[发明专利]一种柔性贴片式传感驱动一体器件

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种柔性贴片式传感驱动一体化 器件。

背景技术

传感器和驱动器(作动器)在生产生活中有着广泛的应用并占有极其重 要的地位。传感器作为一种传感元件，是人们获取信息的重要媒介。柔性贴 片式，力或位移传感器是一种通过传感原件感受外部微小的力或位移信息， 并将其转化为电信号的器件，在许多工程领域发挥着极其重要的作用。例如 人体假肢上的触觉传感器，可穿戴设备力反馈传感器，生物医药微小流道控 制(输液管控制)等等。驱动器(作动器)是一种驱动元件，它在受到外界 激励(如电，光，热等)后会产生相应的变形或功能反应，在生产生活等各 个领域也扮演着不可替代的角色。例如可穿戴设备中的动力驱动，软体机器 人，智能玩具等等。

根据工作原理的不同，压力传感器一般分为压电式，压阻式和电容式三 种类型。其中，压阻式传感器主要是以金属电阻丝为传感元件，典型的压电 式传感器以PVDP薄膜为敏感元件，电容式压力传感器的敏感元件主要为由 敏感薄膜与平行电极组成的电容器。

无论是传统的压阻式，压电式还是电容式传感器，一般都为硬器件。硬 器件在传统工业工程中有着不可代替的优势，但同样有着不可弥补的缺陷。 而柔性传感器则可以产生大变形，有较好的亲和性，在人体假肢传感和可穿 戴设备传感等领域有广泛的应用。

介电高弹体是一种被称为活性软材料的功能性材料，这种材料在外加电 场作用下会发生变形。若沿着介电高弹体薄膜厚度方向施加一电场，则薄膜 的厚度会降低，相应地其表面积会增大。当电场消失后，其又会恢复到原来 的构型。这种材料具有电致变形大(可高达380％)，机电转换效率高，能量 密度大，质量轻等优点，常用于制作驱动器，能量采集器。另外，由于其具 有大变形，抗疲劳与环境适应性好的特点，因此也是一种制作传感器的理想 材料。

公开号为101059380的中国专利申请“一种柔性电容式触觉传感器的制 作方法”，公开了一种柔性电容式触觉传感器的制作方法，所述柔性电容式 触觉传感器的制作包括PDMS的中间层准备,柔性PI衬底的制备，金属敏感 电极及其电连接的图形化，第一高弹性介电层PDMS和第二柔性介电层PI 的形成，金属驱动电极及其电连接的图形化，最上层柔性绝缘保护层PI的 图形化和柔性电容式触觉传感器的分离。此发明通过工艺的优化整合，实现 了有机柔性材料PDMS及PI与传统MEMS工艺之间的兼容性。所制作的电 容式触觉传感器结构轻薄，机械强度高，可挠性好，可贴附在任意曲率表面 同时感受法向力和切向力的大小，同样适合由众多这种柔性电容式触觉传感 器单元组成阵列的制造。但是制备工艺过于复杂，也没有驱动的功能。

文献“A Dielectric Elastomer Actuator with Self-sensing Capability” (Electroactive Polymer Actuators and Devices(EAPAD)2008)公开了一种具 有自传感能力的介电高弹体驱动器。它基于外部力和位移作用使介电高弹体 薄膜阻抗改变进而导致其介电常数改变的原理，通过外加电阻来测量其输出 电压信号的改变，从而实现自传感的目的。其原理较为复杂，不易实现，更 重要的是量程有限。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种柔性贴片式传感驱动一体器 件。

一种柔性贴片式传感驱动一体器件，包括交替层叠的传感驱动层和弹性 电极层，且最底层和最顶层均为弹性电极层，所述传感驱动层为介电高弹体 薄膜。

本发明的传感驱动一体器件使用时应配合两条引线使用，两条引线分别 作为传感驱动一体器件的两个输入端，当传感驱动一体器件作为传感器使用 时，两条引线分别与外接电路连接，以形成传感电路；当传感驱动一体器件 作为驱动器使用时，两条引线分别接高压电源的两端，以为传感驱动层提供 驱动电压。

本发明的传感驱动一体器件中至少包括一个传感驱动层和两个弹性电 极层。由于单层传感驱动层的驱动能力和传感量程有限，可以通过交替层叠 的多层，提高传感量程以及驱动能力。

当交替层叠多层时(即当传感驱动层层数大于1时)，任何一层传感驱 动层的上、下的弹性电极层均通过引线一个接正极一个接负极，即在弹性电 极层中从上至下引线交替地连接正极和负极。然后所有的正极引线连接在一 起，所有的负极引线连接在一起。