[发明专利]一种薄膜柔性力敏传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜柔性力敏传感器。

背景技术

薄膜开关是集按键功能、指示元件、仪器面板为一体的一个操作系统。由面板、上电路、隔离层、下电路四部分组成。为轻触接通式常开开关，正常情况下薄膜开关的上、下触点呈断开状态。按下薄膜开关，上电路的触点向下变形，与下电路的极板接触导通，手指松开后，上电路触点反弹回来，电路断开，回路触发一个信号。薄膜开关结构严谨，外形美观，密封性好。具有防潮湿，使用寿命长等特点。广泛应用于电子通讯、电子测量的仪器，工业控制，医疗设备，汽车工业，智能玩具，家用电器等领域。

在工程实践中，有案例将薄膜开关改进为力敏传感器。如图9所示，传感器由上电路、隔离层、下电路三部分组成。其上电路由导电银浆印刷而成，下电路由普通碳浆印刷而成。正常情况下传感器的上、下触点呈断开状态。传感器受到压力，上电路的触点向下变形，与下电路的极板接触导通。压力越大上电路丝栅与下电路极板接触面积越大，导通电阻越小；反之，压力越小上电路丝栅与下电路极板接触面积越小，导通电阻越大。手指松开后，上电路触点反弹回来，电路断开。压力与电阻的近似线性关系，使传感器实现对压力的电测。此类传感器又被称为片式碳力敏电阻器和碳压力传感器。柔性薄膜开关可以改进为薄膜柔性力敏传感器。

普通薄膜柔性力敏传感器上下电路采用性能良好的聚酯薄膜作为电路图形的载体并在其上用特殊的工艺丝印上导电银浆和导电碳浆，使其具有导电性能。

这种普通薄膜柔性力敏传感器有明显的缺点：

1、可靠性、稳定性和耐久性差：普通薄膜柔性力敏传感器下电路极板碳膜是用普通导电碳浆丝印制成的。碳质填料是导电碳浆的导电材料，主要有石墨和炭黑两种，而碳浆的综合性能也与碳质填料密切相关。通常使用的石墨都具有层状结构，因此，其耐压力的程度受到了一定的限制。由于这一原因，石墨一般不单独作为填料使用，多与炭黑搭配。层状结构的石墨与球形结构的炭黑混合使用时，石墨的片可在炭黑的球之间搭桥，从而有利于提高固化膜的导电性能。由于石墨和炭黑批量制备工艺的局限，无论是层状结构的石墨还是球形结构的炭黑，其颗粒大小不一，均匀度较差，影响了碳质填料在导电碳浆中的分散性。因此普通导电碳浆丝印制成的极板碳膜，普遍存在分层、掉粉、与基体附着力差和膜层疏松等缺陷，使碳膜的导电性不稳定，导致传感器电测数据的漂移。在传感器工作时上下电路多次触碰后，碳膜会出现不同程度的破坏，影响传感器的信号输出。

2、抗动态弯折能力差：普通薄膜柔性力敏传感器上电路，是由导电银浆丝印，低温固化制成。在导电银浆中，导电银的微粒分散在粘合剂中。在印制图形前，依靠被溶剂溶解了的粘合剂使银浆构成有一定粘度的印料，完成以丝网印刷方式的图形转移；印刷后，经过固化过程，使导电银浆的微粒与微粒之间、微粒与基材之间形成稳定的结合。粘合剂又称结合剂，是导电银浆中的成膜物质。与金属相比，粘合剂成膜的强度和韧性要差很多，实践中导电银浆丝印传感器及其引出线在动态弯折工作状态下较多出现银浆电路断裂和脱落等现象。

3、线性差。

综上，由于普通薄膜柔性力敏传感器下电路材质的固有缺陷，使传感器在上下电路导通后，测量电阻值极不稳定，数据跳动幅度超过20％，极大的影响了传感器的线性，限制了此类传感器在工程实践中的广泛应用。由于普通薄膜柔性力敏传感器明显的缺点，使其在工业传感器领域应用较少，较多应用的是开关领域。

发明内容

本发明克服了上述缺陷，提供了一种在线性、可靠性、稳定性、耐久性和抗动态弯折能力等方面获得提升的薄膜柔性力敏传感器；

本发明的另一目的是提供上述薄膜柔性力敏传感器的应用。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：

本发明提供了一种薄膜柔性力敏传感器，包括：

上电路膜片，由第一基体膜及第一基体膜表面的金属箔栅构成；

下电路膜片，由第二基体膜及第二基体膜表面的导电膜构成；

绝缘支撑架，位于上电路膜片和下电路膜片之间，将上、下电路膜片撑开，使上、下电路膜片具有一定的间隔。

根据本发明的一个方面，所述金属箔栅的图案包括圆形的指纹电路和两条对称的引出线，其中，所述指纹电路由第一螺旋状箔栅和第二螺旋状箔栅相互嵌套而成。

根据本发明的另一个方面所述第一螺旋箔栅栅条宽度和第二螺旋箔栅的栅条宽度相同，且相邻两栅条之间的间隔是栅条宽度的0.5-3倍。优选地，相邻两栅条之间的间隔与栅条宽度相当。进一步优选的，所述相邻两栅条之间的间隔与栅条宽度均为0.09mm。