[发明专利]基于柔性衬底的微型三维电场传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，简称MEMS)领域，尤其涉及一种基于柔性衬底的微型三维电场传感器及其制备方法。

背景技术

电场传感器是测量电场强度和电势的装置，它广泛应用于国防、航空航天、气象探测、电力、地震预报、科学研究以及工业生产等多个领域，具有非常重要的作用。

目前大多数电场传感器仅限于一维矢量的测量。在实际测量中，由于待测电场的方向通常不确定，测量数据仅能反映电场三维矢量某一个方向分量的大小，容易造成测量误差。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于柔性衬底的微型电场传感器及其制备方法。

根据本发明的一个方面，一种基于柔性衬底的微型三维电场传感器，包括：

柔性衬底；

多个敏感单元分别形成于所述柔性衬底上；

折叠柔性衬底实现电场传感器的三维结构。

根据本发明的另一个方面，一种基于柔性衬底的微型三维电场传感器的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1至10中任一项所述的微型电场传感器，包括：

将配制好的的柔性衬底材料旋涂在硬性基底上；

待所述柔性衬底材料固化形成柔性衬底后，在所述硬性基底的预设位置制备敏感单元，并去除敏感单元位置之外的硬质基底；以及

对柔性衬底进行折叠，使敏感单元分别位于不同的平面上，完成三维电场传感器的制备。

本发明的三维电场传感器可测量空间电场的三维矢量，测量精度更加准确，并且具有质量轻、体积小的优点。本发明的三维电场传感器的制备工艺简单且成本低廉，有利于批量化生产。

附图说明

图1A-图1D为依据本发明实施例基于柔性衬底的微型电场传感器制备方法中执行完各个步骤后元件的剖面图；

图2为依据本发明以三个敏感单元为实施例基于柔性衬底的微型电场传感器制备方法中执行折叠步骤之前元件的立体图；

图3为依据本发明以三个敏感单元为实施例基于柔性衬底的微型电场传感器的立体图。

图4为依据本发明以四个敏感单元为实施例基于柔性衬底的微型电场传感器的立体图。

图5为依据本发明以六个敏感单元为实施例基于柔性衬底的微型电场传感器的立体图

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。

本发明利用柔性衬底20可折叠的特性，基于柔性衬底20加工制作敏感单元1，并形成传感器三维结构。

在本发明的第一个示例性实施例中，提供了一种基于柔性衬底的微型三维电场传感器。如图2所示，该三维电场传感器包括：可折叠的柔性衬底20，三个敏感单元1分别形成于所述柔性衬底20上，通过折叠柔性衬底20，形成如图3所示的三维电场传感器，即在X、Y和Z方向分别形成一个敏感单元1，其中，三个敏感单元1相互垂直。

固定架，位于柔性衬底20的内侧，与柔性衬底20固定连接。用于支撑折叠后的柔性衬底20，增加其稳定性。

以下分别对本实施例基于柔性衬底的微型三维电场传感器的各个部件进行详细说明。

柔性衬底20可选用聚二甲基硅氧烷(PDMS)、或聚酰亚胺(PI)、或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、或其混合物、或其他柔性材料。该柔性衬20底的厚度可为0.1μm～10000μm，当然也可根据制造者所需要求自行选择厚度。

敏感单元1可选用硅基材料、金属、金属合金、压电材料或者其他适用于电极制造的材料，通过硅的刻蚀、或多晶硅溅射、或金属溅射、或金属电镀、或金属电铸等方法制造出水平振动、竖直振动或转动式敏感单元1。该敏感单元1的厚度根据具体需要进行选择，一般情况下为1μm～1mm。

固定架并不是本发明三维电场传感器所必须的，在柔性衬底20刚度足够的情况下，该固定架可以省略。在具有固定架的情况下，该固定架的尺寸由折叠后的柔性衬底20的尺寸所确定，其材料可以为金属、塑料、合金、树脂等等，其与柔性衬底20通过粘合剂粘合或机械固定等方式连接。