MEMS封裝錫膏焊料深圳福英達分享：柔性傳感器與穿戴服裝的碰撞
MEMS封裝錫膏焊料深圳福英達分享：柔性傳感器與服裝的碰撞
錫膏_焊錫膏_超微焊料_助焊膏生產商-深圳福英達是一家集錫膏、錫膠及合金焊粉產、銷、研與服務于一體的綜合型錫膏供應商, 是工信部焊錫粉標準制定主導單位，產品涵蓋超微無鉛印刷錫膏，超微無鉛點膠錫膏，超微無鉛噴印錫膏，超微無鉛針轉移錫膏，超微無鉛免洗焊錫膏，超微無鉛水洗錫膏，高溫焊錫膏，中高溫焊錫膏，低溫焊錫膏，7號錫膏、8號錫膏，低溫超微錫膠，中高溫錫膠，各向異性導電膠，金錫錫膏，金錫錫粉，多次回流錫膏，激光錫膏，微間距助焊膠，高溫無鉛錫膏，低溫錫鉍銀錫膏，低溫高可靠性錫膏，無鉛焊膏錫鉍銀錫膏/膠，SAC305錫膏，低溫高可靠性錫膏&錫膠，無銀&錫銅錫膏，超微焊粉，Low alpha無鉛焊料，Low alpha高鉛焊料，SMT粉，定制焊料。擁有從合金焊粉到應用產品的完整產品線,可制造T2-T10全尺寸超微合金焊粉的電子級封裝材料。
導 讀
靈活性作為智能可穿戴設備的核心模塊，是智能可穿戴設備的重要研究方向。本文重點關注靈活織物傳感器在智能服裝和可穿戴設備中的應用，以及國內外最新研究人員對靈活織物傳感器的不斷改進和創(chuàng)新！
紡織服裝是人體的第二皮膚。
柔性織物傳感器是一種柔性傳感器，以紡織品為基礎，以不同的方式與傳感材料或元件結合，以滿足各種可穿戴設備的需要。該傳感器在滿足傳感器物理機械性能的基礎上，保持了織物的手感和靈活性，甚至部分清洗，使其在智能服裝和可穿戴設備中具有更廣闊的應用前景。
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柔性傳感器的分類
目前柔性傳感器主要分為柔性電容傳感器、柔性壓力傳感器、柔性壓力傳感器、柔性光纖傳感器五類。
1.1 柔性電容傳感器。
柔性電容傳感器主要基于電容器的原理。柔性電容傳感器具有良好的線性響應，因為它對外力敏感性強，檢測小靜態(tài)力所需的能耗低。
柔性電容傳感器由導電膜、纖維紗等柔性材料制成，間隔通常采用彈性材料、柔性電容傳感器和服裝智能紡織品，不僅柔軟、舒適、彎曲，而且能感知外部環(huán)境的變化，靈敏度高，空間分辨率高。
1.2 柔性壓阻傳感器
壓阻傳感器是一種柔性材料和集成電路技術，可以通過應力改變材料的電阻率。測量電路中輸出電信號的變化可以改變相應的應力數(shù)據(jù)。因此，壓阻傳感器主要用于測量壓力、重力等物理量。該傳感器具有結構簡單、靈敏度高的優(yōu)點，廣泛應用于航空航天、航海、生物醫(yī)學等領域。
常用的材料是石墨烯聚合物、碳黑聚合物、半導體硅和鍺。SHOIEB提出了一種具有壓阻傳感功能的聚二甲基硅氧烷(PDMS)/碳納米纖維(CNF)納米復合材料。通過將CNF分散到PDMS，獲得的納米復合材料具有優(yōu)異的導電性和低成本，可用于制造各種形狀的傳感器。XU等。采用低壓氧等離子體處理裝飾和激活聚氨酯支架，制備聚氨酯(PU)/碳納米纖維(CNF)@碳黑(CB)導電泡沫，具有高壓縮敏感性、機械性能和導電性，可用于檢測微壓或微應變狀態(tài)。
圖4：電阻織物壓力傳感器的作用機制。
1.3 柔性壓電傳感器
壓電傳感器是利用外部作用后壓電材料變形導致材料電極變化的原理制成的傳感器。功率變化可以通過測量電路中輸出功率的變化來獲得。該傳感器具有頻帶寬、靈敏度高、重量輕、結構簡單、性能穩(wěn)定等特點。主要用于壓力和加速度測試，廣泛應用于生物醫(yī)學、電聲等技術領域。
圖5：壓電傳感器的工作原理。
常見的壓電材料有陶瓷、石英晶體、聚氟乙烯、尼龍等。一些學者通過多步合成四氧化三鐵(Fe3O4)/氧化石墨烯(GO)，實現(xiàn)了Fe3O4納米顆粒與氧化石墨烯納米板的高協(xié)同作用。采用絲素蛋白和聚偏氟乙烯(PVDF)納米纖維制備的全纖維混合壓電傳感器。
1.4 柔性電感傳感器
電感傳感器是利用線圈自感或互感系數(shù)的變化來實現(xiàn)非電測的裝置。具有結構簡單、靈敏度高、輸出功率大、阻抗小、抗干擾能力強、測量精度高等一系列優(yōu)點。
傳感器的傳感線圈通常采用導電纖維，導電紗線與服裝相結合，實現(xiàn)人體呼吸監(jiān)測和動作捕捉。
1.5柔性光纖傳感器
光纖傳感器是一種利用光學性質變化原理制成的傳感器，通過光纖將外部物理量轉化為光信號進行測量。光纖傳感器具有許多優(yōu)異的性能，可以取代人們進入高溫區(qū)、核輻射區(qū)等高風險區(qū)域進行信號檢測，也可以接收人們感官感覺不到的外部信息。
此外，光纖傳感器還具有靈敏度高、形狀可塑性強、體積小等優(yōu)點。因此，光纖可用于紡織服裝后測量壓力、溫度等物理量，廣泛應用于航空航天、軍事、通信等領域。一些學者使用聚硅氧烷脲共聚物制備熱塑性硅纖維，其彈性優(yōu)于傳統(tǒng)光纖，不會破壞紡織品的原始彈性、柔軟性和舒適性。一些學者還制備了由石墨烯納米片（GNP）和聚二甲基硅氧烷（PDMS）組成的高可伸縮光纖，具有檢測極限低、反應快、重復性高的優(yōu)點。
圖7:柔性光纖傳感器成果圖。
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制備方式
柔性織物傳感器基礎的柔性織物傳感器采用不同的制備方法將傳感材料添加到紡織結構中，通過其敏感性將待測物理量轉換為電信號進行測量。目前，柔性織物傳感器的制備主要包括涂層、編織和包裝。
2.1 涂覆法
涂層法是指金屬顆粒、碳基材料或聚合物導電復合材料通過沉積、印刷或拼貼粘附在織物表面形成導電涂層織物，是目前最常見的柔性織物傳感器制備方法，見表1，其中沉積和印刷是一種廣泛使用的涂層方法。
表1：涂層法的具體分類。
目前，涂層法廣泛應用于各種柔性設備的制備中，技術發(fā)展相對成熟。氧化石墨烯通過真空過濾附著在絲織物表面，然后通過熱壓還原為石墨烯，在絲織物表面形成導電涂層。
一些使用分布器印刷方的導電油墨直接在聚酯織物表面印刷導電涂層，形成具有測系數(shù)和測試范圍的近距離電容柔性織物傳感器。有些人在聚酯（PET）織物上噴涂石墨溶液，制備電容柔性織物壓力傳感器電極，并添加聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT：PSS），以提高織物的導電性。
制備柔性織物傳感器時，生產過程相對簡單，易于控制反應條件。涂層材料和附著方法有更多的選擇和更廣泛的研究空間。涂層法制備的柔性織物傳感器通常具有靈敏度高、線性好、測量范圍廣等優(yōu)點；但由于沉積或印刷過程的均勻性難以控制，涂層的導電性會受到一定程度的影響。同時，由于導電材料與織物基體之間的附著強度，存在摩擦和清洗、重復性和耐久性差的問題。此外，涂層的延伸性和延展性差會影響織物的感覺和使用性能。因此，改性導電材料是提高柔性織物傳感器耐久性和可用性的有利方向，以增強與織物的附著力，或利用織物組織結構改變導電材料的分布結構。
錫銀銅SAC錫膏 錫銀銅 SACS錫膏 錫鉍銀SnBiAg錫膏 錫鉍銀銻SnBiAgSb錫膏 錫鉍銀SnBiAgX錫膏 錫鉍SnBi錫膏 BiX 錫膏 金錫AuSn錫膏 錫銻SnSb錫膏 含鉛 SnPb錫膏 各向異性導電錫膠 微間距助焊膠
2.2 織入法
與涂層方法相比，編織方法是直接編織導電紗，獲得具有傳感性能的導電機織物或針織物。柔性織物傳感器的編織方法要求紗線具有良好的導電性、低彎曲剛度、均勻的細度和扭曲、良好的強度、延展性和柔軟性，因此關鍵在于導電紗線的選擇或制備。
圖8：編織方法示意圖。
目前，制備導電紗線的方法有兩種：
一是直接將導電纖維紡成紗線，常用的有金屬導電纖維、碳系統(tǒng)導電纖維和有機聚合物導電纖維；
二是對普通非導電紗線進行特殊處理，使其具有一定的導電性能，常用的是涂有導電紗線和復合紡絲制成的導電紗線。
柔性織物傳感器具有較好的拉伸性和延展性，主要用于制備應變傳感器和壓阻壓力傳感器。
通過探索和實驗導電紗線的制備過程，學者可以提高柔性織物傳感器的傳感和可用性。一些學者使用富銀殼的復合結構，將銀納米顆粒添加到多絲機構的彈性纖維中，然后注入銀離子，編織應變織物傳感器，具有高拉伸性和靈敏度。
圖9:美科學家直接將發(fā)光二極管和傳感器編織成紡織聚合物纖維。
目前，柔性織物傳感器的編織方法仍存在一些問題。除導電紗外，編織工藝繁瑣，生產時間成本高，導電紗強度低，彎曲剛度大，編織過程中易斷裂或損壞，影響織物傳感器的傳感性能。傳感器部件需要一定的工藝設計，以確保其完整性。紗線之間的相對滑動也會影響織物傳感器的準確性。
然而，編織方法制成的柔性織物傳感器仍然具有較高的靈敏度和線性。同時，由于織物組織結構的保留，它更接近服裝的感覺、舒適性和良好的耐久性、耐水性和其他服務性能。與可穿戴設備的集成也更加靈活，是人體監(jiān)測等智能服裝柔性織物傳感器的更佳選擇。因此，研究編織方法制備柔性織物傳感器的重要方向是簡化編織方法的生產工藝，改性導電纖維，提高紡織性能。
2.3 封裝法
包裝方法最早應用于傳感器與可穿戴設備的集成，是通過縫合或包埋將傳感器添加到智能服裝或設備中。柔性織物傳感器的生產是在織物結構中添加柔性導電膜或導電納米線，使柔性傳感器具有織物基礎。
圖10:智能服裝包埋示意圖。
柔性織物傳感器的包裝方法主要考慮柔性導電材料的選擇和織物結構的設計。集成方法相對簡單，但也存在一些問題。由于傳感器和織物相互獨立，導電材料和織物結構滯后，影響織物傳感器的測量精度，傳感器部件的拉伸和靈活性有限，降低了織物傳感器的性能和舒適性。
圖11:傳感器內部結構及貼在織物上的示意圖。
然而，將柔性傳感器件直接集成到織物中的方法可以簡化生產步驟，這是目前最有可能實現(xiàn)柔性織物傳感器批量生產的制備方法，在綜合針織監(jiān)控服裝或可穿戴設備的生產中具有一定的優(yōu)勢。因此，優(yōu)化包裝結構，減少人體活動中可能引起的傳感器滑動，提高測量精度和準確性，確保良好的穩(wěn)定性和重復性，是制備柔性織物傳感器的優(yōu)化方向。
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柔性傳感器在智能服裝中的優(yōu)缺點
3.1 柔性傳感器在智能服裝中的優(yōu)點
柔性傳感器可以在任何環(huán)境、任何時間和任何狀態(tài)下檢測人體的身體狀況。與傳統(tǒng)的檢測方法相比，其突出優(yōu)勢受客觀因素的限制較小。
柔性壓力傳感器在檢測人體運動狀態(tài)的智能服裝中具有明顯的優(yōu)勢。它可以根據(jù)人體運動時肌肉的拉伸和不同的受力點來檢測人體肌肉的力量，并敏銳地捕捉其變化。可作為專業(yè)體育訓練的測試服，調整不科學的運動模式，提高運動功能水平，有效指導運動服設計的不斷改進。柔性濕度傳感器在檢測人體汗液的智能服裝中具有明顯的優(yōu)勢。汗水可以反映老年人的健康狀況。該傳感器可以及時檢測穿著者的健康數(shù)據(jù)，主要用于老年智能服裝和醫(yī)療智能服裝。
圖12:智能運動服示意圖。
柔性溫度傳感器在檢測感知能力低的智能服裝方面具有明顯的優(yōu)勢，主要用于兒童智能服裝。當兒童體溫異常時，傳感器會及時檢測異常信息，然后傳輸?shù)礁改傅氖謾C或計算機終端設備，使兒童能夠及時就醫(yī)。柔性氣味傳感器在檢測外部危險氣體的智能服裝方面具有明顯的優(yōu)勢，能及時響應有害物質、乙醇等氣體。
圖13:兒童智能服裝示意圖。
3.2 柔性傳感器在智能服裝中的局限性和改進
與功能性服裝產品相比，柔性傳感器在智能服裝中的應用成本較高。社會基礎設施的程度與柔性傳感器的發(fā)展速度不匹配是其成本無法降低的原因，使其停留在高實驗產品中。與硬件傳感器相比，柔性傳感器采集數(shù)據(jù)的準確性相對較差。柔性傳感器需要緊密佩戴，以確保人類數(shù)據(jù)采集的準確性。如果傳感器不接近個人，就不能保證數(shù)據(jù)的可靠性，失去柔性傳感器的靈敏度。與傳統(tǒng)的服裝面料相比，它的舒適性較低。柔性是服裝中柔性傳感器的舒適性和硬性傳感器的應用，但相對而言，柔性傳感器的薄膜材料仍不同于真正柔軟的服裝面料。上述幾點在其發(fā)展過程中是不可忽略的局限性。
圖14:智能服裝藝術示意圖。
為了進入市場，大規(guī)模生產是降低成本的關鍵，由于缺乏柔性傳感器價格，使用廉價的新材料、簡單的加工技術和成熟的生產技術可以有效降低成本，其早期試驗投資不可低估，項目在社會環(huán)境中的技術成熟到一定程度，成本將降低。鑒于柔性傳感器舒適性的不足，應集中在新織物的試驗中。復合新織物是柔性傳感器的發(fā)展方向，提高柔性分布密度，滿足一定的密度要求，具有一定的緊密性，限制外部因素的干擾，使智能服裝敏感。
圖15:智能織物示意圖。
3.3 柔性傳感器在智能服裝應用中的發(fā)展前景
在特殊職業(yè)中，智能服裝具有良好的發(fā)展前景，各種柔性傳感器在智能服裝中的應用將發(fā)揮巨大的實際效益。對于沙漠環(huán)境工作人員穿的智能服裝，溫度傳感器和濕度傳感器不僅可以檢測工作人員的生活特征，還可以監(jiān)測外部惡劣環(huán)境，有利于工作人員隨時掌握自己的健康狀況和環(huán)境狀況。在此過程中，人員信息與網絡同步。當人員處于危險之中時，有利于搜救，有效降低人員傷亡率。對于極地工作人員穿的智能服裝，溫度傳感器和壓力傳感器可以分別檢測人體的溫度狀況和生活特征。當極地工作人員或探險家出現(xiàn)異常時，傳感器會及時感知，并將健康信息和坐標位置傳遞給救援隊，以便第一次獲得救援。
圖16:極地服裝示意圖。
結 語
柔性傳感器在智能服裝中的應用，讓穿著者隨時隨地了解自己的身體狀況，可以穿日常生活服裝，其發(fā)展趨勢適應社會發(fā)展趨勢。從萌發(fā)到成熟，技術的速度周期越來越短，呈指數(shù)級縮短。
來源：傳感器專家網，深圳福英達整理
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