一种无线柔性温湿压集成传感器及其制备方法、传感系统

本发明属于传感器，尤其涉及一种无线柔性温湿压集成传感器及其制备方法、传感系统。

背景技术：

1、无线通信技术的快速发展促进了医疗设备和医疗系统之间的无线连接和数据传输，提升了医疗服务的便捷性和效率。人们对于远程医疗和可穿戴医疗设备的需求也随之呈现了急剧增长的趋势，这进一步推动着医疗系统的智能化和互联化。然而，传统的温湿压传感器主要依赖于刚性电路板技术。这些传感器在机械属性上呈现出显著的刚性特征，设计上也往往局限于平面形式，这种固有的刚性电路板应用于柔软曲线的人体时，带来了巨大挑战与局限。此外，生命特征单一参数的测量，难以判断真实情况，只有多参数的异常通常才能引发医学上的突发紧急事件。针对目前传感器有线、刚性、单一功能的问题，需要研制出一种无线柔性温湿压集成传感器系统，以满足可穿戴医疗的需求。

技术实现思路

1、发明目的：针对上述现有技术，提出一种无线柔性温湿压集成传感器，以解决现有的传感器需要有线连接、刚性不可弯折、单一参数检测的技术问题，同时提出该无线柔性温湿压集成传感器的制备方法以及基于该无线柔性温湿压集成传感器的传感系统。

2、技术方案：一种无线柔性温湿压集成传感器，采用叠层结构，从上至下依次包括钝化层、敏感层、器件层、第一聚酰亚胺衬底层、无线柔性压力传感器、第二聚酰亚胺衬底层；其中，所述敏感层包括间隔设置的温度敏感层和湿度敏感层；所述器件层包括间隔设置的温度传感器器件层和湿度传感器器件层，所述温度传感器器件层和湿度传感器器件层分别由叉指电容和电感构成lc并联结构，且谐振频率不同，所述温度敏感层和湿度敏感层分别位于对应的叉指电容正上方；所述钝化层在所述湿度敏感层的正上方开窗。

3、进一步的，所述无线柔性压力传感器包括压力传感器电容上极板、聚酰亚胺介质层、压力传感器电容下极板、压力传感器电感；部分挖空的聚酰亚胺介质层位于压力传感器电容上极板和压力传感器电容下极板之间，形成平行板电容结构；所述平行板电容与压力传感器电感构成lc并联结构。

4、进一步的，所述器件层平面内还设有编码谐振器。

5、进一步的，所述温度敏感层采用聚乙二醇，所述湿度敏感层采用氧化石墨烯。

6、所述无线柔性温湿压集成传感器的制备方法，包括：

7、步骤1：准备第二聚酰亚胺衬底层，将第二聚酰亚胺衬底层用高温胶带贴在硅片上；

8、步骤2：在第二聚酰亚胺衬底层上以溅射方式沉积一层铜种子层，然后电镀铜，并通过湿法刻蚀，形成压力传感器电容下极板和压力传感器电感；

9、步骤3：将第二聚酰亚胺衬底层和硅片剥离；

10、步骤4：准备聚酰亚胺介质层，将聚酰亚胺介质层用高温胶带贴在硅片上；

11、步骤5：对聚酰亚胺介质层进行湿法刻蚀，形成空腔和过孔结构，并在过孔内部沉积一层铜种子层，然后电镀通孔；

12、步骤6：将聚酰亚胺介质层和硅片剥离；

13、步骤7：准备第一聚酰亚胺衬底层，将第一聚酰亚胺衬底层用高温胶带贴在硅片上；

14、步骤8：在第一聚酰亚胺衬底层上以溅射方式沉积一层铜种子层，然后电镀铜，并通过湿法刻蚀，形成压力传感器电容上极板；

15、步骤9：将第一聚酰亚胺衬底层和硅片剥离；

16、步骤10：准备第三聚酰亚胺衬底层，将第三聚酰亚胺衬底层用高温胶带贴在硅片上；

17、步骤11：在第三聚酰亚胺衬底层上以溅射方式沉积一层铜种子层，然后电镀铜，并通过湿法刻蚀，形成温度传感器器件层、湿度传感器器件层以及编码谐振器；

18、步骤12：将第三聚酰亚胺衬底层和硅片剥离；

19、步骤13：将步骤3、步骤6、步骤9和步骤12得到的结构利用热压法集成，形成叠层结构；

20、步骤14：在步骤13得到的温度传感器器件层和湿度传感器器件层上分别通过喷涂方式沉积温度敏感材料和湿度敏感材料，并在烘箱内加热固化形成温度敏感层和湿度敏感层；

21、步骤15：在器件顶部除湿度敏感层以外区域喷涂一层钝化层。

22、所述无线柔性温湿压集成传感器的制备方法，包括：

23、步骤1：准备玻璃衬底，以溅射方式在玻璃衬底上沉积铝，然后在铝层上喷涂第二聚酰亚胺衬底层；

24、步骤2：在第二聚酰亚胺衬底层上以溅射方式沉积一层铜种子层，然后电镀铜，并通过湿法刻蚀，形成压力传感器电容下极板和压力传感器电感；

25、步骤3：以激光解键合方式将第二聚酰亚胺衬底层和玻璃衬底剥离；

26、步骤4：准备玻璃衬底，以溅射方式在玻璃衬底上沉积铝，然后在铝层上喷涂聚酰亚胺介质层；

27、步骤5：对聚酰亚胺介质层进行湿法刻蚀，形成空腔和过孔结构，并在过孔内部沉积一层铜种子层，然后电镀通孔；

28、步骤6：以激光解键合方式将聚酰亚胺介质层和玻璃衬底剥离；

29、步骤7：准备玻璃衬底，以溅射方式在玻璃衬底上沉积铝，然后在铝层上喷涂第一聚酰亚胺衬底层；

30、步骤8：在第一聚酰亚胺衬底层上以溅射方式沉积一层铜种子层，然后电镀铜，并通过湿法刻蚀，形成压力传感器电容上极板；

31、步骤9：以激光解键合方式将第一聚酰亚胺衬底层和玻璃衬底剥离；

32、步骤10：准备玻璃衬底，以溅射方式在玻璃衬底上沉积铝，然后在铝层上喷涂第三聚酰亚胺衬底层；

33、步骤11：在第三聚酰亚胺衬底层上以溅射方式沉积一层铜种子层，然后电镀铜，并通过湿法刻蚀，形成温度传感器器件层、湿度传感器器件层以及编码谐振器；

34、步骤12：以激光解键合方式将第三聚酰亚胺衬底层和玻璃衬底剥离；

35、步骤13：将步骤3、步骤6、步骤9和步骤12得到的结构利用热压法集成，形成叠层结构；

36、步骤14：在步骤13得到的温度传感器器件层和湿度传感器器件层上分别通过喷涂方式沉积温度敏感材料和湿度敏感材料，并在烘箱内加热固化形成温度敏感层和湿度敏感层；

37、步骤15：在器件顶部除湿度敏感层以外区域喷涂一层钝化层。

38、基于所述无线柔性温湿压集成传感器的传感系统，包括所述无线柔性温湿压集成传感器、无线低功耗唤醒电路以及检测模块；所述无线低功耗唤醒电路用于控制所述检测模块的供电路的通断；所述检测模块用于通过近场耦合的方式对所述无线柔性温湿压集成传感器实现非接触式测量。

39、有益效果：1、本发明的温湿压集成传感器中，钝化层、第一聚酰亚胺衬底层、第二聚酰亚胺衬底层以及聚酰亚胺介质层均为柔性材料，采用全柔性材料来代替传统的刚性基底电路板，并提出了该无线柔性温湿压集成传感器的制备方法，使得该传感器具有良好的柔韧性和轻质便携的特点，可更好地贴合于人体皮肤表面和不规则表面，适应复杂环境中的应用需求。

40、2、本发明的传感器结构中，采用lc谐振电路结构，可以通过天线对其谐振频率进行无线读出，相较于有线传感器具有灵活性，满足可穿戴方向的应用需求。与传统的单一参数传感器相比，其集成了温湿压三种传感参数，具有高灵敏度和低相关性。

41、3、本发明提出了一种无线柔性温湿压集成传感器的制备方法，方法简单易实现，具有批量化和低成本特点。

42、4、本发明传感系统中，通过无线低功耗唤醒电路，实现对检测模块的休眠-唤醒功能，可以极大程度降低系统的平均功耗，具有无线唤醒和快速响应的优势。