，所述的上层电级层2设置在触点1的下方，所述的上电极3设置在上层电级层2的底部内侧壁上，上电极3的数量为五个，多个上电极3之间采用并联的方式连接，且引出线连接于共同的上电极连接头3
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1上，参见附图5，所述的介质层4设置在上层电级层2的下方，所述的下层电极层5设置在介质层4的下方，所述的下电极6设置下层电极层5 的顶部内侧壁上，下电极6的数量为五个，多个下电极6之间采用并联的方式连接，且引出线连接于共同的下电极连接头6
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1上，参见附图6，所述的触点1、上电极3、介质层4和下层电极层5的中心线重合，所述的隔离层7环形设置在介质层4周围，隔离层7的顶面与上层电级层2的底边连接，隔离层7的底面与下层电极层5的顶面连接，其中上层电级层2和下层电极层5 的厚度为0.05mm，介质层4的厚度为0.2mm，上电极3和下电极6为金属银材料；
30.所述的上层电级层2和上电极3构成上电极层，所述的下层电极层5和下电极6构成下电极层，上电极层与下电极层之间夹有介质层4，上电极层、下电极层与介质层4构成单个柔性传感元件阵列结构，参见附图7。
31.所述的上层电级层2、下层电极层5和中间隔离层7的中心点重合。
32.所述的介质层4直接与上电极3和下电极6之间设有间隙。
33.本实施例通过在上层电级层2的顶面上设置触点1，在上层电级层2的底面内侧壁面上通过厚膜工艺烧结上电极3，其中上电极3的数量为五个，各上电极3采用并联的方式连接，且引出线连接于共同的上电极连接头3
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1上，在上层电级层2的下方连接介质层4，介质层4的下方连接下层电极层5，在下层电极层5的顶面内侧壁上通过厚膜工艺烧结下电极6，同理下电极6的的数量为五个，各下电极6采用并联的方式连接，且引出线连接于共同的下电极连接头6
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1上，同时在上电极3和下电极6之间的介质层4内存有大量的空气间隙，进而使得上电极3、下电极6与介质层4组成电容结构，同时可利用多个该电容结构中的上电极连接头3
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1和下电极连接头6
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1，通过将2个上电极连接头3
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1进行串联组合和将2个下电极连接头6
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1进行串联组合，可形成不同容量和尺寸的电容器。
34.最后通过厚膜工艺通过隔离层7将包裹于介质层4的外围，并将上层电级层2和下层电极层5分隔，其上层电级层2、上电极3、介质层4、下层电极层5和下电极6都采用柔性材料。
35.使用时，通过在触点1施加拉力或压力，触点1收到的拉力或压力进而通过上层电
级层2传递至介质层4，从而使得介质层4发生形变，进而使得介质层4内的空气间隙变化使介电层4的相对介电常数变化，使得上电极34、下电极6与介质层4组成电容的电容值发生变化，通过测量其电容值，进而得到压力值。
36.以上所述，仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。