一种触控传感器及制备方法与流程

本发明涉及触摸屏及传感器技术领域，特别是涉及一种触控传感器及制备方法。

背景技术：

触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式，它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备，主要应用于公共信息的查询、领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。而触控传感器是触摸屏实现自动检测和自动控制的首要环节。自平板触摸显示技术问世以来，如何优化传感器的性能提高传感器与触摸屏的兼容性一直都是研究人员十分重视的研究方向。

传统的触控传感器大多采用三明治结构，由于其结构的局限性，传统触控传感器的功能和稳定性往往不如人意。并且在加工方面，由于过分依赖于材料本身的特性，传统的触摸屏制造工艺与传统的触控传感器工艺不能兼容，适得其反。目前，一些触控传感器虽然实现了能够感应不同方向上所施加应力的功能，但依然存在结构复杂、精确度低、制造成本高、可靠性低的问题。随着人们对触摸传感的要求越来越高，既能够实现触摸感应又能够准确定位并测量出实际压力大小的传感器受到了广大科研人员的关注。

在过去的研究过程中，传统的触控传感器主要依赖于高性能的传感材料，而很少在传感器的结构上进行改进，从而使得触控传感器的性能难以得到大幅度的提高和突破，另外，传统的触控传感器的制造工艺受到传感材料温度和其它条件的限制，导致触控传感器制造成本高、加工效率低。本发明着重在传感器的结构及制备方法上作出改进，从而提供一种性能稳定可靠、不易损坏、且能够准确定位并测量出实际压力大小的触控传感器，并解除了触控传感器过分依赖材料带来的限制，大大提高了加工效率并降低了加工成本。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种触控传感器及制备方法，通过对触控传感器的结构及制备方法作出改进，提供一种性能稳定可靠、不易损坏、且能够准确定位并测量出实际压力大小的触控传感器，并解除了触控传感器过分依赖材料带来的限制，大大提高了加工效率，降低了加工成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种触控传感器，所述触控传感器包括：基板、底电极、左支承台、右支承台、支撑面、顶电极、支撑层、压力柱以及柔性层；所述底电极覆盖于所述基板表面；所述左支承台和所述右支承台立于所述基板上，所述左支承台和所述右支承台高度相同；所述底电极连接所述左支承台和所述右支承台底部；所述支撑面连接所述左支承台和所述右支承台；所述顶电极覆盖在所述左支承台和所述右支承台上方；所述支撑层覆盖于所述顶电极表面；所述压力柱直立于所述支撑层上；所述柔性层平铺于所述压力柱上方。

可选的，所述左支承台和所述右支承台与所述基板呈设定角度；所述左支承台外侧与所述基板左侧边缘距离为h，所述右支承台外侧与所述基板右侧边缘距离为h；所述左支承台和所述右支承台不接触；所述支撑面与所述左支承台的连接处位于所述左支承台的上半部，所述支撑面与所述右支承台的连接处位于所述右支承台的上半部；所述顶电极连接所述左支承台和所述右支承台顶部；所述底电极、所述左支承台、所述右支承台和所述顶电极共同组成一个梯形结构。

可选的，所述顶电极的厚度小于所述底电极的厚度；所述支撑层的厚度小于所述顶电极的厚度；所述压力柱为圆柱体状结构，所述左支承台和所述右支承台顶部内侧距离为d，所述压力柱的直径为d/2，所述压力柱高2mm。

可选的，所述基板与所述底电极平行；所述底电极与所述支撑面平行；所述支撑面与所述顶电极平行；所述顶电极与所述支撑层平行；所述支撑层与所述柔性层平行；所述柔性层宽度与所述基板宽度一致。

本发明还公开了一种触控传感器制备方法，所述方法包括：

在经过清洗和干燥的基板上溅射一层厚度均匀的金属膜，采用图形光刻工艺将所述金属膜刻蚀为底电极；

采用微纳制造工艺在所述底电极上加工出左支承台、右支承台和支撑面，所述左支承台和所述右支承台立于所述基板上，所述支撑面连接所述左支承台和所述右支承台；

采用微纳制造工艺在所述左支承台和所述右支承台上覆盖一层金属材料，采用图形光刻工艺将所述金属材料刻蚀为顶电极；

在所述顶电极表面旋涂上一层绝缘橡胶材料，采用图形光刻工艺将所述绝缘橡胶材料刻蚀为支撑层；

在所述支撑层上方旋涂一层聚二甲基硅氧烷绝缘橡胶材料，采用图形光刻工艺将所述聚二甲基硅氧烷绝缘橡胶材料刻蚀成单个圆柱体作为压力柱；

将聚酰亚胺柔性材料覆盖在所述压力柱上，加工形成柔性层。

可选的，所述采用微纳制造工艺在所述底电极上加工出左支承台、右支承台和支撑面，所述左支承台和所述右支承台立于所述基板上，所述支撑面连接所述左支承台和所述右支承台包括：

采用微纳制造工艺在所述底电极上采用绝缘材料加工出所述左支承台、所述右支承台和所述支撑面，所述底电极连接所述左支承台和所述右支承台底部；

所述左支承台和所述右支承台立于所述基板上，所述左支承台和所述右支承台高度相同，所述左支承台和所述右支承台与所述基板呈设定角度；所述左支承台外侧与所述基板左侧边缘距离为h，所述右支承台外侧与所述基板右侧边缘距离为h；所述左支承台和所述右支承台不接触；

所述支撑面与所述底电极平行；所述支撑面连接所述左支承台和所述右支承台，所述支撑面与所述左支承台的连接处位于所述左支承台的上半部，所述支撑面与所述右支承台的连接处位于所述右支承台的上半部。

可选的，所述采用微纳制造工艺在所述左支承台和所述右支承台上覆盖一层金属材料，采用图形光刻工艺将所述金属材料刻蚀为顶电极包括：

采用微纳制造工艺在所述左支承台和所述右支承台上覆盖一层厚度均匀的金属材料，所述金属材料的厚度小于所述底电极的厚度；

通过图形光刻以及刻蚀工艺使所述金属材料完整连接所述左支承台和所述右支承台顶部，形成所述顶电极；所述顶电极与所述支撑面平行；所述底电极、所述左支承台、所述右支承台和所述顶电极共同组成一个梯形结构。

可选的，所述在所述顶电极表面旋涂上一层绝缘橡胶材料，采用图形光刻工艺将所述绝缘橡胶材料刻蚀为支撑层包括：

在所述顶电极形成后，在所述顶电极表面旋涂上一层厚度均匀的绝缘橡胶材料，所述绝缘橡胶材料的厚度小于所述顶电极的厚度；

对所述绝缘橡胶材料进行低温退火处理，采用光刻图形工艺使退火后的所述绝缘橡胶材料完全覆盖所述顶电极，形成所述支撑层。

可选的，所述在所述支撑层上方旋涂一层聚二甲基硅氧烷绝缘橡胶材料，采用图形光刻工艺将所述聚二甲基硅氧烷绝缘橡胶材料刻蚀成单个圆柱体作为压力柱包括：

待所述支撑层形成后，在所述支撑层的上方旋涂一层聚二甲基硅氧烷绝缘橡胶膜，所述聚二甲基硅氧烷绝缘橡胶膜的厚度为2mm；

对所述绝缘橡胶膜做退火处理；

采用光刻图形工艺将退火处理后的所述聚二甲基硅氧烷绝缘橡胶膜刻蚀成单个圆柱体作为压力柱，所述左支承台和所述右支承台顶部内侧距离为d，所述压力柱的直径为d/2。

可选的，所述将聚酰亚胺柔性材料覆盖在所述压力柱上，加工形成柔性层包括：

在清洗干净的玻璃基板上旋涂一层厚度为8μm的聚酰亚胺柔性材料，在350℃条件下退火处理1小时，然后采用机械剥离的方法将所述聚酰亚胺柔性材料从玻璃基板上剥离下来，平铺于所述压力柱上方；

使所述聚酰亚胺柔性材料与所述基板平行，加工形成与所述基板宽度一致的所述柔性层。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

1、本发明提出了一种新型结构的触控传感器，所述触控传感器中多次使用支撑结构来阻止由于应力集中或者超出量程而造成的传感器损坏，保证了触控传感器的可靠工作，并且所述触控传感器既能够实现触摸感应，又能够准确定位，还能测量出实际压力大小。

2、传统触控传感器在实现压力的检测时，其检测精度主要依赖于传感器材料的性能，必须采用反应灵敏、价格昂贵的压敏材料。而本发明提出的一种触控传感器及其制备方法，通过改进触控传感器的结构来实现压力位置和大小的测量，解除了传统触控传感器过分依赖材料带来的限制，大大提高了加工效率并降低了加工成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明触控传感器实施例的截面示意图；

图2为本发明触控传感器实施例的工作原理示意图；

图3为本发明触控传感器制备方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种新型的触控传感器装置及制备方法。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明触控传感器实施例的截面示意图。

如图1所示的一种触控传感器，所述触控传感器包括：基板101、底电极102、左支承台103、右支承台104、支撑面105、顶电极106、支撑层107、压力柱108以及柔性层109。所述底电极102覆盖于所述基板101表面。所述左支承台103和所述右支承台104立于所述基板101上，所述左支承台103和所述右支承台104高度相同。所述底电极102连接所述左支承台103和所述右支承台104底部。所述支撑面105连接所述左支承台103和所述右支承台104。所述顶电极106覆盖在所述左支承台103和所述右支承台104上方。所述支撑层107覆盖于所述顶电极106表面。所述压力柱108直立于所述支撑层107上。所述柔性层109平铺于所述压力柱108上方。

所述左支承台103和所述右支承台104与所述基板101呈设定角度，所述左支承台103和所述右支承台104为倾斜的柱状结构。所述左支承台103外侧与所述基板101左侧边缘距离为h，所述右支承台104外侧与所述基板101右侧边缘距离为h。所述左支承台103和所述右支承台104不接触。

所述支撑面105与所述左支承台103和所述右支承台104材料相同。所述支撑面105与所述左支承台103的连接处位于所述左支承台103的上半部，所述支撑面105与所述右支承台104的连接处位于所述右支承台104的上半部。所述底电极102连接所述左支承台103和所述右支承台104底部。所述顶电极106连接所述左支承台103和所述右支承台104顶部。所述底电极102、所述左支承台103、所述右支承台104和所述顶电极106共同组成一个梯形结构。

所述触控传感器采用的空间梯形体状结构对整个传感器起到了很好的支撑作用，结构简单而且稳定。

其中，所述顶电极106的厚度小于所述底电极102的厚度。所述支撑层107的厚度小于所述顶电极106的厚度。

所述压力柱108为圆柱体状结构。所述压力柱108直立于所述支撑层107的中心位置。所述左支承台103和所述右支承台104顶部内侧距离为d，所述压力柱108的直径为d/2，所述压力柱108高2mm。

所述基板101与所述底电极102平行。所述底电极102与所述支撑面105平行。所述支撑面105与所述顶电极106平行。所述顶电极106与所述支撑层107平行。所述支撑层107与所述柔性层109平行。所述柔性层109的宽度与所述基板101宽度一致。

图2为本发明触控传感器实施例的工作原理示意图。

当本发明所述触控传感器不受任何外力时，其截面形态如图1所示，所述压阻薄膜104和所述支撑层105均处于水平自然状态，此时所述压阻薄膜104的电阻为初始电阻。

当本发明所述触控传感器不受任何外力时，其截面形态如图1所示，所述顶电极106、所述支撑层107和所述柔性层109均处于水平自然状态，此时所述顶电极106与所述底电极102之间的距离为初始距离。

如图2所示，当本发明所述触控传感器受到外界的压力时，所述顶电极106、所述支撑层107和所述柔性层109均处于向下弯曲的状态，并且所述顶电极106、所述支撑层107和所述柔性层109的弯曲程度随着外界压力的变化而发生变化，此时所述顶电极106和所述底电极102之间的距离也随着弯曲程度的变化而发生改变，那么由所述顶电极106和所述底电极102构成的电容值也随之发生改变。则能够通过算法得出所述触控传感器受到的外界压力值和所述电容值之间的的线性或非线性关系，从而能够根据检测到的电容值大小确定所述触控传感器受到的外界压力值。

进一步的，可以通过阵列将每个所述触控传感器以网格结构的形式制作成触控面板，当有外力施加在触控面板上时，由于每个触控传感器受力大小不均匀，可以得到其受力大小的梯度，从而根据最大的梯度确定外力的施加位置，并根据触控传感器单元阵列，以坐标的形式表示出所施加外力的位置。

并且当外界压力过大时，所述顶电极106和所述支撑层107受到下方所述支撑面105的支撑，其弯曲程度达到最大值，保证了所述顶电极106和所述支撑层107的形变程度在其弹性变形范围内。同时，所述支撑层107起到缓冲和支撑的作用，所述压力柱108起到传递压力的作用。

本发明从结构创新的角度提出了一种新型的触控传感器，本发明所述的触控传感器多次使用支撑结构来阻止由于应力集中或者超出量程而造成的传感器损坏，保证了触控传感器的可靠工作。所述触控传感器采用的梯形支撑结构的设计能够为整个传感器结构提供十分可靠的支撑，也保证了所述触控传感器在工作过程中传感性能稳定可靠。另外，梯形支撑结构能够起到对顶电极106的良好保护作用，避免由于施加应力过大而损坏传感器。由于顶电极起到了感受压力的作用，因此其上方通过一个支撑面105来增大整体结构的抗弯曲能力。并且本发明所述的触控传感器在可靠工作的同时充分利用顶电极的可弯曲性来实现电容的变化，使其既能够实现触摸感应又能够准确定位并测量出实际压力大小。

图3为本发明触控传感器制备方法的工艺流程图。

参见图3，一种触控传感器制备方法，所述方法包括：

步骤201：在经过清洗和干燥的基板上溅射一层厚度均匀的金属膜，采用图形光刻工艺将所述金属膜刻蚀为底电极。

其中，所述底电极宽度小于所述基板的宽度。

步骤202：采用微纳制造工艺在所述底电极上加工出左支承台、右支承台和支撑面，所述左支承台和所述右支承台立于所述基板上，所述支撑面连接所述左支承台和所述右支承台，具体包括：

采用微纳制造工艺在所述底电极上采用绝缘材料加工出所述左支承台、所述右支承台和所述支撑面，所述底电极连接所述左支承台和所述右支承台底部；

所述左支承台和所述右支承台立于所述基板上，所述左支承台和所述右支承台高度相同，所述左支承台和所述右支承台与所述基板呈设定角度，所述左支承台和所述右支承台为倾斜的柱状结构；所述左支承台外侧与所述基板左侧边缘距离为h，所述右支承台外侧与所述基板右侧边缘距离为h；所述左支承台和所述右支承台不接触；

所述支撑面与所述底电极平行；所述支撑面连接所述左支承台和所述右支承台，所述支撑面与所述左支承台的连接处位于所述左支承台的上半部，所述支撑面与所述右支承台的连接处位于所述右支承台的上半部。

步骤203：采用微纳制造工艺在所述左支承台和所述右支承台上覆盖一层金属材料，采用图形光刻工艺将所述金属材料刻蚀为顶电极，具体包括：

采用微纳制造工艺在所述左支承台和所述右支承台上覆盖一层厚度均匀的金属材料，所述金属材料的厚度小于所述底电极的厚度；

通过图形光刻以及刻蚀工艺使所述金属材料完整连接所述左支承台和所述右支承台顶部，形成所述顶电极；所述顶电极与所述支撑面平行；所述底电极、所述左支承台、所述右支承台和所述顶电极共同组成一个梯形结构。

其中，所述金属材料采用弯曲性好、导电率高的金属材料。

步骤204：在所述顶电极表面旋涂上一层绝缘橡胶材料，采用图形光刻工艺将所述绝缘橡胶材料刻蚀为支撑层，具体包括：

在所述顶电极形成后，在所述顶电极表面旋涂上一层厚度均匀的绝缘橡胶材料，所述绝缘橡胶材料的厚度小于所述顶电极的厚度；

对所述绝缘橡胶材料进行低温退火处理，消除表面残余应力；

采用光刻图形工艺使退火后的所述绝缘橡胶材料完全覆盖所述顶电极，形成所述支撑层。

其中，利用旋涂上一层绝缘橡胶材料起到缓冲和支撑的作用。

步骤205：在所述支撑层上方旋涂一层聚二甲基硅氧烷绝缘橡胶材料，采用图形光刻工艺将所述聚二甲基硅氧烷绝缘橡胶材料刻蚀成单个圆柱体作为压力柱，具体包括：

待所述支撑层形成后，在所述支撑层的上方旋涂一层PDMS(聚二甲基硅氧烷)绝缘橡胶膜，所述PDMS绝缘橡胶膜的厚度为2mm；

对所述PDMS绝缘橡胶膜做退火处理，退火温度要求控制在一定额范围内；

采用光刻图形工艺将退火处理后的所述聚二甲基硅氧烷绝缘橡胶膜刻蚀成单个圆柱体作为压力柱，起到传递压力的作用，所述压力柱与所述支撑层垂直；

所述左支承台和所述右支承台顶部内侧距离为d，所述压力柱的直径为d/2，误差控制在1μm范围内。

步骤206：将聚酰亚胺柔性材料覆盖在所述压力柱上，加工形成柔性层，具体包括：

在清洗干净的玻璃基板上旋涂一层厚度为8μm的PI(聚酰亚胺)柔性材料，在350℃条件下退火处理1小时，然后采用机械剥离的方法将所述PI(聚酰亚胺)柔性材料从玻璃基板上剥离下来，平铺于所述压力柱上方；

使所述PI(聚酰亚胺)柔性材料与所述基板平行，加工形成与所述基板宽度一致的所述柔性层。

传统触控传感器在实现压力的检测时，其检测精度主要依赖于传感器材料的性能，必须采用反应灵敏、价格昂贵的压敏材料。而本发明提出的一种触控传感器及其制备方法，主要通过触控传感器的新型结构来实现压力位置和大小的测量，解除了传统触控传感器过分依赖材料带来的限制，大大提高了加工效率并降低了加工成本。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。