專利名稱：基于柔性基板的自封裝無源無線壓力傳感器的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力傳感器的制備方法，具體來說，涉及一種基于柔性基板的自封裝無源無線壓力傳感器的制備方法。
背景技術(shù)：
壓力傳感器廣泛應(yīng)用于多種場合，在有些特殊應(yīng)用場合，比如:人體內(nèi)部、食品包裝等密封環(huán)境，需要壓力傳感器具備無線遙測(cè)能力。目前無線遙測(cè)壓力傳感器包括兩大類:有源遙測(cè)和無源遙測(cè)。有源遙測(cè)是指傳感系統(tǒng)中帶有電源，這種遙測(cè)方式可以雙向長距離傳輸傳感器信號(hào)，但是其系統(tǒng)復(fù)雜、尺寸大，而且電池需要更換。無源遙測(cè)是指傳感系統(tǒng)中沒有電源，利用電感耦合或射頻(RF)反射調(diào)制實(shí)現(xiàn)信號(hào)的獲取，這種遙測(cè)方式信號(hào)傳輸距離短，但是體積小、不需要更換電池，理論上可以無限期工作。其中，LC無源無線壓力傳感器是無源遙測(cè)中的最主要的一類。LC無源無線壓力傳感器通常是由一個(gè)壓力敏感電容和一個(gè)電感線圈構(gòu)成的LC諧振回路，電感線圈即作為LC回路中的電感元件，同時(shí)也承擔(dān)著壓力信號(hào)的無線輸出功能。當(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí)，電容隨著改變，進(jìn)而影響LC回路的諧振頻率，并通過電感耦合的方式把信號(hào)傳遞出去。目前，LC無源無線壓力傳感器通常是由微電子機(jī)械加工(文中簡稱:MEMS)壓敏電容和電感構(gòu)成。該電感可以是和電容傳感器集成在一起的片上電感，但是這種電感一般很難獲得較高的品質(zhì)因數(shù)Q，從而限制了器件的整體特性；另外也可以采用外部繞制的金屬絲電感線圈，但是這將使得器件的尺寸增加，而且難以批量加工。另外目前常用多晶硅作為變形極板，力學(xué)性能不如柔性基板，且柔性基板的厚度可以靈活改變。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種基于柔性基板的自封裝無源無線壓力傳感器的制備方法，該制備方法可以實(shí)現(xiàn)基板的自對(duì)準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)傳感器自封裝，可批量化、大規(guī)模生產(chǎn)電容式壓力傳感器，工藝簡單，且一致性、可靠性高。技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種基于柔性基板的自封裝無源無線壓力傳感器的制備方法，該制備方法包括以下步
驟:
步驟10)制備上柔性基板:選取一塊柔性基板，然后在該柔性基板的下表面電鍍一層上金屬層，并采用刻蝕工藝，在上金屬層上光刻形成電容上極板、帶有內(nèi)連接線和外連接線的平面電感線圈，以及第一上金屬柱、第二上金屬柱、第三上金屬柱和第四上金屬柱，平面電感線圈的內(nèi)連接線與電容上極板連接，第一上金屬柱、第二上金屬柱、第三上金屬柱和第四上金屬柱位于該柔性基板的四角下方，從而制得上柔性基板；
步驟20)制備中柔性基板:選取第二塊柔性基板，然后在該柔性基板上鉆孔，形成空腔和電氣通孔，并使電氣通孔的頂端與平面電感線圈的外連接線末端位于相同位置，接著在該柔性基板上四角鉆孔，形成第一中對(duì)準(zhǔn)通孔、第二中對(duì)準(zhǔn)通孔、第三中對(duì)準(zhǔn)通孔和第四中對(duì)準(zhǔn)通孔，從而制得中柔性基板；
步驟30)制備下柔性基板:選取第三塊柔性基板，然后采用電鍍工藝，在該柔性基板的上表面電鍍一層下金屬層，隨后采用刻蝕工藝，在下金屬層上光刻電容下極板、下連接線、第一下金屬柱、第二下金屬柱、第三下金屬柱和第四下金屬柱，并使下連接線末端和電氣通孔底端位于相同位置，第一下金屬柱、第二下金屬柱、第三下金屬柱和第四下金屬柱位于該柔性基板的四角上方，從而制得下柔性基板；
步驟40)制成連接線:用導(dǎo)電膠涂覆電氣通孔，形成連接線；
步驟50)制成壓力傳感器:將步驟10)制得的上柔性基板、步驟20)制得的中柔性基板和步驟30)制得的下柔性基板按照從上向下的順序排布，并使得上柔性基板的第一上金屬柱、中柔性基板的第一中對(duì)準(zhǔn)通孔和下柔性基板的第一下金屬柱對(duì)準(zhǔn)，上柔性基板的第二上金屬柱、中柔性基板的第二中對(duì)準(zhǔn)通孔和下柔性基板的第二下金屬柱對(duì)準(zhǔn)，上柔性基板的第三上金屬柱、中柔性基板的第三中對(duì)準(zhǔn)通孔和下柔性基板的第三下金屬柱對(duì)準(zhǔn)，上柔性基板的第四上金屬柱、中柔性基板的第四中對(duì)準(zhǔn)通孔和下柔性基板的第四下金屬柱對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)，使中柔性基板的空腔位于上柔性基板的電容上極板和下柔性基板的電容下極板之間，且上柔性基板的電容上極板和下柔性基板的電容下極板相對(duì)，然后采用層壓工藝，對(duì)上柔性基板、中柔性基板和下柔性基板層壓，使得上柔性基板、中柔性基板和下柔性基板固定連接，連接線連接下連接線和外連接線，形成振蕩回路，制成無源無線壓力傳感器。有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
(I)可以實(shí)現(xiàn)自對(duì)準(zhǔn)。本發(fā)明的制備方法，采用電鍍?cè)谏先嵝曰迳系牡谝簧辖饘僦⒌诙辖饘僦?、第三上金屬柱和第四上金屬柱，電鍍?cè)谙氯嵝曰迳系牡谝幌陆饘僦?、第二下金屬柱、第三下金屬柱和第四下金屬柱，以及設(shè)置在中柔性基板上的第一中對(duì)準(zhǔn)通孔、第二中對(duì)準(zhǔn)通孔、第三中對(duì)準(zhǔn)通孔和第四中對(duì)準(zhǔn)通孔作為對(duì)準(zhǔn)裝置，實(shí)現(xiàn)自對(duì)準(zhǔn)，不需要另外增加對(duì)準(zhǔn)裝置，工藝簡單，易實(shí)現(xiàn)。(2)可以實(shí)現(xiàn)自封裝。本發(fā)明中的上柔性基板和下柔性基板既作為金屬層的載體實(shí)現(xiàn)無源無線傳感器的電容極板以及電感，同時(shí)又作為封裝外殼，不需要另外增加封裝工藝，降低了成本。(3)可以批量化、大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明采用柔性基板作為無源無線傳感器的上下電容基板，制成電容式壓力傳感器。通過對(duì)基板上電鍍金屬，并且刻蝕形成電感，構(gòu)成無源無線壓力傳感器。該壓力傳感器不需要復(fù)雜的MEMS工藝，通過層壓形成空腔，工藝簡單，可以實(shí)現(xiàn)批量化大規(guī)模生產(chǎn)。(4)性能好。本發(fā)明的制備方法制備的傳感器，電容的上下極板采用柔性基板，其力學(xué)特性和長期穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于通常所用的多晶硅材料。(5)—致性、可靠性高。本發(fā)明制作只需要將上柔性基板、中柔性基板、和下柔性基板三層基板對(duì)準(zhǔn)，一致性高。


圖1是本發(fā)明步驟10)制成器件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明步驟20)制成器件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明步驟30)制成器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明步驟40)制成器件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明步驟50)制成器件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明制成的壓力傳感器的部件爆炸圖。圖7為本發(fā)明制成的壓力傳感器的縱向剖視圖。圖中有:上柔性基板1、上金屬層2、中柔性基板3、下金屬層4、下柔性基板5、電氣通孔6、電容上極板7、電容下極板8、平面電感線圈9、空腔10、內(nèi)連接線11、外連接線12、下連接線13、第一上金屬柱141、第二上金屬柱142、第三上金屬柱143、第四上金屬柱144、第一下金屬柱151、第二下金屬柱152、第三下金屬柱153、第四下金屬柱154、第一中對(duì)準(zhǔn)通孔161、第二中對(duì)準(zhǔn)通孔162、第三中對(duì)準(zhǔn)通孔163、第四中對(duì)準(zhǔn)通孔164、連接線17。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。本發(fā)明的基于柔性基板的自封裝無源無線壓力傳感器的制備方法，包括以下步驟:
步驟10)制備上柔性基板1:如圖1所示，選取一塊柔性基板，然后在該柔性基板的下表面電鍍一層上金屬層2，并采用刻蝕工藝，在上金屬層2上光刻形成電容上極板7、帶有內(nèi)連接線11和外連接線12的平面電感線圈9，以及第一上金屬柱141、第二上金屬柱142、第三上金屬柱143和第四上金屬柱144。平面電感線圈9的內(nèi)連接線11與電容上極板7連接。第一上金屬柱141、第二上金屬柱142、第三上金屬柱143和第四上金屬柱144位于該柔性基板的四角下方，從而制得上柔性基板2 ;
步驟20)制備中柔性基板3:如圖2所示，選取第二塊柔性基板，然后在該柔性基板上鉆孔，形成空腔10和電氣通孔6，并使電氣通孔6的頂端與平面電感線圈9的外連接線12末端位于相同位置。接著在該柔性基板上四角鉆孔，形成第一中對(duì)準(zhǔn)通孔161、第二中對(duì)準(zhǔn)通孔162、第三中對(duì)準(zhǔn)通孔163和第四中對(duì)準(zhǔn)通孔164，從而制得中柔性基板3?？涨?0位于中柔性基板3的中部為佳。空腔10位于中柔性基板3中部，可以減小傳感器的體積。綜合考慮平面電感的電感量以及品質(zhì)因數(shù)Q值，平面電感一般采取中空結(jié)構(gòu)。這樣把平面電容置于該區(qū)域，就不會(huì)增加器件的整體尺寸。步驟30制備下柔性基板5:如圖3所示，選取第三塊柔性基板，然后采用電鍍工藝，在該柔性基板的上表面電鍍一層下金屬層4，隨后采用刻蝕工藝，在下金屬層4上光刻電容下極板8、下連接線13、第一下金屬柱151、第二下金屬柱152、第三下金屬柱153和第四下金屬柱154，并使下連接線13末端和電氣通孔6底端位于相同位置，第一下金屬柱151、第二下金屬柱152、第三下金屬柱153和第四下金屬柱154位于該柔性基板的四角上方，從而制得下柔性基板5。步驟40)制成連接線17:如圖4所示，用導(dǎo)電膠涂覆中柔性基板3上的電氣通孔6，形成連接線17。步驟50)制成壓力傳感器:如圖5所示，將步驟10)制得的上柔性基板1、步驟20)制得的中柔性基板3和步驟30)制得的下柔性基板5按照從上向下的順序排布，并使得上柔性基板I的第一上金屬柱141、中柔性基板3的第一中對(duì)準(zhǔn)通孔161和下柔性基板5的第一下金屬柱151對(duì)準(zhǔn)，上柔性基板I的第二上金屬柱142、中柔性基板3的第二中對(duì)準(zhǔn)通孔162和下柔性基板5的第二下金屬柱152對(duì)準(zhǔn)，上柔性基板I的第三上金屬柱143、中柔性基板3的第三中對(duì)準(zhǔn)通孔163和下柔性基板5的第三下金屬柱153對(duì)準(zhǔn)，上柔性基板I的第四上金屬柱144、中柔性基板3的第四中對(duì)準(zhǔn)通孔164和下柔性基板5的第四下金屬柱154對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)，使中柔性基板3的空腔10位于上柔性基板I的電容上極板7和下柔性基板5的電容下極板8之間，且上柔性基板I的電容上極板7和下柔性基板5的電容下極板8相對(duì)，然后采用層壓工藝，對(duì)上柔性基板1、中柔性基板3和下柔性基板5層壓，第一上金屬柱141和第一下金屬柱151分別嵌至在第一中對(duì)準(zhǔn)通孔161中，第二上金屬柱142和第二下金屬柱152分別嵌至在第二中對(duì)準(zhǔn)通孔162中，第三上金屬柱143和第三下金屬柱153分別嵌至在第三中對(duì)準(zhǔn)通孔163中，第四上金屬柱144和第四下金屬柱154分別嵌至在第四中對(duì)準(zhǔn)通孔164中，使得上柔性基板1、中柔性基板3和下柔性基板5固定連接，連接線17連接下連接線13和外連接線12，形成振蕩回路，制成無源無線壓力傳感器。進(jìn)一步，所述的步驟10)制得的上柔性基板1、步驟20)制得的中柔性基板3和步驟30)制得的下柔性基板5具有相同的尺寸。柔性基板具有相同的尺寸，有利于后續(xù)對(duì)準(zhǔn)層壓工藝，便于制造。如圖6和圖7所示，本發(fā)明制備方法制備的無源無線壓力傳感器，包括從上向下依次布置且固定連接的上柔性基板1、上金屬層2、中柔性基板3、下金屬層4和下柔性基板5。上柔性基板1、中柔性基板3和下柔性基板5均采用柔性材料制成，例如柔性材料采用聚酰亞胺(PI)、液晶高分子聚合物(LCP)，或者聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)。中柔性基板3上設(shè)有電氣通孔6和空腔10。上金屬層2包括平面電感線圈9和電容上極板7。電容上極板7位于平面電感線圈9的中間。也就是說，平面電感線圈9繞在電容上極板7外側(cè)周邊。平面電感線圈9上設(shè)有內(nèi)連接線11和外連接線12。平面電感線圈9的內(nèi)連接線11和電容上極板7連接。下金屬層4包括電容下極板8和下連接線13。電容下極板8與電容上極板7尺寸相同，且電容下極板8與電容下極板8位置相對(duì)。下連接線13的一端與電容下極板8連接。上金屬層2的平面電感線圈9的外連接線12通過電氣通孔6與下金屬層4的下連接線13連接。中柔性基板3的空腔10位于電容上極板7和電容下極板8之間。本發(fā)明的制備方法利用柔性基板上電鍍的金屬以及通孔，實(shí)現(xiàn)自對(duì)準(zhǔn)。柔性基板同時(shí)作為結(jié)構(gòu)的外封裝材料，保護(hù)傳感器結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用柔性基板制作傳感器，有機(jī)封裝基板量產(chǎn)技術(shù)較為成熟，成本最低，同時(shí)能制作高品質(zhì)因子的無源元件與高密度的互連線路，工藝簡單，可以實(shí)現(xiàn)批量化大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明制備的器件精度高，損耗小。本發(fā)明的制備過程中利用通孔及導(dǎo)電膠實(shí)現(xiàn)走線互聯(lián)，避免使用外部引線，引入寄生電感，有效提高傳感器的工作效率。本發(fā)明將無源元件埋入基板，使基板功能化，實(shí)現(xiàn)真正意義上的系統(tǒng)集成。
權(quán)利要求
1.一種基于柔性基板的自封裝無源無線壓力傳感器的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟: 步驟10)制備上柔性基板(I):選取一塊柔性基板，然后在該柔性基板的下表面電鍍一層上金屬層(2)，并采用刻蝕工藝，在上金屬層(2)上光刻形成電容上極板(7)、帶有內(nèi)連接線(11)和外連接線(12)的平面電感線圈(9)，以及第一上金屬柱(141)、第二上金屬柱(142)、第三上金屬柱(143)和第四上金屬柱(144)，平面電感線圈(9)的內(nèi)連接線(11)與電容上極板(7)連接，第一上金屬柱(141)、第二上金屬柱(142)、第三上金屬柱(143)和第四上金屬柱(144)位于該柔性基板的四角下方，從而制得上柔性基板(2)； 步驟20)制備中柔性基板(3):選取第二塊柔性基板，然后在該柔性基板上鉆孔，形成空腔(10)和電氣通孔(6)，并使電氣通孔(6)的頂端與平面電感線圈(9)的外連接線(12)末端位于相同位置，接著在該柔性基板上四角鉆孔，形成第一中對(duì)準(zhǔn)通孔(161)、第二中對(duì)準(zhǔn)通孔(162)、第三中對(duì)準(zhǔn)通孔(163)和第四中對(duì)準(zhǔn)通孔(164)，從而制得中柔性基板(3); 步驟30)制備下柔性基板(5):選取第三塊柔性基板，然后采用電鍍工藝，在該柔性基板的上表面電鍍一層下金屬層(4)，隨后采用刻蝕工藝，在下金屬層(4)上光刻電容下極板(8)、下連接線(13)、第一下金屬柱(151)、第二下金屬柱(152)、第三下金屬柱(153)和第四下金屬柱(154)，并使下連接線(13)末端和電氣通孔(6)底端位于相同位置，第一下金屬柱(151)、第二下金屬柱(152)、第三下金屬柱(153)和第四下金屬柱(154)位于該柔性基板的四角上方，從而制得下柔性基板(5)； 步驟40 )制成連接線(17 ):用導(dǎo)電膠涂覆電氣通孔(6 )，形成連接線(17); 步驟50)制成壓力傳感器:將步驟10)制得的上柔性基板(I)、步驟20)制得的中柔性基板(3)和步驟30)制得的下柔性基板(5)按照從上向下的順序排布，并使得上柔性基板(I)的第一上金屬柱(141)、中柔性基板(3)的第一中對(duì)準(zhǔn)通孔(161)和下柔性基板(5)的第一下金屬柱(151)對(duì)準(zhǔn)，上柔性基板(I)的第二上金屬柱(142)、中柔性基板(3)的第二中對(duì)準(zhǔn)通孔(162)和下柔性基板(5)的第二下金屬柱(152)對(duì)準(zhǔn)，上柔性基板(I)的第三上金屬柱(143)、中柔性基板(3)的第三中對(duì)準(zhǔn)通孔(163)和下柔性基板(5)的第三下金屬柱(153)對(duì)準(zhǔn)，上柔性基板(I)的第四上金屬柱(144)、中柔性基板(3)的第四中對(duì)準(zhǔn)通孔(164)和下柔性基板(5)的第四下金屬柱(154)對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)，使中柔性基板(3)的空腔(10)位于上柔性基板(I)的電容上極板(7)和下柔性基板(5)的電容下極板(8)之間，且上柔性基板(I)的電容上極板(7)和下柔性基板(5)的電容下極板(8)相對(duì)，然后采用層壓工藝，對(duì)上柔性基板(I)、中柔性基板(3)和下柔性基板(5)層壓，使得上柔性基板(I)、中柔性基板(3)和下柔性基板(5)固定連接，連接線(17)連接下連接線(13)和外連接線(12)，形成振蕩回路，制成無源無線壓力傳感器。
2.按照權(quán)利要求1所述的基于柔性基板的自封裝無源無線壓力傳感器的制備方法，其特征在于，所述的步驟20)中，空腔(10)位于中柔性基板(3)的中部。
3.按照權(quán)利要求1所述的基于柔性基板的自封裝無源無線壓力傳感器的制備方法，其特征在于，所述的步驟10)制得的上柔性基板(I)、步驟20)制得的中柔性基板(3)和步驟30)制得的下柔性基板(5)具有相同的尺寸。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于柔性基板的自封裝無源無線壓力傳感器的制備方法，步驟10)制備上柔性基板在該柔性基板的下表面電鍍一層上金屬層，并在上金屬層上光刻形成電容上極板、平面電感線圈；步驟20)制備中柔性基板在該柔性基板上鉆孔，形成空腔和電氣通孔；步驟30)制備下柔性基板在該柔性基板的上表面電鍍一層下金屬層，在下金屬層上光刻電容下極板、下連接線；步驟40)制成連接線用導(dǎo)電膠涂覆電氣通孔，形成連接線；步驟50)制成壓力傳感器對(duì)上柔性基板、中柔性基板和下柔性基板層壓，形成振蕩回路，制成無源無線壓力傳感器。該制備方法可以實(shí)現(xiàn)基板的自對(duì)準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)傳感器自封裝，工藝簡單，且一致性、可靠性高。
文檔編號(hào)G01L1/14GK103148969SQ20131006075
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月27日
發(fā)明者陳潔, 張聰, 王立峰, 秦明 申請(qǐng)人:東南大學(xué)