[发明专利]一种柔性温度-应变集成传感器阵列及制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性温度‑应变集成传感器阵列，至少包括一个温度传感器单元和一个应变传感器单元，温度传感器单元的正、负极分别由基底两侧的铜箔层和康铜箔层图形化后形成，并由过孔工艺连接形成结点；应变传感器单元由康铜箔层图形化后形成。本发明的传感器阵列具备柔性，可直接贴覆于曲面结构表面；可实现同时对多个测点的温度和应变信号的分布式监测，并且安装方便；敏感单元与引线在基底上一体式集成，且测试端无焊点，尤其适用于狭小空间中的监测需求；传感器阵列制备工艺与FPC工艺兼容，可实现高精度、大批量、低成本的生产。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种柔性温度-应变集成传感器阵列及制备方法。

背景技术

目前，在结构健康监测领域，温度和应变是与结构健康状态相关的重要信息，通常使用传统的温度传感器和应变计来监测工程结构(如机械、桥梁、大型建筑、飞行器、武器装备等)的温度与应变。在实际应用中，通常需要对结构表面的温度和应变进行分布式监测，则需要布置众多测点，由此带来传感器粘贴工序繁琐、引线众多、难以在狭小空间中布置等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种将温度传感器、应变传感器以及它们的引线集成制备于同一柔性基底的方法，并且可同时制备多个温度传感器和应变传感器单元，并形成传感阵列。具体为将箔式温度传感器、箔式应变传感器及它们的引线制备于同一柔性基底上，并形成传感器阵列。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种温度-应变集成的传感器阵列，至少包括一个温度传感器单元和一个应变传感器单元，温度传感器单元的正、负极分别由基底两侧的铜箔层和康铜箔层图形化后形成，并由过孔工艺连接形成结点；应变传感器单元由康铜箔层图形化后形成。

进一步的方案为，所述传感器阵列结构包括柔性基底、胶层、康铜箔层、铜箔层、保护层；温度传感器单元和应变传感器单元的阵列分布于柔性基底上。

进一步的方案为，所述述康铜箔和铜箔用压延法或电解法制备，厚度为1-10μm；

所述胶层用于将康铜箔层和铜箔层胶接到基底两面，也可用于胶接保护层；

所述柔性基底采用聚酰亚胺(PI)或聚酯(PET)；

所述胶层材料选用丙烯酸类或环氧树脂类胶粘剂；

所述保护层选用与基底相同的材料，或选用与基底不相同的材料。

本发明的另一方面还提供上述的柔性温度-应变集成传感器阵列的制备方法，包括以下步骤：

S1：取材成型：将柔性基底、铜箔和康铜箔制成设计尺寸；

S2：箔材料压合：通过胶接的方式，将康铜箔和铜箔压合到基底的上下两面；

S3：钻孔：在温度传感器预设的正、负极结点处钻孔；

S4：镀通孔：在孔壁上镀铜，使位于基底两面的康铜箔和铜箔导通；

S5：图形化：采用光化学方法对铜箔层和康铜箔层进行图形化，形成传感器阵列、引线及焊盘；

S6：覆盖保护层：用保护层覆盖温度传感器和应变计的敏感单元以及引线，并将焊盘部分露出，便于焊盘与外面电路连接；

S7：电镀：裸露的焊盘部分以电镀或化学镀的方式镀上锡铅合金或镍金合金，以保护焊盘不被氧化。

进一步的方案为，所述S2步骤中包含以下分步骤：

S2.1、依次用酒精、丙酮和去离子水清洗柔性基底，然后干燥；

S2.2、在基底的一面涂覆粘接剂，然后在该面压合铜箔；

S2.3、在基底的另一面涂覆粘接剂，然后在该面压合康铜箔；