[发明专利]一种参考压力可调的柔性压力传感器阵列及其制备方法

权利要求书

1.一种参考压力可调的柔性压力传感器阵列，其特征在于，该柔性压力传感器阵列的整体厚度不超过50μm，它从外到内依次包括封装层(1)、顶电极(2)、PZT压电薄膜层(3)、底电极(4)、PI基底(5)和微流道空腔基底(6)，其中：

所述顶电极(2)、底电极(4)均被设计为蜿蜒的导线互联结构，它们分别布置在所述PZT压电薄膜层(3)的外、内两侧，并且当压力作用于所述柔性压力传感器阵列的表面进行测量时，压力使得该PZT压电薄膜层发生应变，由此在该顶电极和底电极上极化出电荷，同时通过导线引出形成测量电压；所述封装层(1)、PI基底(5)则分别用于将所述顶电极、底电极予以包裹封装；

所述微流道空腔基底(6)为在硅片上加工出含有微流道结构(7)和多个空腔(8)的柔性层状构造，并通过键合处理与其相邻一侧的所述PI基底(5)相密封，使得这多个空腔形成一个密闭的阵列区域，其中该微流道结构(7)用于将多个所述空腔结构彼此连通起来，然后通过微流道入口处的阀门(9)与外部气源可控相连；同时通过所述阀门来自由调节所述微流道空腔基底所提供的参考压力值。

2.如权利要求1所述的柔性压力传感器阵列，其特征在于，对于所述顶电极和底电极而言，其设计为自相似蜿蜒结构和岛桥结构。

3.如权利要求2所述的柔性压力传感器阵列，其特征在于，对于所述顶电极和底电极而言，其设计为n﹡n的行列扫描式电极结构，并且仅通过两根引线和选通芯片电路来完成所有的信号采集。

4.如权利要求1所述的柔性压力传感器阵列，其特征在于，对于所述微流道结构(7)和多个空腔(8)而言，其采用软光刻工艺在所述硅片上制成模具，再采用PI材料旋涂浇筑而成。

5.如权利要求1所述的柔性压力传感器阵列，其特征在于，上述柔性压力传感器阵列可直接贴附于复杂曲面的表面，并且不用打孔和布线。

6.如权利要求1-5任意一项所述的柔性压力传感器阵列，其特征在于，上述柔性压力传感器阵列作为飞行器柔性智能蒙皮用于飞行器模型表面空气压力的测量用途。

7.一种用于制备如权利要求1-4任意一项所述的柔性压力传感器阵列的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)PZT前驱体凝胶溶液的制备步骤

按照金属离子摩尔浓度比为Pb：Zr：Ti＝1.15～1.2：0.52：0.48的配比，称取溶质三水醋酸铅、五水硝酸锆和钛酸四丁酯，溶于乙二醇甲醚或乙酰丙酮溶剂中，通过水解反应和聚合反应形成PZT的前驱体溶液；接着通过调节pH和定容0.4～0.6mol/L，经自然冷却，静置密封，在自然条件下老化40～80个小时，形成PZT前驱体凝胶溶液；

(b)PZT牺牲层的制备步骤

采用磁控溅射工艺或者溶液凝胶法，制备PZT牺牲层；

(c)底电极的制备步骤

通过光刻技术，在所述PZT牺牲层上制备出互联电极结构，再通过磁控溅射或者蒸镀沉积金属电极，去胶之后形成底电极；

(d)PZT功能层的制备步骤

在底层电极上继续旋涂所述PZT前驱体凝胶溶液，固化坚膜后再进一步加热去除有机物，如此反复涂多层，达到预期的压电层厚度，再经高温退火形成钙钛矿相，作为PZT功能层；

(e)顶电极的制备步骤

通过光刻技术，在所述PZT功能层上制备出互联电极结构，再通过磁控溅射或者蒸镀沉积金属电极，去胶之后形成顶电极；

(f)PI基底的制备步骤

在所述底电极上旋涂PI溶液，固化坚膜后进行亚胺化，由此形成PI基底；

(g)微流道空腔基底的制备步骤

在硅片上，采用软光刻技术制备出含有微流道和空腔的柔性基底，经过表面改性技术处理后，该柔性基底与所述PI基底通过键合胶水热压键合，并构成包含微流道和空腔的密封柔性基底；

(h)封装层的制备步骤

去除所述PZT牺牲层，然后对所述顶电极进行旋涂PI封装，再通过RIE刻蚀技术或者湿法刻蚀技术露出器件的引脚；最后安装好与所述微流道的入口保持可控相连的阀门，做好密封，由此完成所需的柔性压力传感器阵列产品的制备过程。