柔性薄膜压力传感器

柔性薄膜压力传感器原理及性能

柔性薄膜压力传感器是一种基于可折叠的衬底的柔性传感器。其结构紧凑,仅为几个像素厚,通常只有几微米宽,因此能够精确地测量压力,从而改变传感器测量的敏感度。柔性显示材料中普遍使用一些高质量和长寿命的薄膜层来提供高灵敏度和分辨率,而不是传统的衬底压电元件。随着用于柔性显示和可穿戴设备等应用领域以及在工业上应用这类设备,柔性压力芯片在未来智能硬件系统中的使用率会越来越高。此外,该器件将需要更低成本、更长时间的稳定时间(例如在测试期间)来处理信号,这也有助于其在可穿戴设备或其他市场上继续获得广泛应用。在智能设备中用到的传感器是一个非常大且昂贵的系统,尤其是对于传感器产品而言。

柔性薄膜压力传感器

一、传感器概述

由于智能硬件系统能够实时响应外界变化,因此其在未来发展的趋势是具有高分辨率、宽动态范围以及高可测量度的特性。例如,对于柔性显示产业,其智能感知可与 OLED相媲美。在智能硬件系统中最常用到的传感器就是压力表和传感器。因此压电元件的广泛应用不仅是因为它具有灵敏低功耗等优点,而且还因为它为设备提供了更精确快速、动态可靠工作范围更大之类的优势。此外压力表和压力传感器都能够实时感知输入的压力信号而进行分析、处理并实现输出。

二、原理及性能

柔性压力传感器由表面贴装层和弹性薄膜构成。表面贴装层由一种薄而透明的聚合物薄膜构成,它具有均匀的电荷密度,能同时承受两个方向上的载荷(一压一放)。当压力增加时,电荷密度迅速变化,同时由于弹性薄膜上的电压变化,可以观察到电压值的动态变化趋势。为了满足要求,将压电膜在薄薄的柔性器件表面包覆以形成纳米级厚膜。对于较小的压力传感器如空气或液体气体测试其压力时,其结果取决于压力和温度;对于较大压力传感器如微机电系统测试则取决于压力随时间的线性关系。在特定环境下,可以改变这些薄膜层的宽度或厚度以测量更高性能下的载荷。因此,根据产品类型选择不同的厚度能够提供较高精度和分辨率。

三、成本分析

对传感器的成本进行评估是很重要的,尤其是对于各种类型的智能设备而言。因为成本过高,所以制造商很难有利润。因此,当这些传感器使用时它们通常使用大量的材料和金属,而不是高质量的薄膜。与使用低质量和高性能薄膜的传统压电器件相比,这些技术具有更高的技术要求。柔性薄膜压力传感器在使用这种材料时有很高的成本。因此智能设备应用中具有高敏感度和分辨率的传感器是一个挑战,因为柔性压力传感器需要比传统压电元件更长、更稳定和更高质量的薄膜层作为保护层。