CN107539040A - 一种基于银导电胶的电容式传感装置及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于银导电胶的电容式传感装置及其制作方法：该装置以银导电胶为材料的叉指型传感器能在环氧树脂层上具有良好的粘附性以及良好的导电性，使用寿命降高，测量准确，体积小，质量小，使用的银导电胶能在环氧树脂层上形成良好的粘附性，其导电性也能满足预期要求，该制作方法工艺简单，成本较低，环保节能；该方法，对轮胎进行力及热仿真分析，找出叉指型电容式传感器在轮胎中的最佳安装位置；设计出传感器电路图形及模具尺寸；制作模具；涂覆环氧树脂层；贴附模具；滴涂导电胶，固化，去除模具，得到基于银导电胶的电容式传感器；该装置使用寿命降高，测量准确，体积小，质量小，该制作方法工艺简单，成本较低，环保节能。

Description

一种基于银导电胶的电容式传感装置及其制作方法

技术领域

本发明涉及汽车电子技术，具体是一种基于银导电胶的电容式传感装置及其制作方法。

背景技术

汽车在行驶过程中通过轮胎与地面直接接触，因此轮胎的性能直接决定了汽车的安全性能。车辆轮胎分为有内胎轮胎和无内胎轮胎，有内胎轮胎广泛运用于大型车辆或者对舒适度要求不是很高的车辆中。无内胎轮胎防振以及防爆胎性能都优于前者，目前的轿车轮胎基本都是无内胎轮胎。随着电子信息技术的发展，轮胎智能化已经是轮胎的一种发展趋势。所谓轮胎智能化就是在轮胎内部植入传感器使其能够实时监测轮胎在行驶过程中产生的温度以及轮胎胎压状况，从而实时反映到车身使得驾驶员能够了解轮胎的工作情况进而能够避免一系列由于轮胎而引起的交通事故。

轮胎内部是一个极其复杂的环境，安装在轮胎内部的传感器要经受住多重应力的循环破坏。车辆在行驶过程中，轮胎与地面摩擦产生大量的热，最高温度能达到100℃以上。此外，车辆在行驶过程中轮胎高处于速旋转状态，安装在轮胎内部的传感器除了受到热冲击外还受到较大的离心力作用。这就要求传感器要经受住热冲击的同时，能够承受住较大的离心力作用。电容式传感器结构简单、体积小、适应性较强且温度稳定性好，可以在高温高湿等复杂环境下实现非接触测量。变极距式电容传感器利用由压力引起的极距的变化从而导致电容的变化来准确测量轮胎胎压的变化。当前，基于电容式传感器的胎压监测系统已层出不穷。相关的实现方法也不一样。如：利用光刻技术或者3D打印技术以铜或者银纳米墨水为材料，将传感器图形制作在某一衬底上，再将该衬底通过粘合胶粘附在轮胎内表面，该种方法称之为“补丁”型。另外一种是把轮胎内部结构中的相邻钢丝以及钢丝之间的橡胶组成轮胎阻抗，轮胎压力的变化会导致钢丝之间距离的变化，从而引起轮胎阻抗值的变化。银纳米墨水是一种以银纳米颗粒为溶质，以其他材料为溶液按照一定比例配成的金属墨水。其广泛应用于印刷电子领域尤其是运用于3D打印行业中。3D打印将银纳米墨水打印在不规则的物体上形成所需要的电路图形从而省去PCB，使得物体能够实现其原有的功能之外还兼有一定的电学功能即所谓的“结构电子”。结构电子是指将电子器件和电路部分直接做在某物体结构当中，而省去体积、质量相对较大的PCB，使之既能够保持其原有的力学或其他性能，又能因为电子电路的植入而实现一定的电学功能，同时也能因为结构电子的实现而减小了电子电路部分所占的体积及其质量。将电容式传感器及其相关互联导线一次性做在轮胎内表面上，减小其整体质量，使其能够准确地测量轮胎胎压变化情况。

现有的“补丁”型电容式传感器实现方法，利用刻蚀技术将电容式传感器图形刻蚀在柔性环氧树脂衬底上，然后用粘合剂将该衬底粘合在轮胎内表面上，再通过质量、体积较大的铝或者铜导线将传感器与外界电路相连。然而，轮胎在工作过程中会产生较高的温度以及较大的离心力，温度循环及离心力的作用会导致传感器的使用寿命降低，测量不准确。质量较大的“补丁”型电容式传感器及其互连导线未能达到预期的使用寿命及测量精度。现有的利用轮胎内部结构中的相邻钢丝以及钢丝之间的橡胶组成轮胎阻抗自身结构作为传感器的方法，需要改变轮胎的制作工艺，使得成本大大升高。

现有的3D打印技术能在一定空间内打印出所需要的电路图形，然而轮胎内部三面封闭、内表面不光滑，目前的3D打印喷头无法在狭小的轮胎内部打印出所要求的传感器图形。此外，银纳米墨水经3D打印机打印在物体表面之后需将其形成的传感器电路图形进行热处理以提高银纳米导电图形的导电性能，一般的热处理温度为200℃左右。然而，轮胎材料是橡胶材料，在经过高温热处理时其内表面必定遭到破坏而降低其原有的功能，该制作方法工艺复杂，成本较高。

一种以银粉与环氧树脂为基材配置成的银导电胶能够在物体表面形成电路图形后快速固化，且其导电性能达到所预期的目标，该银导电胶固化后能承受住轮胎在行驶过程所产生的热及其离心应力所带来的破坏，该制作方法工艺简单，成本较低，达到了节能环保的要求。

发明内容

针对上述技术的不足，本发明一种基于银导电胶的电容式传感装置及其制作方法，该装置使用寿命高，测量准确，体积小，质量小，该制作方法工艺简单，成本较低，环保节能。

实现本发明目的的技术方案是：

一种基于银导电胶的电容式传感装置，包括叉指型电容式传感器、导线和焊盘；叉指型电容式传感器通过导线和焊盘相连接，并安装在轮胎的内部；叉指型电容式传感器感测轮胎胎压，通过使用焊盘与外电路进行连接；

所述叉指型电容式传感器及其互连导线材料为常温条件下固化的银导电胶。

所述的固化银导电胶以银粉为溶质，以含有环氧树脂成分为溶液；环氧树脂成分固化后能将银颗粒溶质紧密地结合，使得其形成的导线图形具有良好的导电性；

所述环氧树脂为常温快速固化的柔性环氧树脂胶。

一种基于银导电胶的电容式传感器的制作方法，包含如下步骤：

1）对轮胎进行力及热仿真分析，找出叉指型电容式传感器在轮胎中的最佳安装位置；

2）设计出传感器电路图形及模具尺寸；

3）以单面导电铜箔胶带为模具材料，在铜箔上旋转涂覆光刻胶，轻度固化，曝光光刻胶，刻蚀铜层，去除铜层表面上的光刻胶，得到带有电容式传感器电路图形通槽的模具；

4）在轮胎内表面传感器安装位置涂覆一层柔性环氧树脂并将其固化；

5）将铜箔胶带贴附在环氧树脂层上，反复滚压使其完全贴附在环氧树脂层上；

6）在容器中配制银导电胶，用针筒将其滴涂在铜箔胶带上，并反复刮压2-3遍，使其均匀填充在铜箔胶带的传感器图形通槽里，待其固化后取下铜箔胶带模具，得到基于银导电胶的电容式传感器。

步骤1）中，对轮胎进行热力仿真，找出的传感器最佳安装位置，轮胎在工作过程中产生的温度最小，最大程度降低了温度对传感器的精度的影响；此外轮胎在该位置产生的形变也最小，传感器装置在该形变条件下，导线不会被拉断。

步骤2）中，所设计出的电容式传感器其指状电极与导线互相平行，其电极尽量长，提高了传感器装置的测量精度，其外形尺寸由步骤1）中分析出的传感器安装位置所决定，整个传感器要被包含在轮胎传感器安装区域内。

有益效果

本发明提供一种基于银导电胶的电容式传感装置及其制作方法：该装置以银导电胶为材料的叉指型传感器能在环氧树脂层上具有良好的粘附性以及良好的导电性，使用寿命降高，测量准确，体积小，质量小，使用的银导电胶能在环氧树脂层上形成良好的粘附性，其导电性也能满足预期要求，该制作方法工艺简单，成本较低，环保节能；该方法，对轮胎进行力及热仿真分析，找出叉指型电容式传感器在轮胎中的最佳安装位置；设计出传感器电路图形及模具尺寸；制作模具；涂覆环氧树脂层；贴附模具；滴涂导电胶，固化，去除模具，得到基于银导电胶的电容式传感器；该装置使用寿命降高，测量准确，体积小，质量小，该制作方法工艺简单，成本较低，环保节能。

附图说明

图1装置示意图

图2 制作流程图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐释，但不是对本发明的限定。

实施例1

如图1所示：

一种基于银导电胶的电容式传感装置，包括叉指型电容式传感器、导线和焊盘；叉指型电容式传感器通过导线和焊盘相连接，并安装在轮胎的内部；叉指型电容式传感器1感测轮胎胎压，通过使用焊盘与外电路进行连接；

所述叉指型电容式传感器及其互连导线的材料为常温条件下固化的银导电胶；

所述的固化银导电胶以银粉为溶质，以含有环氧树脂成分为溶液；环氧树脂成分固化后能将银颗粒溶质紧密地结合，使得其形成的导线图形具有良好的导电性；

所述环氧树脂为常温快速固化的柔性环氧树脂胶。

一种基于银导电胶的电容式传感器的制作方法，包含如下步骤：

1）对轮胎进行力及热仿真分析，找出叉指型电容式传感器在轮胎中的最佳安装位置；

2）设计出传感器电路图形及模具尺寸；

3）以单面导电铜箔胶带为模具材料，在铜箔上旋转涂覆光刻胶，轻度固化，曝光光刻胶，刻蚀铜层，去除铜层表面上的光刻胶，得到带有电容式传感器电路图形通槽的模具；

4）在轮胎内表面传感器安装位置涂覆一层柔性环氧树脂并将其固化；

5）将铜箔胶带贴附在环氧树脂层上，反复滚压使其完全贴附在环氧树脂层上；

6）在容器中配制银导电胶，用针筒将其滴涂在铜箔胶带上，并反复刮压2-3遍，使其均匀填充在铜箔胶带的传感器图形通槽里，待其固化后取下铜箔胶带模具，得到基于银导电胶的电容式传感器。

步骤1）中，对轮胎进行热力仿真，找出的传感器最佳安装位置，轮胎在工作过程中产生的温度最小，最大程度降低了温度对传感器的精度的影响；此外轮胎在该位置产生的形变也最小，传感器装置在该形变条件下，导线不会被拉断。

步骤2）中，所设计出的电容式传感器其指状电极与导线互相平行，其电极尽量长，提高了传感器装置的测量精度，其外形尺寸由步骤1）中分析出的传感器安装位置所决定，整个传感器要被包含在轮胎传感器安装区域内。

制作流程如图2所示：

S101：提供轮胎，并根据仿真分析结果定义出传感器安装位置；

S103：提供单面导电铜箔胶带，在铜箔上旋转涂覆光刻胶，轻度固化，曝光光刻胶，刻蚀铜层，去除铜层表面上的光刻胶，得到带有电容式传感器电路图形通槽的模具；

S104：对模具进行检测，若合格则继续后续步骤，若不合格则返回S102步骤；

S105：提供常温条件固化柔性环氧树脂，并在轮胎相关区域涂覆一层该环氧树脂层，固化；

S106：将已加工好的铜箔胶带模具贴附在环氧树脂层上，反复滚压，使其无缝隙地贴附在环氧树脂层上；

S107：提供室温条件下固化的银导电胶，并将其涂覆在铜箔胶带模具上，用刮片反复刮压3-5次，使其充分填充模具通槽，并将其固化；

S108：小心取下模具；

S109：对传感器进行检测，若合格则完成基于银导电胶在轮胎内表面上的制作，若不合格则返回步骤S106。

Claims (6)

1.一种基于银导电胶的电容式传感装置，其特征在于，包括叉指型电容式传感器、导线和焊盘；叉指型电容式传感器通过导线和焊盘相连接，并安装在轮胎的内部；叉指型电容式传感器感测轮胎胎压，通过使用焊盘与外电路进行连接。

2.根据权利要求1所述的基于银导电胶的电容式传感装置，其特征在于，所述叉指型电容式传感器及其互连导线材料为常温条件下固化的银导电胶。

3.根据权利要求1所述的基于银导电胶的电容式传感装置，其特征在于，所述的固化银导电胶以银粉为溶质，以含有环氧树脂成分为溶液；环氧树脂成分固化后能将银颗粒溶质紧密地结合，使得其形成的导线图形具有良好的导电性；

所述环氧树脂为常温快速固化的柔性环氧树脂胶。

4.一种基于银导电胶的电容式传感器的制作方法，其特征在于，包含如下步骤：

1）对轮胎进行力及热仿真分析，找出叉指型电容式传感器在轮胎中的最佳安装位置；

2）设计出传感器电路图形及模具尺寸；

3）以单面导电铜箔胶带为模具材料，在铜箔上旋转涂覆光刻胶，轻度固化，曝光光刻胶，刻蚀铜层，去除铜层表面上的光刻胶，得到带有电容式传感器电路图形通槽的模具；

4）在轮胎内表面传感器安装位置涂覆一层柔性环氧树脂并将其固化；

5）将铜箔胶带贴附在环氧树脂层上，反复滚压使其完全贴附在环氧树脂层上；

6）在容器中配制银导电胶，用针筒将其滴涂在铜箔胶带上，并反复刮压2-3遍，使其均匀填充在铜箔胶带的传感器图形通槽里，待其固化后取下铜箔胶带模具，得到基于银导电胶的电容式传感器。

5.根据权利要求4所述的基于银导电胶的电容式传感器的制作方法，其特征在于，步骤1）中，对轮胎进行热力仿真，找出的传感器最佳安装位置，轮胎在工作过程中产生的温度最小，最大程度降低了温度对传感器的精度的影响；此外轮胎在该位置产生的形变也最小，传感器装置在该形变条件下，导线不会被拉断。

6.根据权利要求4所述的基于银导电胶的电容式传感器的制作方法，其特征在于，步骤2）中，所设计出的电容式传感器其指状电极与导线互相平行，其电极尽量长，提高了传感器装置的测量精度，其外形尺寸由步骤1）中分析出的传感器安装位置所决定，整个传感器要被包含在轮胎传感器安装区域内。