拉伸感压电路板、拉伸感压电路板的制作方法及柔性感压元件与流程

本发明涉及压力传感器技术领域，尤其涉及一种拉伸感压电路板、拉伸感压电路板的制作方法及一种柔性感压元件。

背景技术：

目前主流压感器由金属、金属合金及半导体为主。由于金属、金属合金及半导体材料本身弹性模量的限制，金属式或半导体式电阻应变传感器存在以下缺点：柔性差、力学量变化幅度较小、且灵敏度差、结构复杂，制造成本高。

技术实现要素：

有鉴于此，有必要提供一种能够解决上述技术问题的拉伸感压电路板及拉伸感压电路板的制作方法及一种柔性感压元件。

一种拉伸感压电路板，其包括：柔性绝缘基底，形成在所述柔性绝缘基底其中一个表面的第一导电线层、敏感层及第一覆盖层，所述第一导电线层包括间隔设置的金属电极及电性连接所述金属电极的导电线，所述敏感层包括导电颗粒，所述敏感层包覆所述金属电极，所述第一覆盖层包覆所述敏感层及覆盖所述导电线，所述柔性绝缘基底的主要原料成分是弹性树脂且弹性树脂的拉伸率在5％～50％。

更近一步地，所述柔性绝缘基底的材质为聚二甲基硅氧烷或者热塑性聚氨酯，所述导电线为弯曲形状。

更近一步地，所述拉伸感压电路板还包括位于所述柔性绝缘基底另外一个表面的第二导电线路层、贯穿所述柔性绝缘基底的导电孔及第二覆盖层，所述第二导电线路层与所述第一导电线路层通过所述导电孔相电性导通，所述第二覆盖层覆盖所述第二导电线路层。

更近一步地，所述敏感层的主要原料成分是弹性树脂及掺杂在所述弹性树脂中的所述导电颗粒；所述导电颗粒为导电油墨、石墨、纯银导电粉体、纯镍导电粉体、镍包石墨导电粉体、银包铝导电粉体、银包铜导电粉体、银包镍导电粉体、银包玻璃导电粉体中的一种或任意两种以上的混合物。

更近一步地，所述敏感层由所述树脂、活性剂、防焦剂、促进剂、交联剂掺杂所述导电颗粒形成；其中，所述树脂包括100份的三元乙丙橡胶、5～20份的乙叉降冰片烯、5～20份的双环戊二烯；所述活性剂的重量份为1～4份；所述防焦剂的重量份为0.1～1份；所述交联剂的重量份为0.5～3份；所述促进剂的重量份为5～20份；所述导电颗粒的重量份为150～300份。

一种拉伸感压电路板的制作方法，其包括如下步骤：

形成软性电路基板，所述软性电路基板包括柔性绝缘基底及形成在所述柔性绝缘基底其中一个表面的第一导电线路层，所述柔性绝缘基底的主要原料成分是弹性树脂且弹性树脂的拉伸率在5％～50％；所述第一导电线路层包括多个间隔设置的金属电极及电性连接多个所述金属电极的导电线；

在所述柔性绝缘基底的表面、且每个所述电极的周围侧形成敏感层，所述敏感层包括导电颗粒，所述敏感层包覆所述金属电极；

在所述柔性绝缘基底的表面及所述敏感层周围侧形成第一覆盖层，所述第一覆盖层包覆所述敏感层及覆盖所述导电线，以得到所述拉伸感压电路板。

更近一步地，所述第一导电线路层与第二导电线路层可以通过在所述柔性绝缘基底的表面沉积导电金属层的方式形成或者通过蚀刻的方式形成。

更近一步地，所述柔性绝缘基底的材质为聚二甲基硅氧烷或者热塑性聚氨酯；所述导电线为弯曲形状。

更近一步地，所述软性电路基板为双面软性电路基板，所述软性电路基板还包括位于所述柔性绝缘基底另外一个表面的第二导电线路层及贯穿所述柔性绝缘基底的导电孔，所述第二导电线路层与所述第一导电线路层通过所述导电孔相电性导通。

更近一步地，所述敏感层的主要原料成分是弹性树脂及掺杂在所述弹性树脂中的所述导电颗粒；所述导电颗粒的材料为石墨、纯银导电粉体、纯镍导电粉体、镍包石墨导电粉体、银包铝导电粉体、银包铜导电粉体、银包镍导电粉体、银包玻璃导电粉体中的一种或任意两种以上的混合物。

更近一步地，所述敏感层由所述弹性树脂、活性剂、防焦剂、促进剂、交联剂掺杂所述导电颗粒形成；其中，所述树脂包括100份的三元乙丙橡胶、5～20份的乙叉降冰片烯、5～20份的双环戊二烯；所述活性剂的重量份为1～4份；所述防焦剂的重量份为0.1～1份；所述交联剂的重量份为0.5～3份；所述促进剂的重量份为5～20份；所述导电颗粒的重量份为150～300份。

一种柔性感压元件，其包括：柔性绝缘基底，形成在所述柔性绝缘基底表面的相间隔设置的两个敏感部，所述敏感部相间隔的区域定义为感压区，每个所述敏感部包括设置在所述柔性绝缘基底表面的金属电极、包覆金属电极的敏感层及包覆敏感层的第一覆盖层，所述敏感层包括导电颗粒，两个敏感部的所述金属电极之间通过导电线相电性连接，所述柔性绝缘基底的主要原料成分是弹性树脂且弹性树脂的拉伸率在5％～50％。

更近一步地，所述柔性绝缘基底的材质为聚二甲基硅氧烷或者热塑性聚氨酯；所述敏感层的主要原料成分是弹性树脂及掺杂在所述弹性树脂中的所述导电颗粒。

与现有技术相比，本发明提供的拉伸感压电路板的制作方法制作形成的拉伸感压电路板，将所述拉伸感压电路板的其中一个表面作为感压面在两个所述金属电极之间的间隔施加压力或者固定所述拉伸感压电路板的一端拉伸感压电路板的另外一端时，相当于所述柔性绝缘基底被拉伸，从而敏感层也跟着拉伸而发生拉伸形变，敏感层受到拉伸后，敏感层包覆的导电颗粒间的间距会相应地变大，也即导电颗粒之间的排布变得稀薄，从而导电颗粒的导电能力就会变弱，意味着导电颗粒及金属电极构成的敏感部的电阻值对应增大。如此，测量敏感部阻值的变化就可以得出外界施加的压力的大小。压力撤销，所述敏感层会回复原状，所以，本发明提供的感压电路板制作形成的压力传感器结构简单、灵敏度高。

附图说明

图1是本发明提供的柔性绝缘基底的剖视图。

图2是在图1的基础上形成图案化的光阻层的剖面图。

图3是在柔性绝缘基底及图案化的光阻层的表面形成生长层的剖面图。

图4是在生长层的表面形成导电金属层以得到第一导电线路层的剖面图。

图5是第一导电线路层的俯视图。

图6是移除图案化的光阻层的剖面图。

图7是在第一导电线路层包括的金属电极的表面形成敏感层的剖面图。

图8是在敏感层及第一导电线路层包括的导电线路表面形成第一覆盖层以得到所述拉伸感压电路板的剖面图。

图9是第三实施例提供的拉伸感压电路板的剖面图。

图10是第四实施例提供的拉伸感压电路板的剖面图。

图11是第五实施例提供的拉伸感压电路板的剖面图。

图12是第五实施例提供的拉伸感压电路板的俯视图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面结合将结合附图及实施例，对本发明提供的及其制作方法作进一步的详细说明。

第一实施例

第一步s1，请参阅图1～6，形成软性电路基板10。所述软性电路基板10包括柔性绝缘基底110及形成在所述柔性绝缘基底110其中一个表面的第一导电线路层140。请参阅图5及图6，所述第一导电线路层140包括间隔设置的金属电极141及形成在所述金属电极141之间的导电线路142。

在本实施方式中，所述导电线142为弯曲形状，譬如可以是弯曲的s形状，是为了避免最后形成的拉伸感压电路板100在受到拉伸或者是外界压力时线路断裂的情况发生。

所述第一导电线路层140可以通过蚀刻形成(减成法)或者通过沉积的方式形成。沉积形成的第一导电线路层140能满足导电线路精度的需求。在本实施方式中，以沉积的方式来具体说明形成所述软性电路基板10的方法，具体包括如下步骤：

s11：如图1所示，提供一柔性绝缘基底110。

所述柔性绝缘基底110的主要原料成分是弹性树脂且弹性树脂的拉伸率在5％～50％。在本实施方式中，所述柔性绝缘基底110的材质可以为聚二甲基硅氧烷pdms或者热塑性聚氨酯(thermoplasticpolyurethane)等。弹性树脂的拉伸率在5％～50％的情况下，可以满足最后形成的拉伸感压电路板100的弯曲拉伸要求。

s12：如图2所示，在所述柔性绝缘基底110的至少一表面形成图案化的光阻层120。

本实施例中，仅在柔性绝缘基底110的一个表面111形成图案化的光阻层120。所述图案化的光阻层120的形成方法包括：首先，在所述柔性绝缘基底110的一个表面形成光阻层，然后，对该光阻层进行曝光、显影，从而得到所需图案化的光阻层120。当然，若需要制作双面电路板，可以在柔性绝缘基底110的两个相对的表面上分别形成光阻层，经曝光、显影在绝缘基底110的两个相对的表面形成图案化的光阻层120。

所述光阻层可以为干膜光阻，采用压合的方式结合在柔性绝缘基底110的表面。所述光阻层也可以为液态光阻经固化后形成的薄膜，所述液态光阻可以采用涂布或印刷的方式形成在柔性绝缘基底110的表面。所述涂布方式包括喷涂、旋转涂布等。所述光阻层的材料通常为有机树脂，例如本实施例中，利用压合方式将干膜状的亚克力(acrylic)树脂压合在柔性绝缘基底110的一个表面。

s13：如图3及图4所示，在所述柔性绝缘基底110的表面沉积导电金属形成第一导电线路层140。请一并参阅图6，在本实施方式中，形成的所述第一导电线路层140包括间隔设置的两个金属电极141及电性连接两个所述金属电极141的导电线142。两个金属电极间的距离为8mm-70mm。所述导电线142为弯曲的s形状且导电线142的两端分别连接在所述金属电极的长边方向或者是非相对的侧面，如此，在对所述拉伸感压电路板100施压压力或者弯曲所述拉伸感压电路板100时导电线142不容易被折断或者与金属电极141相脱落。

在本实施方式中，为了使得第一导电线路层140能够较好的附着于绝缘基底110未被图案化的光阻层120所覆盖的表面，即，第一部分表面111，最好预先在第一部分表面111形成生长层131，如图3所示。所述生长层131的材料采用可以与导电金属层132能够较好结合的材料，例如可以为铜、镍、银或钯等，其可以通过沉积法形成在第一部分表面111。所述沉积法为化学气相沉积法或物理气相沉积法。其中，物理气相沉积法包括热蒸镀法及溅镀法。本实施例中，生长层131为采用热蒸镀法沉积的镍金属层。

然后，利用沉积法于生长层131的表面沉积导电金属层132，所述导电金属层132与所述生长层131共同形成所述第一导电线路层140。所述沉积法同样可以为化学气相沉积法或物理气相沉积法。其中，物理气相沉积法包括热蒸镀法及溅镀法。所述导电金属层132的材料可以为铜、银、铝、上述各种金属的合金或其他合适的金属或合金。本实施例中，导电金属层132为采用热蒸镀法沉积的铜层。

由于在热蒸镀过程中，所述具有图案化的光阻层120的绝缘基底110整体放置在蒸镀室中进行，因此，除未被图案化的光阻层120所覆盖的第一部分表面111沉积有生长层131之外，所述图案化的光阻层120的表面也会不可避免的沉积有生长层131。同理，在沉积第一导电线路层140过程中，所述第一导电线路层140也会不可避免的沉积在形成在光阻层120表面的生长层131的表面。

当然，可以理解，在其它实施方式中，可以利用沉积法在绝缘基底110未被图案化的光阻层120所覆盖的表面直接沉积导电金属形成第一导电线路层140。

s14：如图6所示，去除图案化的光阻层120，从而得到制作的电路板100。

选用适当的剥离液，将结合有图案化的光阻层120以及第一导电线路层140的绝缘基底110设置在所述剥离液中，并辅以搅拌或震荡，以加速图案化的光阻层120溶解。待图案化的光阻层120完全溶解后，将结合有第一导电线路层140的绝缘基底110设置在清洗剂中清洗，并经晾干或烘干后，使得得到形成在绝缘基底110表面的导电线路。所述剥离液为可以使图案化的光阻层120溶解的有机溶剂或碱液。本实施例中，剥离液为naoh溶液。

在上述图案化的光阻层120溶解过程中，所述形成在光阻层120表面的生长层131以及第一导电线路层140也会随之脱落于剥离液中。因此，在最终的电路板100结构中，形成在光阻层120表面的生长层131以及第一导电线路层140不会影响最终的导电线路结构。

第二步s2，请参阅图7，在所述柔性绝缘基底110表面形成包覆金属电极141的敏感层150。

所述敏感层150由弹性树脂、活性剂、防焦剂、促进剂、交联剂、炭黑及环烷油掺杂导电颗粒形成。所述敏感层150的上述配比，目的是为了在所述拉伸感压电路板在发生形变时，所述导电颗粒152之间的间隙会随之发生变化以改变所述导电颗粒的电阻。

所述树脂包括100份的三元乙丙橡胶(epdm)、5～20份的乙叉降冰片烯(enb)、及5～20份的双环戊二烯(dcdp)。三元乙丙橡胶为树脂的主体成分；乙叉降冰片烯具有相对较快的硫化速度，可以更好的与三元乙丙橡胶共硫化；双环戊二烯具有防焦特性、且使制成的导电弹性体具低永久形变的特性。

所述活性剂为氧化锌且其重量份为1～4份。氧化锌作为橡胶硫化的活性剂，能够充分提高复合促进剂的活性，进而加速硫化反应进行并缩短硫化时间，且能使硫化更充分，同时提高三元乙丙橡胶的热稳定性。

所述防焦剂为硬脂酸且其重量份为0.1～1份。硬脂酸作为防焦剂，防止上述原料在混合时发生焦化。

促进剂为橡胶领域常用促进剂，如：促进剂cbs、促进剂dm、促进剂tmtd或者促进剂mbt。在本实施方式中，所述促进剂为促进剂m(2一巯基苯并噻唑，简称mbt)，促进剂的重量份为5～20份。

所述交联剂为硫磺且其重量份为0.5～3份，所述交联剂用于提高交联密度。

所述环烷油是一种操作油，环烷油的重量份为20～100份。环烷油作为导电弹性体的填充改进剂，可以提高三元乙丙橡胶的自粘性。

炭黑(haf)的重量份为0～100份。炭黑作填充补强剂，可在较大范围内调整导电弹性体的硬度、强度。

所述导电颗粒的重量份为150～300份。所述导电颗粒为石墨、纯银导电粉体、纯镍导电粉体、镍包石墨导电粉体、银包铝导电粉体、银包铜导电粉体、银包镍导电粉体、银包玻璃导电粉体中的一种或任意两种以上的混合物。

在本实施方式中，所述敏感层150是通过印刷形成。所述敏感层150的厚度介于15～100微米，宽度最少为45微米。且每个敏感层150的左侧表面与包覆的金属电极141的左侧表面的距离等于每个敏感层150的右侧表面与金属电极141的右侧表面的距离。

第四步，在所述敏感层30的周围侧压合形成一层覆盖层160。所述覆盖层160还覆盖柔性绝缘基底110表面、敏感层150之间的所述导电线142，如此，便形成了所述拉伸感压电路板100。

第二实施例

请在参阅图8的同时及一并参阅图6，为第一实施例的拉伸感压电路板制作方法制作形成的一种拉伸感压电路板100。

所述拉伸感压电路板100包括柔性绝缘基底110，形成在所述柔性绝缘基底110其中一个表面的第一导电线路层140、敏感层150及第一覆盖层160。所述柔性绝缘基底110的主要原料成分是弹性树脂且弹性树脂的拉伸率在5％～50％。在本实施方式中，所述柔性绝缘基底110的材质可以为聚二甲基硅氧烷pdms或者热塑性聚氨酯(thermoplasticpolyurethane)等。

所述第一导电线路层140包括多个间隔设置的金属电极141及电性连接多个所述金属电极141的导电线142。所述导电线142为弯曲的s形状。

所述敏感层150包覆每个所述金属电极141。所述敏感层150由树脂、活性剂、防焦剂、促进剂、交联剂、炭黑及环烷油掺杂导电颗粒形成。

所述树脂包括100份的三元乙丙橡胶(epdm)、5～20份的乙叉降冰片烯(enb)、及5～20份的双环戊二烯(dcdp)。三元乙丙橡胶为树脂的主体成分；乙叉降冰片烯具有相对较快的硫化速度，可以更好的与三元乙丙橡胶共硫化；双环戊二烯具有防焦特性、且使制成的敏感层具低永久形变的特性。所述树脂按以上重量份配比，可以实现敏感层150在受到外力时产生高弹性形变的需求，在压力撤销时，能迅速回弹。

所述活性剂为氧化锌。所述氧化锌的重量份为1～4份。氧化锌作为橡胶硫化的活性剂，能够充分提高复合促进剂的活性，进而加速硫化反应进行并缩短硫化时间，且能使硫化更充分，同时提高三元乙丙橡胶的热稳定性。在其它实施方式中，所述活性剂还可以为氧化镁或者氧化锌及氧化镁的混合物。

所述防焦剂为硬脂酸，所述硬脂酸的重量份为0.1～1份。硬脂酸作为防焦剂，防止上述原料在混合时发生焦化。

所述促进剂为橡胶领域常用促进剂，如：促进剂cbs、促进剂dm、促进剂tmtd或者促进剂mbt。在本实施方式中，所述促进剂为促进剂m(2一巯基苯并噻唑，简称mbt)，且所述促进剂的重量份为5～20份。

所述交联剂为硫磺且其重量份为0.5～3份，所述交联剂用于提高交联密度。

所述环烷油是一种操作油，环烷油的重量份为20～100份。环烷油作为敏感层150的填充改进剂，可以提高三元乙丙橡胶的自粘性。

炭黑(haf)的重量份为0～100份。炭黑作填充补强剂，可在较大范围内调整敏感层的硬度、强度。

掺杂的所述导电颗粒152的重量份为150～300份。所述导电颗粒152为石墨、纯银导电粉体、纯镍导电粉体、镍包石墨导电粉体、银包铝导电粉体、银包铜导电粉体、银包镍导电粉体、银包玻璃导电粉体中的一种或任意两种以上的混合物。

上述组分中，按照上述重量份的原料在室温下混合就可以得到所述敏感层150，得到的所述敏感层150的室温粘度介于10pa·s～35pa·s。

所述第一覆盖层160包覆所述敏感层150及覆盖所述柔性绝缘基底110表面的所述导电线142。

所述拉伸感压电路板100的工作原理是：所述拉伸感压电路板100的相背两个表面均可以作为施压面，两个所述金属电极141之间的间隔区域定义为感压区103。所述拉伸感压电路板100的金属电极141外侧区域为固定处101。固定处101指的是拉伸感压电路板100与电子产品固定的位置。

将所述拉伸感压电路板100的其中一个表面作为感压面在两个所述金属电极141之间的间隔施加压力或者固定所述拉伸感压电路板100的一端拉伸感压电路板100的另外一端时，相当于所述柔性绝缘基底110被拉伸，从而敏感层150也跟着拉伸而发生拉伸形变，敏感层150受到拉伸后，敏感层150包覆的导电颗粒152的间距会相应地变大，也即导电颗粒152之间的排布变得稀薄，从而导电颗粒152的导电能力就会变弱，意味着所述导电颗粒152及所述金属电极151共同构成的敏感部105的电阻值对应增大。如此，测量敏感部105阻值的变化就可以得出外界施加的压力的大小。且敏感部105之间通过导电线142串行连接，所以，可以通过测量多个敏感部105的阻值之和去计算外界的压力值以提高测量的精度及灵敏度。

第三实施例

图9为本发明第三实施例提供的一种拉伸感压电路板200。第三实施例提供的拉伸感压电路板200与第二实施例提供的拉伸感压电路板100的结构基本相同，其不同之处在于：所述第一导电线路层140a包括多个金属电极1410，多个所述金属电极1410以两列多行排列，两列电极的间距也是优选地介于8mm-70mm。每一行包括的两个金属电极1410形成电极对145，每个电极对145之间是通过一个导电线1420连接，且最后在每个导电线1420的任意位置拉出导线使多个电极对145都串联在一起，以通过多个金属电极对145的电阻值的变化去测量压力，以提高压力测量的灵敏度。

第四实施例

请参阅图10，图为本发明第四实施例提供的一种拉伸感压电路板300。第四实施例提供的拉伸感压电路板300与第二实施例提供的拉伸感压电路板100的结构基本相同，其不同之处在于：所述拉伸感压电路板300还包括形成在所述柔性绝缘基底110另外一个表面的第二导电线路层170、贯穿所述柔性绝缘基底110的导电孔172及形成在所述第二导电线路层170表面的第二覆盖层180。所述第二导电线路层170与所述第一导电线路层140通过所述导电孔172相电性导通。在本实施方式中，所述第一导电线路层140及第二导电线路层170可以通过蚀刻形成。

第五实施例

请参阅图11及图12，为本发明第五实施例提供的一种柔性感压元件400，其包括：柔性绝缘基底110，形成在所述柔性绝缘基底110表面的相间隔设置的两个敏感部105，所述敏感部之间的区域定义为感压区103，每个所述敏感部105包括设置在所述柔性绝缘基底110表面的金属电极141、包覆所述金属电极141的敏感层150及包覆敏感层150的第一覆盖层160，两个敏感部105的所述金属电极141之间通过导电线142相电性连接，所述敏感层150的主要原料成分是弹性树脂及掺杂在所述弹性树脂中的导电颗粒。

两个所述敏感部105之间的间距也是优选地介于8mm-70mm。

所述柔性绝缘基底110由于外力被拉伸或者弯曲时，由于敏感部105是由弹性树脂形成的敏感层150掺杂导电颗粒152形成，从而敏感层150也跟着拉伸而发生拉伸形变，敏感层150受到拉伸后，敏感层150包覆的导电颗粒152间的间距会相应地变大，也即导电颗粒152之间的排布变得稀薄，从而导电颗粒152的导电能力就会变弱，从而敏感部105的电阻值对应增大，如此，便可以根据电阻值的变化测量压力。

也即，综上分析所述，所述拉伸感压电路板100、200、300或者柔性感压元件400在收到外界压力时阻值会增大，所述拉伸感压电路板100、200、300或者柔性感压元件400可以用作穿戴式显示装置的压力传感器或者机器人上，结构简单、灵敏度高。

可以理解的是，以上实施例仅用来说明本发明，并非用作对本发明的限定。对于本领域的普通技术人员来说，根据本发明的技术构思做出的其它各种相应的改变与变形，都落在本发明权利要求的保护范围之内。