CN102749157B - 一种柔性多参数传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔性多参数传感器及其制造方法，属于柔性电子及传感器的技术领域。按照本发明提供的技术方案，所述柔性多参数传感器，包括柔性衬底，所述柔性衬底的上方设有探测敏感区，所述探测敏感区包括位于柔性衬底上方的压力敏感层、湿度敏感层及温度敏感层，所述湿度敏感层覆盖于压力敏感层上，温度敏感层覆盖于湿度敏感层上，温度敏感层上覆盖有保护层；探测敏感区内设有若干用于探测外界环境湿度的接触窗口，所述接触窗口贯通探测敏感区内相应的保护层与温度敏感层，并延伸到湿度敏感层的表面。本发明结构简单，能够使用卷对卷印刷法大批量制造，能探测压力、相对湿度、温度信号，适用范围广，使用方便，安全可靠。

Description

一种柔性多参数传感器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种传感器及其制造方法，尤其是一种柔性多参数传感器及其制造方法，属于柔性电子及传感器的技术领域。

背景技术

柔性电子产品拥有质量轻、不易破损、透光性好、质地柔软、适用与不平整的表面、功耗低、易于大规模批量制造、成本低廉等特点，目前国内外已经有柔性显示器、柔性触摸屏、柔性发光二极管、柔性射频身份标签和柔性传感器等产品，正在逐步取代传统的硅基电子产品。其中，柔性传感器相对于传统的硅基传感器起步较晚，1985年，P. W. Barth等人提出了一种基于硅二极管的柔性温度传感器，这也是目前柔性传感器结构的雏形。随后，随着高分子聚合物材料以及微纳加工技术的发展，用于检测各种外部环境信号的柔性传感器正在消费电子、医疗电子、物联网技术、机器人仿生技术、军事甚至航空航天领域得到广泛的应用。然而，传统的传感器只能针对某种特定的信号进行探测，若要同时对多种信号进行探测，则需要将多种不同用途的传感器集成在同一个特定区域内使用，不仅使用繁琐，而且无法最大限度地利用产品的有效面积，生产和维护的成本均较高。于是，开发实现多种检测功能的多参数传感器成为国内外研究的热点。

比较典型的，在国内，中科院电子学研究所于曾提出一种在刚性基板上集成的多参数（温度、压力、湿度）传感器，西安交通大学使用类似的制造工艺，制造出一种能够同时测量温度、压力、湿度和加速度信号的多参数刚性传感器，中国科学院合肥智能机械研究所拥有单独的三轴力以及温度柔性传感器的发明专利，合肥工业大学曾提出过一种触觉和温度敏感的二参数多功能柔性传感器，中国科学院上海微***研究所曾开发出一种二轴力柔性触觉传感器。在国际上，澳大利亚皇家墨尔本理工大学与2000年提出了一种能够探测臭氧、湿度以及温度的三参数多功能传感器，但为刚性传感器；2003年，美国密歇根大学发明了一种能够探测温度、压力、相对湿度的电容式多参数传感器，但也为刚性器件；2005年，日本东京大学提出了一种基于晶体管的能够探测压力和温度的多参数柔性传感器；最近的，2012年，韩国成均馆大学同样利用有机物晶体管，在柔性基板上制作了透明的压力和温度敏感的传感器器件。

分析上述国内外研究情况可知，目前在刚性传感器领域已有能够探测三种甚至更多外部信号的技术；但在柔性传感器领域，多种原理简单的单参数传感器未能有效集成为一体实现多参数探测，采用新型结构多参数柔性传感器的最多只能同时探测两种外界信号，而且需要制造复杂的晶体管结构以及对输出信号进行解耦合，不仅制作工艺相对复杂，而且使用不便。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种柔性多参数传感器及其制造方法，其结构简单，制造方便，能探测压力、相对湿度、温度信号，适用范围广，使用方便，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述柔性多参数传感器，包括柔性衬底，所述柔性衬底的上方设有探测敏感区，所述探测敏感区包括位于柔性衬底上方的压力敏感层、湿度敏感层及温度敏感层，所述湿度敏感层覆盖于压力敏感层上，温度敏感层覆盖于湿度敏感层上，温度敏感层上覆盖有保护层；探测敏感区内设有若干用于探测外界环境湿度的接触窗口，所述接触窗口贯通探测敏感区内相应的保护层与温度敏感层，并延伸到湿度敏感层的表面。

所述柔性衬底上设有柔性基板平滑层，压力敏感层通过柔性基板平滑层设置在柔性衬底上。

所述探测敏感区包括第一区域、第二区域、第三区域及第四区域，第一区域与第三区域为对称区域，第二区域与第四区域为对称区域，第一区域、第二区域、第三区域及第四区域依次连接后形成矩形状区域；第一区域、第二区域、第三区域及第四区域内的敏感区域通过隔离沟槽隔离后均呈矩形锯齿状分布；探测敏感区内的压力敏感层、温度敏感层分别与探测敏感区外的压力敏感层接触板、温度敏感层接触板连接，所述温度敏感层接触板、压力敏感层接触板均位于柔性衬底的上方。

所述探测敏感区内设有印刷光刻伪结构，所述印刷光刻伪结构贯通探测敏感区内的保护层、温度敏感层、湿度敏感层及压力敏感层直至的表面。

所述柔性衬底的材料为聚对苯二甲酸乙二酯、聚对萘二甲酸乙二酯、聚醚醚酮、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对二甲苯、聚对乙烯基苯酚、苯并环丁烯、聚醚砜、光刻胶、硅橡胶中的一种或几种。

所述压力敏感层接触板与压力敏感层为同一制造层，温度敏感层接触板与温度敏感层为同一制造层。

一种柔性多参数传感器的制造方法，所述柔性多参数传感器制造方法包括如下步骤：

a、提供柔性衬底，并在柔性衬底上依次设置压力敏感层、湿度敏感层、温度敏感层及印刷光刻胶层；

b、利用图形化和腐蚀的工艺，依次对印刷光刻胶层、温度敏感层、湿度敏感层及压力敏感层进行图形化处理，以在柔性衬底上形成所需的探测敏感区与保护层，所述探测敏感区包括若干用于探测外界环境湿度的接触窗口，所述接触窗口贯通探测敏感区内相应的保护层与温度敏感层，直至湿度敏感层的表面。

所述步骤b中，包括如下步骤：

b1、利用印刷光刻模板对印刷光刻胶层进行紫外线印刷光刻，以在印刷光刻胶层中形成作为下述腐蚀工艺掩膜的三维结构；

b2、剥离印刷光刻模板，对上述形成三维结构的印刷光刻胶层进行各向异性腐蚀，并对压力敏感层、湿度敏感层、温度敏感层依次进行腐蚀，以在柔性衬底的上方形成隔离沟槽，所述隔离沟槽贯通印刷光刻胶层、温度敏感层、湿度敏感层及压力敏感层，并延伸至柔性衬底的表面；

b3、对上述印刷光刻胶层再次进行各向异性腐蚀，去除压力敏感层上相应区域的印刷光刻胶层、温度敏感层及湿度敏感层，以形成压力敏感层接触板；

b4、对上述印刷光刻胶层进行第三次各向异性腐蚀，去除湿度敏感层上相应区域的印刷光刻胶层及温度敏感层，以在湿度敏感层上形成用于接触外界环境的接触窗口；

b5、对上述印刷光刻胶层进行第四次各向异性腐蚀，去除温度敏感层上相应区域的印刷光刻胶层，以形成温度敏感层接触板，温度敏感层上对应的印刷光刻胶层形成保护层。

一种类似的技术方案，一种柔性多参数传感器的制造方法，所述柔性多参数传感器的制造方法包括如下步骤：

s1、提供柔性衬底，并在柔性衬底上设置所需的压力敏感层材料，选择性地掩蔽和刻蚀压力敏感层材料，以在柔性衬底上形成压力敏感层、隔离沟槽及压力敏感层接触板，所述压力敏感层接触板与压力敏感层连接；

s2、在压力敏感层上设置湿度敏感层材料，选择性地掩蔽和刻蚀湿度敏感层材料，去除压力敏感层接触板上的湿度敏感层材料，以形成与压力敏感层形状相一致的湿度敏感层；

s3、在上述湿度敏感层上设置温度敏感层材料，选择性地掩蔽和刻蚀温度敏感层材料，以形成温度敏感层及若干贯通温度敏感层的接触窗口；

s4、在上述温度敏感层上涂覆光刻胶层，选择性地掩蔽和刻蚀光刻胶层，以暴露出接触窗口及所需的温度敏感层接触板，并得到保护层。

所述步骤s1中，在提供柔性衬底后，在柔性衬底上涂覆并固化柔性基板平滑层，压力敏感层形成于柔性基板平滑层上。

本发明的优点：

1、本发明提出的一种柔性多参数传感器的结构，是能够同时探测压力、相对湿度、温度这三个参数的柔性结构；压力探测利用的是薄膜微应变计原理，相对湿度探测利用的是平行板电容器结构中介电质在不同湿度环境中介电常数不同导致电容值不同的原理，温度探测利用的是薄膜电阻式温度计的原理，三种敏感材料形成简单的平行板电容器结构，实现方法简单。

2、本发明提出一种柔性多参数传感器的结构，压力、相对湿度和温度参数由不同的敏感单元分别测量，无需对输出信号进行解耦合；根据使用的敏感材料不同，某一信号的测量单元也可能对其他信号有响应，该额外的响应可以用作对其他信号的反馈，进行补偿与校正，从而提升测量精度。

3、本发明中提出一种柔性多参数传感器的结构，不仅能够使用传统的CMOS工艺线进行制造，而且兼容卷对卷印刷工艺线，能够实现重复性很高的大批量生产，从而提升器件的性能均匀度，并且降低柔性传感器的制造成本。

附图说明

图1为本发明的柔性多参数传感器的俯视图。

图2~图6为本发明实施例1的具体实施工艺步骤剖视图，其中：

图2为本发明利用印刷光刻模板进行紫外线印刷光刻的剖视图。

图3为本发明得到隔离沟槽后的剖视图。

图4为本发明得到压力敏感层接触板后的剖视图。

图5为本发明得到接触窗口后的剖视图。

图6为本发明得到温度敏感层接触板及保护层后的剖视图。

图7~图11为本发明实施例2的具体实施工艺剖视图，其中：

图7为本发明在柔性衬底上设置柔性基板平滑层后的剖视图。

图8为本发明在柔性基板平滑层上设置压力敏感层并刻蚀得到隔离沟槽与压力敏感层接触板后的剖视图。

图9为本发明得到湿度敏感层后的剖视图。

图10为本发明得到温度敏感层后的剖视图。

图11为本发明得到温度敏感层接触板及保护层后的剖视图。

附图标记说明：1-印刷光刻胶层、2-湿度敏感层、3-印刷光刻伪结构、4-柔性基板平滑层、5-温度敏感层、6-压力敏感层、7-柔性衬底、8-印刷光刻模板、9-接触窗口、10-隔离沟槽、11-温度敏感层接触板、12-压力敏感层接触板、13-保护层、14-第一区域、15-第二区域、16-第三区域及17-第四区域。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示：为本发明形成柔性多参数传感器的俯视图。本发明柔性多参数传感器能够同时测量压力、相对湿度及温度信号，为了实现上述功能，本发明包括柔性衬底7，所述柔性衬底7的上方设有柔性基板平滑层4，柔性基板平滑层4上方设有探测敏感区，所述探测敏感区包括位于柔性基板平滑层4上方的压力敏感层6、湿度敏感层2及温度敏感层5，所述湿度敏感层2覆盖于压力敏感层6上，温度敏感层5覆盖于湿度敏感层2上，温度敏感层5上覆盖有保护层13；探测敏感区内设有若干用于探测外界环境湿度的接触窗口9，所述接触窗口9贯通探测敏感区内相应的保护层13与温度敏感层5，并延伸到湿度敏感层2的表面。柔性衬底7上通过设置柔性基板平滑层4更好地得到压力敏感层6、湿度敏感层2及温度敏感层5。

本发明实施例中，所述探测敏感区包括第一区域14、第二区域15、第三区域16及第四区域17，第一区域14与第三区域16为对称区域，第二区域15与第四区域17为对称区域，第一区域14、第二区域15、第三区域16及第四区域17依次连接后形成矩形状区域；第一区域14、第二区域15、第三区域16及第四区域17内的敏感区域通过隔离沟槽10隔离后均呈矩形锯齿状分布；探测敏感区内的压力敏感层6、温度敏感层5分别与探测敏感区外的压力敏感层接触板12、温度敏感层接触板11连接，所述温度敏感层接触板11、压力敏感层接触板12均位于柔性衬底7和柔性基板平滑层4的上方。温度敏感层接触板11与温度敏感层5为同一制造层，压力敏感层接触板12与压力敏感层6为同一制造层。第一区域14内的压力敏感层6与其中一个压力敏感层接触板12连接，第四区域17内的压力敏感层6与其中另一个压力敏感层接触板12连接，以形成将压力敏感层6向外连接的两个连接电极；同理，第一区域14内温度敏感层5与其中一个温度敏感层接触板11连接，第四区域17内的温度敏感层5与其中另一个温度敏感层接触板11连接，以形成两个向外连接的电极，第二区域15、第三区域16内的温度敏感层5与第一区域14、第四区域17内的温度敏感层5对应连接，压力敏感层6的连接形式与温度敏感层5相同，温度敏感层5、压力敏感层6及湿度敏感层2在柔性衬底7上方的形状相一致。

通过将探测敏感区分成第一区域14、第二区域15、第三区域16及第四区域17的结构，并形成对称的矩形状，每个区域内通过隔离沟槽10形成矩形锯齿状的分布结构，能够增大测量的灵敏度，提高检测的精度。通过隔离沟槽10能够将探测敏感区与非敏感区隔离。

所述探测敏感区内设有印刷光刻伪结构3，所述印刷光刻伪结构3贯通探测敏感区内的保护层13、温度敏感层5、湿度敏感层2及压力敏感层6直至柔性基板平滑层4的表面。所述印刷光刻伪结构3在结构上对多参数传感器未有影响，只是工艺形成需要，为本技术领域人员所熟知，此处不再详述。

所述柔性衬底7的材料为聚对苯二甲酸乙二酯、聚对萘二甲酸乙二酯、聚醚醚酮、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对二甲苯、聚对乙烯基苯酚、苯并环丁烯、聚醚砜、光刻胶、硅橡胶中的一种或几种；柔性衬底7的厚度为5微米至2毫米。

所述压力敏感层6为平行的矩形锯齿线条形成的薄膜微应变计结构，作为平行板电容器的下电极，压力敏感层6的材料为导电的金、铂、铝、康铜镍锰合金、卡马镍镉合金、钯铬合金或上述材料的组合；压力敏感层6的厚度为10纳米至10微米，微应变计的锯齿形线条中，每一个锯齿长20微米至2厘米，宽2微米至200微米，锯齿间距2微米至200微米。

所述湿度敏感层2与压力敏感层6形状相同且重合，作为平行板电容器的介质，湿度敏感层2的材料为氧化铝、氧化钛、氧化硅、尖晶石复合氧化物、氯化锂掺杂的锰钨矿、磷酸硼、氧化锡、氧化锌、氧化铟、钙钛矿复合氧化物、基于聚电解质的高分子聚合物、聚乙炔、聚苯、聚苯胺、聚对二炔苯、聚苯酸炔丙酯、对二乙炔苯-炔丙醇、苯乙炔-炔丙醇、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、乙酸丁酸纤维素、聚醋酸乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚醚砜、聚砜树脂、苯并环丁烯、六甲基二矽氮烷或上述材料的组合；湿度敏感层2的厚度为200纳米至200微米。

所述温度敏感层5与压力敏感层6、湿度敏感层2形状相同且重合，并且其锯齿形线条上做有湿度敏感层与环境接触的接触窗口9，接触窗口9的形状、大小和数目根须需求而异，形成薄膜电阻式温度计，作为平行板电容器的上电极；温度敏感层5的材料为铂、金、铜、镍、银、钨或上述材料的组合；温度敏感层5的厚度为10纳米至10微米。

所述保护层13与温度敏感层5有相同的形状且重合，温度敏感层材料为基于聚对苯二甲酸乙二酯、聚对萘二甲酸乙二酯、聚醚醚酮、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对二甲苯、聚对乙烯基苯酚、苯并环丁烯、聚醚砜、光刻胶、硅橡胶或上述材料的组合；保护层13的厚度为200纳米至2毫米。

下面通过实施例1与实施例2分别两种形成本发明结构的制备工艺，其中，实施例1为采用印刷工艺制备得到，实施例2为通过紫外线光刻工艺制造得到。

实施例1

如图2~图6所示：本实施例中制备的柔性多参数传感器的工艺包括如下步骤，具体为：

步骤1、在125微米厚的聚对萘二甲酸乙二酯的柔性衬底7的一侧依次进行如下材料堆叠步骤：旋涂5微米SU-8 3005光刻胶柔性基板平滑层4并固化、溅射100纳米的金压力敏感层6、旋涂800纳米苯并环丁烯（CYCLOTENE 3000）的湿度敏感层2并固化、溅射50纳米的铂温度敏感层5、均匀喷涂475纳米基于聚甲基丙烯酸甲酯的紫外线印刷光刻胶1，并且使用石英玻璃印刷光刻模板8进行紫外线印刷光刻，在印刷光刻胶1中形成三维结构作为下述腐蚀工艺的掩膜；如图2所示，即本实施例中，压力敏感层6的材料选用金，温度敏感层5的材料选用铂，印刷光刻模板8根据所需的结构制备，为本技术领域人员所熟知，此处不再详述；通过印刷光刻模板8进行印刷光刻后，能有效形成后续所需的隔离沟槽10及接触窗口9；

步骤2、剥离印刷光刻模板8，进行第1次印刷光刻胶1的各向异性腐蚀，露出隔离器件的隔离沟槽10的图形，在此处对材料堆中所有的材料依次进行选择性腐蚀，形成隔离器件的隔离沟槽10，如图3所示；此处形成隔离沟槽10的形状与图1中探测敏感区轮廓的形状相一致，即同时形成第一区域14、第二区域15、第三区域16及第四区域17内的隔离沟槽10，隔离沟槽10在每个区域内均为矩形锯齿状，矩形锯齿状的参数如上所述；

步骤3、进行第2次印刷光刻胶1的各向异性腐蚀，露出压力敏感层接触板12的图形，在此处对材料堆中的湿度敏感材料和温度敏感材料进行选择性腐蚀，形成压力敏感层6的压力敏感层接触板12，如图4所示；由此可以得到，压力敏感层接触板12与压力敏感层6为同一制造层，压力敏感层接触板12位于探测敏感区外，用于将压力敏感层6向外引出；

步骤4、进行第3次印刷光刻胶1的各向异性腐蚀，露出湿度敏感层与外界环境的接触窗口9的图形，在此处对材料堆中的湿度敏感材料进行选择性腐蚀，在温度敏感层5中形成湿度敏感层2与外界环境接触的窗口9，如图5所示；

步骤5、进行第4次印刷光刻胶1的各向异性腐蚀，形成温度敏感层5的电学接触板11，整个柔性传感器的结构随即制作完成，剩余的印刷光刻胶1则作为该传感器的保护层13，如图6所示。

其中，紫外线压印光刻的工艺条件为：压印压力为7500帕，温度条件为室温21摄氏度，紫外线剂量为80毫焦/平方厘米，工艺时间为3秒。腐蚀工艺具体为：使用氧气等离子体对印刷光刻胶1在压力为1.3帕和温度为60摄氏度的腔室中进行选择性腐蚀，使用碘化钾-碘水（1:1）溶液对压力敏感层6的金在室温21摄氏度进行选择性腐蚀，使用Dow公司的Primary Stripper A对湿度敏感层2的苯并环丁烯（CYCLOTENE 3000）在95摄氏度进行选择性腐蚀，使用盐酸-硝酸（8:1）溶液对于温度敏感层5的铂在70摄氏度进行选择性腐蚀。

在使用氧气等离子体对印刷光刻胶1进行各项异性腐蚀的工艺中，使用激光膜厚测量进行印刷光刻胶厚度的实时检测，以便确定每次腐蚀的终点。

实施例2

如图11所示，本实施例中所涉及的柔性多参数传感器的结构与实施例1中的结构类似，且除保护层13外选用相同的材料，但本实施例介绍一种采用紫外线光刻工艺制造上述柔性多参数传感器方法，具体如下：

步骤t1、在125微米厚的聚对萘二甲酸乙二酯的柔性衬底7的一侧涂覆5微米SU-8 3005的光刻胶柔性基板平滑层4并固化，如图7所示；

步骤t2、在柔性基板平滑层4上使用溅射法沉积100纳米厚的金作为压力敏感层6，使用紫外线光刻的方法对压力敏感层6进行图形化，使其形成包括器件隔离沟槽10和压力敏感层接触板12图形在内的结构，如图8所示；

步骤t3、在压力敏感层6上涂覆800纳米苯并环丁烯（CYCLOTENE 3000）的湿度敏感层2并固化，使用紫外线光刻的方法对其进行图形化，以去除在压力敏感层接触板12上方的材料，如图9所示；

步骤t4、在苯并环丁烯（CYCLOTENE 3000）的湿度敏感层2上使用溅射法沉积50纳米厚的铂作为温度力敏感层5，使用紫外线光刻的方法对其进行图形化，使其形成包括湿度敏感层与外界环境的接触窗口9的结构，如图10所示；

步骤t5、在温度敏感层上涂覆2微米SU-8 2002光刻胶并且使用紫外线光刻的技术做出能够暴露温度敏感层5的电学接触板11以及湿度敏感层与外界环境的接触窗口9的结构，作为最终器件的保护层13。

如图1、图6和图11所示：压力敏感层6、温度敏感层5和湿度敏感层2具有相同的外轮廓图形，并且呈矩形锯齿线条蜿蜒于柔性基板7上，形成常见的二维平面薄膜微应变计形状；在金属铂的温度敏感层5中，做有接触窗口9，以便湿度敏感层2与外界环境接触。同时，压力敏感层6和温度敏感层5形成平行板电容器结构的上下两个极板，湿度敏感层2作为电容器的介电质。

当外界对该传感器施加竖直向下的压力时，该压力会使金的压力敏感层6产生应变而导致电阻值的变化，虽然金的应变常数较传统的硅材料较低，但由于聚对萘二甲酸乙二酯的柔性衬底7、SU-8的柔性基板平滑层4和聚甲基丙烯酸甲酯的紫外线印刷光刻胶1相对于传统硅材料均有很低的杨氏模量，所以采用金薄膜与高分子聚合物组成的薄膜微应变计的灵敏度与传统硅应变计在同一水平，从而可以使用对金薄膜的压力敏感层6应变的测量来推算出所施加压力的大小；同时，由于金属铂做成的温度敏感层5同样对外界施加的压力信号会产生应变，该额外的响应可以用来对金的压力敏感层6的响应进行补偿与校正，提高该测量单元的精度。

当测量外界环境的相对湿度时，水分子通过温度敏感层5中的接触窗口9被苯并环丁烯的湿度敏感层2吸收，从而导致湿度敏感层2的相对介电常数发生变化，于是该平行板电容器的电容值较初始状态发生变化，对该变化的电容值进行检测就可以推算出外界环境中的相对湿度值。

当外界温度变化时，位于传感器顶部的金属铂薄膜的温度敏感层5会发生电阻值的变化，于是温度信号被转换为易于测量的电信号；同时，由于金属金做成的压力敏感层6也对外界温度的变化会有电阻值上的响应，该额外的响应可以用来对铂温度敏感层5的响应进行补偿与校正，提高该单位的测量精度。

本发明提出的一种柔性多参数传感器的结构，是能够同时探测压力、相对湿度、温度这三个参数的柔性结构；压力探测利用的是薄膜微应变计原理，相对湿度探测利用的是平行板电容器结构中介电质在不同湿度环境中介电常数不同导致电容值不同的原理，温度探测利用的是薄膜电阻式温度计的原理，三种敏感材料形成简单的平行板电容器结构，实现方法简单。

本发明提出一种柔性多参数传感器的结构，压力、相对湿度和温度参数由不同的敏感单元分别测量，无需对输出信号进行解耦合；根据使用的敏感材料不同，某一信号的测量单元也可能对其他信号有响应，该额外的响应可以用作对其他信号的反馈，进行补偿与校正，从而提升测量精度。

本发明中提出一种柔性多参数传感器的结构，不仅能够使用传统的CMOS工艺线进行制造，而且兼容卷对卷印刷工艺线，能够实现重复性很高的大批量生产，从而提升器件的性能均匀度，并且降低柔性传感器的制造成本。

此实施例可以用来说明本发明的结构和制造过程，但本发明的实施绝不仅限于此实施例。在不脱离本发明及所附的权利要求的范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。因此，本发明的保护范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (10)

1. 一种柔性多参数传感器，其特征是：包括柔性衬底（7），所述柔性衬底（7）的上方设有探测敏感区，所述探测敏感区包括位于柔性衬底（7）上方的压力敏感层（6）、湿度敏感层（2）及温度敏感层（5），所述湿度敏感层（2）覆盖于压力敏感层（6）上，温度敏感层（5）覆盖于湿度敏感层（2）上，温度敏感层（5）上覆盖有保护层（13）；探测敏感区内设有若干用于探测外界环境湿度的接触窗口（9），所述接触窗口（9）贯通探测敏感区内相应的保护层（13）与温度敏感层（5），并延伸到湿度敏感层（2）的表面。

2.根据权利要求1所述的柔性多参数传感器，其特征是：所述柔性衬底（7）上设有柔性基板平滑层（4），压力敏感层（6）通过柔性基板平滑层（4）设置在柔性衬底（7）上。

3.根据权利要求1所述的柔性多参数传感器，其特征是：所述探测敏感区包括第一区域（14）、第二区域（15）、第三区域（16）及第四区域（17），第一区域（14）与第三区域（16）为对称区域，第二区域（15）与第四区域（17）为对称区域，第一区域（14）、第二区域（15）、第三区域（16）及第四区域（17）依次连接后形成矩形状区域；第一区域（14）、第二区域（15）、第三区域（16）及第四区域（17）内的敏感区域通过隔离沟槽（10）隔离后均呈矩形锯齿状分布；探测敏感区内的压力敏感层（6）、温度敏感层（5）分别与探测敏感区外的压力敏感层接触板（12）、温度敏感层接触板（11）连接，所述温度敏感层接触板（11）、压力敏感层接触板（12）均位于柔性衬底（7）的上方。

4.根据权利要求1所述的柔性多参数传感器，其特征是：所述探测敏感区内设有印刷光刻伪结构（3），所述印刷光刻伪结构（3）贯通探测敏感区内的保护层（13）、温度敏感层（5）、湿度敏感层（2）及压力敏感层（6）的表面。

5.根据权利要求1所述的柔性多参数传感器，其特征是：所述柔性衬底（7）的材料为聚对苯二甲酸乙二酯、聚对萘二甲酸乙二酯、聚醚醚酮、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对二甲苯、聚对乙烯基苯酚、苯并环丁烯、聚醚砜、光刻胶、硅橡胶中的一种或几种。

6.根据权利要求3所述的柔性多参数传感器，其特征是：所述压力敏感层接触板（12）与压力敏感层（6）为同一制造层，温度敏感层接触板（11）与温度敏感层（5）为同一制造层。

7.一种柔性多参数传感器的制造方法，其特征是，所述柔性多参数传感器制造方法包括如下步骤：

（a）、提供柔性衬底（7），并在柔性衬底（7）上依次设置压力敏感层（6）、湿度敏感层（2）、温度敏感层（5）及印刷光刻胶层（1）；

（b）、利用图形化和腐蚀的工艺，依次对印刷光刻胶层（1）、温度敏感层（5）、湿度敏感层（2）及压力敏感层（6）进行图形化处理，以在柔性衬底（7）上形成所需的探测敏感区与保护层（13），所述探测敏感区包括若干用于探测外界环境湿度的接触窗口（9），所述接触窗口（9）贯通探测敏感区内相应的保护层（13）与温度敏感层（5），直至湿度敏感层（2）的表面。

8.根据权利要求7所述的柔性多参数传感器的制造方法，其特征是，所述步骤（b）中，包括如下步骤：

（b1）、利用印刷光刻模板（8）对印刷光刻胶层（1）进行紫外线印刷光刻，以在印刷光刻胶层（1）中形成作为下述腐蚀工艺掩膜的三维结构；

（b2）、剥离印刷光刻模板（8），对上述形成三维结构的印刷光刻胶层（1）进行各向异性腐蚀，并对压力敏感层（6）、湿度敏感层（2）、温度敏感层（5）依次进行腐蚀，以在柔性衬底（7）的上方形成隔离沟槽（10），所述隔离沟槽（10）贯通印刷光刻胶层（1）、温度敏感层（5）、湿度敏感层（2）及压力敏感层（6），并延伸至柔性衬底（7）的表面；

（b3）、对上述印刷光刻胶层（1）再次进行各向异性腐蚀，去除压力敏感层（6）上相应区域的印刷光刻胶层（1）、温度敏感层（5）及湿度敏感层（2），以形成压力敏感层接触板（12）；

（b4）、对上述印刷光刻胶层（1）进行第三次各向异性腐蚀，去除湿度敏感层（2）上相应区域的印刷光刻胶层（1）及温度敏感层（5），以在湿度敏感层（2）上形成用于接触外界环境的接触窗口（9）；

（b5）、对上述印刷光刻胶层（1）进行第四次各向异性腐蚀，去除温度敏感层（5）上相应区域的印刷光刻胶层（1），以形成温度敏感层接触板（11），温度敏感层（5）上对应的印刷光刻胶层（1）形成保护层（13）。

9.一种柔性多参数传感器的制造方法，其特征是，所述柔性多参数传感器的制造方法包括如下步骤：

（s1）、提供柔性衬底（7），并在柔性衬底（7）上设置所需的压力敏感层材料，选择性地掩蔽和刻蚀压力敏感层材料，以在柔性衬底（7）上形成压力敏感层（6）、隔离沟槽（10）及压力敏感层接触板（12），所述压力敏感层接触板（12）与压力敏感层（6）连接；

（s2）、在压力敏感层（6）上设置湿度敏感层材料，选择性地掩蔽和刻蚀湿度敏感层材料，去除压力敏感层接触板（12）上的湿度敏感层材料，以形成与压力敏感层（6）形状相一致的湿度敏感层（2）；

（s3）、在上述湿度敏感层（2）上设置温度敏感层材料，选择性地掩蔽和刻蚀温度敏感层材料，以形成温度敏感层（5）及若干贯通温度敏感层（5）的接触窗口（9）；

（s4）、在上述温度敏感层（5）上涂覆光刻胶层，选择性地掩蔽和刻蚀光刻胶层，以暴露出接触窗口（9）及所需的温度敏感层接触板（11），并得到保护层（13）。

10.根据权利要求9所述的柔性多参数传感器的制造方法，其特征是：所述步骤（s1）中，在提供柔性衬底（7）后，在柔性衬底（7）上涂覆并固化柔性基板平滑层（4），压力敏感层（6）形成于柔性基板平滑层（4）上。

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