[发明专利]一种基于柔性基板的无源无线压力传感器

说明书

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体来说，涉及一种基于柔性基板的无源无线压力传感器。

背景技术

压力传感器广泛应用于多种场合，在有些特殊应用场合，比如：人体内部、食品包装等密封环境，需要压力传感器具备无线遥测能力。目前无线遥测压力传感器包括两大类：有源遥测和无源遥测。有源遥测是指传感系统中带有电源，这种遥测方式可以双向长距离传输传感器信号，但是其系统复杂、尺寸大，而且电池需要更换。无源遥测是指传感系统中没有电源，利用电感耦合或射频（RF）反射调制实现信号的获取，这种遥测方式信号传输距离短，但是体积小、不需要更换电池，理论上可以无限期工作。其中，LC无源无线压力传感器是无源遥测中的最主要的一类。LC无源无线压力传感器通常是由一个压力敏感电容和一个电感线圈构成的LC谐振回路，电感线圈即作为LC回路中的电感元件，同时也承担着压力信号的无线输出功能。当压力发生变化时，电容随着改变，进而影响LC回路的谐振频率，并通过电感耦合的方式把信号传递出去。

目前，LC无源无线压力传感器通常是由微电子机械加工（文中简称：MEMS）压敏电容和电感构成。该电感可以是和电容传感器集成在一起的片上电感，但是这种电感一般很难获得较高的品质因数Q，从而限制了器件的整体特性；另外也可以采用外部绕制的金属丝电感线圈，但是这将使得器件的尺寸增加，而且难以批量加工。另外，MEMS压敏电容也要解决两大技术难点：电容极板引线以及腔体密封问题。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供了一种基于柔性基板的无源无线压力传感器，该压力传感器采用基于柔性基板的全无源元件构成，具有非接触、高灵敏度、高品质因数和低功耗的优良性能。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的基于柔性基板的无源无线压力传感器，该压力传感器包括从上向下依次布置且固定连接的上金属层、上柔性基板、中柔性基板、下柔性基板和下金属层，上柔性基板、中柔性基板和下柔性基板上设有相通的电气通孔，中柔性基板上设有空腔；所述的上金属层包括平面电感线圈和位于平面电感线圈中间的电容上极板，且平面电感线圈的内侧连接头和电容上极板连接；所述的下金属层包括与电容上极板尺寸相同且位置相对的电容下极板，以及与电容下极板连接的互连线；所述的上金属层的平面电感线圈的外侧连接头通过位于电气通孔中的导电介质柱与下金属层的互连线连接，中柔性基板的空腔位于电容上极板和电容下极板之间。

进一步，所述的空腔位于中柔性基板的中部。

进一步，所述的上金属层的厚度为10—20微米，下金属层的厚度为10—20微米。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

（1）品质因数Q值高。在影响电感Q值的众多因素中，金属层厚度是最主要的。金属层厚度越高，品质因数Q值越高。基于微电子加工工艺的金属层通常是通过溅射工艺得到的，金属层通常约1-2μm，而本发明的压力传感器的上金属层和下金属层采用电镀工艺得到，上金属层和下金属层的厚度分别可达十几微米。本发明的压力传感器的金属层的厚度远远大于现有的压力传感器的金属层厚度。因此，本发明的压力传感器品质因数Q值高。压力传感器的品质因数Q值越高，线圈的损耗越小，功耗小。     

（2）灵敏度高。本发明的压力传感器中，上柔性基板、下柔性基板、电容上极板、电容下极板和中柔性基板构成了压力敏感可变电容。上柔性基板和下柔性基板位置相对，且空腔位于上柔性基板和下柔性基板之间。当压力发生变化时，位于空腔两侧的上柔性基板和下柔性基板都发生形变。也就是说，上柔性基板和下柔性基板都为压力敏感元件。在一个压力传感器中设置两个压力敏感元件，有利于增加传感器的灵敏度。

（3）结构简单。本发明的压力传感器完全基于柔性基板加工工艺，制作工艺简单。本发明的压力传感器包括上金属层、上柔性基板、中柔性基板、下柔性基板和下金属层，结构简单。柔性基板被用作芯片的封装基板，该传感器中器件与封装一体，大大简化了后续封装步骤，只需要对表面金属层作适当保护。

（4）该传感器只包括一个单层平面螺旋电感以及一个位于电感中间中空区域的压力敏感可变电容，并通过电气通孔将它们并联连接。其中，电感及电容模型简单，寄生效应小，尺寸设计优化方便。

（5）具有非接触、低功耗的优点。本发明的压力传感器在测试时，是非接触测量，利用结构的感应信号作为输出信号，具有低功耗的优点。

附图说明

图1为本发明的俯视立体图。