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，该结构由上电极、压敏材料薄膜和下电极组成。该传感器在受到外力按压时，上电极、压敏材料薄膜和下电极均发生形变，利用压敏材料薄膜产生的电流进行外力测量。传统的触控传感器在性能上过分依赖于压敏材料的性能，若要提高传感器的灵敏度，只能通过增加压敏材料薄膜的面积或者减小膜厚实现。但是增加膜面积将会增大传感器尺寸，不利于传感器的微型化；减小膜厚会增大工艺难度，更重要的是这会导致应力不随变形量线性增加。

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，通过改进触控传感器的结构来实现触摸力大小以及位置的精确测量，从而在不增大传感器面积和工艺难度的条件下提高灵敏度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种触控传感器装置，所述装置包括：基板、绝缘层、下电极板、压力转化单元、上电极板和触摸板；所述绝缘层覆盖于所述基板上表面；所述下电极板覆盖于所述绝缘层上表面；所述触摸板位于所述基板的正上方，所述上电极板覆盖于所述触摸板的下表面；所述压力转化单元为多个，所述压力转化单元位于所述上电极板与所述下电极板之间；

所述压力转化单元包括一个下电极、一个上电极和一个电阻，所述下电极、所述上电极以及所述电阻均为立柱形结构；所述下电极与所述下电极板连接，所述上电极与所述上电极板连接，所述下电极的上表面与所述上电极的下表面位于同一水平面上，且所述下电极的上表面与所述上电极的下表面之间的距离大于零；所述电阻与所述上电极板连接，所述电阻位于所述上电极一侧，所述电阻与所述上电极之间的距离大于零；所述电阻位于所述下电极上方，所述电阻的高度小于所述上电极的高度，所述上电极的高度小于所述下电极与所述电阻的高度之和；所述下电极上表面的宽度大于或等于所述电阻下表面的宽度，所述下电极上表面的长度大于或等于所述电阻下表面的长度，当所述电阻向下运动至与所述下电极接触时，所述电阻下表面能够被所述下电极的上表面完全覆盖；各个所述压力转化单元中的所述电阻均位于所述上电极的同一侧。

可选的，所述基板与所述触摸板的长宽均相同，所述绝缘层与所述基板的长、宽均相同，所述下电极板与所述绝缘层的长、宽均相同，所述上电极板与所述触摸板的长、宽均相同。

本发明还公开了一种触控传感器制备方法，所述方法包括：

在清洗干净的基板上利用等离子体增强化学气相沉积法沉积绝缘层；

利用磁控溅射技术在所述绝缘层上表面溅射电极材料，在所述绝缘层上表面生长出下电极板；

利用磁控溅射技术在触摸板下表面溅射电极材料，在所述触摸板下表面生长出上电极板；

在所述下电极板表面旋涂光刻胶，然后经过光刻、显影、烘烤形成立柱形的下电极光刻胶图层，对所述下电极光刻胶图层进行湿法刻蚀，刻蚀出下电极；

在所述上电极板表面溅射压敏电阻材料，采用光刻工艺刻蚀出电阻；

在所述上电极板表面旋涂光刻胶，然后经过光刻、显影、烘烤形成立柱形的上电极光刻胶图层，对所述上电极光刻胶图层进行湿法刻蚀，刻蚀出上电极；

所述下电极、所述电阻和所述上电极组成多个压力转化单元；每个所述压力转化单元包括一个下电极、一个上电极和一个电阻，所述下电极、所述上电极以及所述电阻均为立柱形结构，每个所述压力转化单元中的所述下电极与所述下电极板连接，所述上电极与所述上电极板连接，所述电阻与所述上电极板连接，所述电阻位于所述上电极一侧，所述电阻与所述上电极之间的距离大于零，所述电阻的高度小于所述上电极的高度，所述上电极的高度小于所述下电极与所述电阻的高度之和，所述下电极上表面的宽度大于或等于所述电阻下表面的宽度，所述下电极上表面的长度大于或等于所述电阻下表面的长度，各个所述压力转化单元中的所述电阻均位于所述上电极的同一侧；

根据所述下电极板上的下电极标记位和所述上电极板上对应的电阻标记位，对位组装成触控传感器，使所述触摸板位于所述基板的正上方，所述压力转化单元位于所述上电极板与所述下电极板之间，所述电阻位于所述下电极上方，使所述电阻运动至与所述下电极接触时，所述电阻下表面能够被所述下电极的上表面完全覆盖，同时使所述下电极的上表面与所述上电极的下表面位于同一水平面上，且所述下电极的上表面与所述上电极的下表面之间的距离大于零。

可选的，所述在清洗干净的基板上利用等离子体增强化学气相沉积法沉积绝缘层包括：

在清洗干净的基板表面利用等离子体增强化学气相沉积工艺沉积一层厚度均匀的绝缘薄膜作为绝缘层，所述绝缘层与所述基板的长、宽均相同；所述绝缘薄膜的材料为氮化硅、氧化硅、氧化铝、氮化铝中的一种或多种，所述绝缘薄膜的厚度由传统干刻工艺所允许的最小膜厚确定。

可选的，所述利用磁控溅射技术在所述绝缘层上表面溅射电极材料，在所述绝缘层上表面生长出下电极板包括：

利用磁控溅射技术在所述绝缘层上表面溅射一层厚度均匀的电极材料，所述电极材料选用Mo、Al、Ag、ITO中的一种或多种；在所述绝缘层上表面生长下电极板，所述下电极板与所述绝缘层的长、宽均相同。

可选的，所述利用磁控溅射技术在触摸板下表面溅射电极材料，在所述触摸板下表面生长出上电极板包括：

制作一块与所述基板长、宽均相同的所述触摸板；利用磁控溅射技术在所述触摸板下表面溅射一层厚度均匀的电极材料，所述电极材料选用Mo、Al、Ag、ITO中的一种或多种；在所述触摸板下表面生长上电极板，所述上电极板与所述触摸板的长、宽均相同。

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：

本发明提出了一种新型结构的触控传感器及其制备方法，通过改进触控传感器的结构实现触摸力大小以及位置的精确测量，能够在不增大传感器面积和工艺难度的条件下提高灵敏度，解除了触控传感器过分依赖材料带来的限制。

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为传统触控传感器采用的三明治结构示意图；

图2为传统触控传感器三明治结构工作原理图；

图3为本发明触控传感器实施例的截面示意图；

图4为本发明触控传感器实施例受较小外力作用时的工作原理示意图；

图5为本发明触控传感器实施例受较大外力作用时的工作原理示意图；

图6为本发明触控传感器制备方法实施例的工艺流程图。

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触控传感器装置及其制备方法。

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为传统触控传感器采用的三明治结构示意图。

传统的平板触控传感器大多采用三明治结构，如图1所示，所述三明治结构由上电极101、压敏材料薄膜102和下电极103组成。

图2为传统触控传感器三明治结构工作原理图。

如图2所示，传统触控传感器采用的三明治结构在受到外力按压时，上电极101、压敏材料薄膜102和下电极103均发生形变，利用压敏材料薄膜102产生的电流进行外力测量。该传统的触控传感器在性能上过分依赖于压敏材料的性能，若要提高传感器的灵敏度，只能通过增加压敏材料薄膜102的面积或者减小膜厚实现。但是增加膜面积将会增大传感器尺寸，不利于传感器的微型化；减小膜厚会增大工艺难度，更重要的是这会导致应力不随形变量线性增加，从而无法实现外力的精确测量。因此，为了在不增大传感器面积和工艺难度的条件下提高灵敏度，本发明提出了一种新型结构的触控传感器装置及其制备方法。

图3为本发明触控传感器实施例的截面示意图。

如图3所示的一种触控传感器装置，所述装置包括：基板201、绝缘层202、下电极板203、压力转化单元204、上电极板205和触摸板206。所述绝缘层202覆盖于所述基板201上表面。所述下电极板203覆盖于所述绝缘层202上表面。所述触摸板206位于所述基板201的正上方，所述上电极板205覆盖于所述触摸板206的下表面。所述压力转化单元204为多个，所述压力转化单元204位于所述上电极板205与所述下电极板203之间。

如图3所示的一种触控传感器装置实施例中，所述触控传感器包括三个压力转化单元204，在图中由虚线框部分表示。每个所述压力转化单元204包括一个下电极207、一个上电极208和一个电阻209，所述下电极207、所述上电极208以及所述电阻209均为立柱形结构。所述下电极207与所述下电极板203连接，所述上电极208与所述上电极板205连接，所述下电极207的上表面与所述上电极208的下表面位于同一水平面上，且所述下电极207的上表面与所述上电极208的下表面之间的距离大于零。所述电阻209与所述上电极板205连接，所述电阻209位于所述上电极208的一侧，所述电阻209与所述上电极208之间的距离大于零。所述电阻209位于所述下电极207的上方，所述电阻209的高度小于所述上电极208的高度，所述上电极208的高度小于所述下电极207与所述电阻209的高度之和。所述下电极207上表面的宽度大于或等于所述电阻209下表面的宽度，所述下电极207上表面的长度大于或等于所述电阻209下表面的长度，保证当所述电阻209向下运动至与所述下电极207接触时，所述电阻209下表面能够被所述下电极207的上表面完全覆盖。每个所述压力转化单元204中的所述电阻209均位于所述上电极208的同一侧。如图3所示的触控传感器中，各个所述压力转化单元204中的所述电阻209均位于所述上电极208左侧。

图4为本发明触控传感器实施例受较小外力作用时的工作原理示意图。

参见图4，在外加垂直于所述触摸板206的较小外力F1作用下，所述触控传感器的所述上电极板205向所述下电极板203靠近，所述上电极208与邻近的两个所述下电极207之间形成多个双电容C，并且所述上电极208与所述下电极207的正对面积S和外力F1成正比，外力F1越大，正对面积S也越大，电容C也越大，从而可以根据不同外力F1与电容容量C单调对应的关系实现对外力F1大小的测量。

图5为本发明触控传感器实施例受较大外力作用时的工作原理示意图。

参见图5，当施加在所述触摸板206上的外力F2较大时，所述上电极208与所述下电极207之间的正对面积达到最大值后，虽然所述上电极208与所述下电极207之间形成的电容大小不再变化，但是此时所述上电阻209与所述下电极207接触，所述上电阻209的总电阻R随外力F2的增大而变小，从而根据不同外力F2与总电阻R单调对应的关系实现对外力F2大小的测量。

总的来说，当外力F较小时，本发明所述触控传感器表现为电容式压力传感器测量外力F大小；当外力F较大时，本发明所述触控传感器表现为电阻式压力传感器测量外力F大小。

采用本发明所述触控传感器实施例实现触摸力位置和大小测量的方法如下：

在图3中没有外力F施加在所述触摸板206上时，所述上电极208与所述下电极207之间存在间隙，没有形成电容C。

如图4，当在所述触摸板206上施加的较小外力时，在外力F1作用下，触控传感器的上板向下板靠近，所述上电极208与所述下电极207之间存在正对面积，形成电容C1，只要测得所述上电极208的电容C1就能得到外力F2大小。

如图5，若较大外力F2施加在所述触摸板206上，则所述上电极208与所述下电极207之间的正对面积不再改变，因此无法根据电容的变化测量外力F的大小，但是此时所述上电阻209与所述下电极207接触，由于施加不同大小的外力F2时，所述上电阻209的电阻值也不同，所以只要测得所述上电阻209的电阻值R就能得到外力F2大小。

进一步的，如果想要实现对外力F施加位置的测量，可将多个本发明所述的触控传感器制作成网格结构，即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，在外力F作用时，每个触控传感器受力大小不均匀，可以得到各个触控传感器受力大小的梯度，从而根据最大的梯度确定外力F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。

可见，本发明提出的一种新型结构的触控传感器，通过改进触控传感器的结构实现触摸力大小以及位置的精确测量，能够在不增大传感器面积和工艺难度的条件下提高灵敏度，解除了触控传感器过分依赖材料带来的限制。

图6为本发明触控传感器制备方法实施例的工艺流程图。

参见图6，一种触控传感器制备方法，所述方法包括：

步骤301：在清洗干净的基板上利用等离子体增强化学气相沉积法沉积绝缘层。

在清洗干净的基板表面利用等离子体增强化学气相沉积工艺沉积一层厚度均匀的绝缘薄膜作为绝缘层，所述绝缘层与所述基板的长、宽均相同；所述绝缘薄膜的材料为氮化硅、氧化硅、氧化铝、氮化铝中的一种或多种，所述绝缘薄膜的厚度由传统干刻工艺所允许的最小膜厚确定。

步骤302：利用磁控溅射技术在所述绝缘层上表面溅射电极材料，在所述绝缘层上表面生长出下电极板。

利用磁控溅射技术在所述绝缘层上表面溅射一层厚度均匀的电极材料，所述电极材料选用Mo、Al、Ag、ITO中的一种或多种；

在所述绝缘层上表面生长下电极板，所述下电极板与所述绝缘层的长、宽均相同。

步骤303：利用磁控溅射技术在触摸板下表面溅射电极材料，在所述触摸板下表面生长出上电极板。

制作一块与所述基板长、宽均相同的所述触摸板；

利用磁控溅射技术在所述触摸板下表面溅射一层厚度均匀的电极材料，所述电极材料选用Mo、Al、Ag、ITO中的一种或多种；

在所述触摸板下表面生长上电极板，所述上电极板与所述触摸板的长、宽均相同。

步骤304：在所述下电极板表面旋涂光刻胶，然后经过光刻、显影、烘烤形成立柱形的下电极光刻胶图层，对所述下电极光刻胶图层进行湿法刻蚀，刻蚀出下电极。

步骤305：在所述上电极板表面溅射压敏电阻材料，采用光刻工艺刻蚀出电阻。

步骤306：在所述上电极板表面旋涂光刻胶，然后经过光刻、显影、烘烤形成立柱形的上电极光刻胶图层，对所述上电极光刻胶图层进行湿法刻蚀，刻蚀出上电极。

其中，所述下电极、所述电阻和所述上电极组成多个压力转化单元。每个所述压力转化单元包括一个下电极、一个上电极和一个电阻，所述下电极、所述上电极以及所述电阻均为立柱形结构。每个所述压力转化单元中的所述下电极与所述下电极板连接，所述上电极与所述上电极板连接，所述电阻与所述上电极板连接，所述电阻位于所述上电极一侧，所述电阻与所述上电极之间的距离大于零，所述电阻的高度小于所述上电极的高度，所述上电极的高度小于所述下电极与所述电阻的高度之和，所述下电极上表面的宽度大于或等于所述电阻下表面的宽度，所述下电极上表面的长度大于或等于所述电阻下表面的长度，各个所述压力转化单元中的所述电阻均位于所述上电极的同一侧。

步骤307：根据所述下电极板上的下电极标记位和所述上电极板上对应的电阻标记位，对位组装成触控传感器：

使所述触摸板位于所述基板的正上方，所述压力转化单元位于所述上电极板与所述下电极板之间，所述电阻位于所述下电极上方，使所述电阻运动至与所述下电极接触时，所述电阻下表面能够被所述下电极的上表面完全覆盖，同时使所述下电极的上表面与所述上电极的下表面位于同一水平面上，且所述下电极的上表面与所述上电极的下表面之间的距离大于零。

根据本发明提供的一种触控传感器制备方法制备出的一种新型结构的触控传感器，能够实现触摸力大小以及位置的精确测量，能够在不增大传感器面积和工艺难度的条件下提高灵敏度，解除触控传感器过分依赖材料带来的限制。

下面结合本发明触控传感器制备方法实施例的工艺流程图图6，来举例介绍一种触控传感器实施例的具体制作工艺：

步骤A：在清洗干净的基板表面利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺沉积一层厚度均匀的绝缘薄膜作为绝缘层，所述绝缘层与所述基板的长、宽均相同；所述绝缘薄膜的材料为氮化硅(Si₃N₄)、氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氮化铝(AlN)中的一种或多种，所述绝缘薄膜的厚度由传统干刻工艺所允许的最小膜厚确定。

步骤B：利用磁控溅射技术在所述绝缘层上表面溅射一层厚度均匀的电极材料，所述电极材料选用Mo、Al、Ag、ITO中的一种或多种；在所述绝缘层上表面生长下电极板，所述下电极板与所述绝缘层的长、宽均相同。

步骤C：在所述下电极板外围制作出表示下电极位置的多个下电极标记位。

步骤D：在所述下电极板表面旋涂光刻胶，然后经过光刻、显影、烘烤形成立柱形的下电极光刻胶图层，对所述下电极光刻胶图层进行湿法刻蚀，在每个所述下电极标记位对应的位置上刻蚀出一个立柱形的所述下电极，所述下电极与所述下电极板连接。

步骤E：制作一块与所述基板长、宽均相同的所述触摸板。

步骤F：利用磁控溅射技术在所述触摸板下表面溅射一层厚度均匀的电极材料，所述电极材料选用Mo、Al、Ag、ITO中的一种或多种；在所述触摸板下表面生长上电极板，所述上电极板与所述触摸板的长、宽均相同。

步骤G：在所述上电极板外围制作出表示电阻位置的多个电阻标记位，当所述上电极板与所述下电极板正对时，所述电阻标记位与所述下电极标记位也一一正对。

步骤H：在所述上电极板表面溅射压敏电阻材料，采用光刻工艺在每个所述电阻标记位对应的位置上刻蚀出一个立柱形的电阻，所述电阻下表面的宽度小于或等于所述下电极上表面的宽度，所述电阻下表面的长度小于或等于所述下电极上表面的长度，所述电阻与所述上电极板连接，所述电阻与所述下电极数量相同。

步骤I：在所述上电极板表面旋涂光刻胶，然后经过光刻、显影、烘烤形成立柱形的上电极光刻胶图层，对所述上电极光刻胶图层进行湿法刻蚀，在每个所述电阻的同一侧刻蚀出一个立柱形的上电极，所述上电极与所述上电极板连接，所述上电极的高度大于所述电阻的高度，所述上电极的高度小于所述电阻与所述下电极的高度之和，所述电阻与所述上电极之间的距离大于零。

步骤J：根据所述下电极标记位和对应的所述电阻标记位，对位组装成触控传感器，使所述触摸板位于所述基板的正上方，所述电阻标记位与所述下电极标记位一一正对，所述电阻位于所述下电极上方，使所述电阻运动至与所述下电极接触时，所述电阻下表面能够被所述下电极的上表面完全覆盖，同时使所述下电极的上表面与所述上电极的下表面位于同一水平面上，且所述下电极的上表面与所述上电极的下表面之间的距离大于零。

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。