CN107690227A - 传感器装置及制造传感器装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种传感器装置，所述传感器装置包括：第一柔性膜和第二柔性膜；多个传感器，设置在所述第一柔性膜和所述第二柔性膜之间；第一柔性印刷电路，所述第一柔性印刷电路设置在所述第一柔性膜的内侧上；第二柔性印刷电路，所述第二柔性印刷电路设置在所述第二柔性膜的内侧上；其中，所述多个传感器分别与所述第一柔性印刷电路和所述第二柔性印刷电路电连接。本发明还提供了制造传感器装置的方法。根据本发明的实施例的传感器装置和制造方法克服了传统传感器阵列的传统分布式测量网络存在布线复杂、维护困难、输出精度差的缺陷，并且本发明获得了提高传感器输出精度、保证输出信号的稳定性、同时降低工程施工难度和后期维护成本的有益效果。

Description

传感器装置及制造传感器装置的方法
技术领域
本发明涉及集成电路领域，更具体地涉及传感器装置及制造传感器装置的方法。
背景技术
随着柔性电子学的发展，柔性传感器技术已逐渐成为一项令人瞩目的高新智能交互技术，并且广泛应用于结构健康监测系统、智能仿生系统、以及医学监测中。柔性传感器技术对实现柔性接触界面、曲面和不规则形状接触界面之间的接触交互作用力的感测，以及动态分布信息的感测具有至关重要的作用。基于此技术的柔性传感器阵列是测量多种柔性接触界面及超窄间隙接触界面之间的分布信息的理想器件，表现出了极大的应用前景。
然而，柔性传感器阵列的传统分布式测量网络存在布线复杂、系统庞大、维护困难、成本较高等不足，且常常对原有构件的重量、几何完整性、物理特征(如附加质量或布线槽引起构件振动特性、应力分布的变化)造成不同程度的影响，例如导致传感器的输出精度差，此外，传统的传感器阵列易受电磁干扰的影响。因此，需要提供一种新的柔性传感器阵列及其制造方法，以极大简化传感器阵列布置工序，提高传感器输出精度。
发明内容
为了解决传统的柔性传感器阵列的分布式测量网络的各种缺陷，本发明提供了一种新的传感器装置及其制造方法。
本发明的实施例提供了一种传感器装置，其特征在于，所述传感器装置包括：第一柔性膜和第二柔性膜；多个传感器，设置在所述第一柔性膜和所述第二柔性膜之间；第一柔性印刷电路，所述第一柔性印刷电路设置在所述第一柔性膜的内侧上；第二柔性印刷电路，所述第二柔性印刷电路设置在所述第二柔性膜的内侧上；其中，所述多个传感器分别与所述第一柔性印刷电路和所述第二柔性印刷电路电连接。
根据本发明的一个实施例，其特征在于，所述第一柔性印刷电路包括多条第一导线和多个第一电极，其中，所述多条第一导线的数量与所述多个第一电极的数量相同，且一条第一导线与一个第一电极电连接；以及所述第二柔性印刷电路包括多条第二导线和多个第二电极，其中，所述多条第二导线的数量与所述多个第二电极的数量相同，且一条第二导线与一个第二电极电连接。
根据本发明的一个实施例，其特征在于，所述多个传感器的数量与所述多个第一电极数量和所述多个第二电极的数量均相同，且每一个传感器与一个第一电极和一个第二电极均电连接。
根据本发明的一个实施例，其特征在于，所述多个传感器被设置为包括多行和多列的传感器阵列。
根据本发明的一个实施例，其特征在于，所述第一柔性膜的外侧和所述第二柔性膜的外侧上均覆有铜。
本发明的实施例还提供了一种制造传感器装置的方法，其特征在于，所述方法包括：将第一柔性印刷电路设置在第一柔性膜的第一侧上；将第二柔性印刷电路设置在第二柔性膜的第二侧上；将多个传感器设置在所述第一柔性膜和所述第二柔性膜之间，其中，所述第一侧面向所述第二侧；其中，将所述多个传感器分别与所述第一柔性印刷电路和所述第二柔性印刷电路电连接。
根据本发明的一个实施例，其特征在于，所述将第一柔性印刷电路设置在第一柔性膜的第一侧上的步骤具体包括：设置所述第一柔性印刷电路使得所述第一柔性印刷电路包括多个第一导线和多个第一电极，其中，所述多条第一导线的数量与所述多个第一电极的数量相同，且一条第一导线与一个第一电极电连接。
根据本发明的一个实施例，其特征在于，所述将第二柔性印刷电路设置在第二柔性膜的第二侧上的步骤具体包括：设置所述第二柔性印刷电路使得所述第二柔性印刷电路包括多条第二导线和多个第二电极，其中，所述多条第二导线的数量与所述多个第二电极的数量相同，且一条第二导线与一个第二电极电连接。
根据本发明的一个实施例，其特征在于，所述多个传感器的数量与所述多个第一电极数量和所述多个第二电极的数量均相同，且每一个传感器与一个第一电极和一个第二电极均电连接。
根据本发明的一个实施例，其特征在于，将所述多个传感器设置为包括多行和多列的传感器阵列，在所述第一柔性膜的与所述第一侧相对的一侧上和所述第二柔性膜的与所述第二侧相对的一侧上涂覆铜。
根据本发明的实施例的传感器装置及其制造方法可有效提高传感网络的集成化程度，简化测量系统、传输网络，并且由于传感器和电路集成在柔性膜之间，可与结构很好共形，提高传感器输出精度，保证输出信号的稳定性，同时降低工程施工难度和后期维护成本。
附图说明
当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明的各个方面。应该强调的是，根据工业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制并且仅仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增加或减少。
图1示出了根据本发明的实施例的第一印刷电路膜。
图2示出了根据本发明的实施例的第二印刷电路膜。
图3示出了根据本发明的实施例制造传感器装置的方法的流程图。
具体实施方式
以下公开内容提供了许多不同实施例或实例，用于实现所提供主题的不同特征。以下将描述组件和布置的特定实例以简化本发明。当然，这些仅是实例并且不意欲限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触的实施例，也可以包括形成在第一部件和第二部件之间的附加部件使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。另外，本发明可以在多个实例中重复参考标号和/或字符。这种重复是为了简化和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
图1是根据本发明的实施例的第一印刷电路膜，图1中标记为A柔性薄膜。将集成电路印刷在空白柔性膜上以形成印刷电路膜，其中，柔性印刷电路膜可用于计算机硬盘驱动器、软盘驱动器、复印机和打印机等。柔性印刷电路膜由诸如聚酰亚胺的聚合物制成。聚酰亚胺是柔性的且耐热性良好。可根据实际设计需要来选择柔性印刷电路膜的材料及尺寸。仅是为了说明的目的而给出上述柔性印刷电路膜的示例性材料。并且，根据本发明的是柔性膜可以满足不同应用的需求，并且具有良好的耐热性和柔韧性。
在图1示出的实施例中，在第一印刷电路膜的第一侧上设置有9个传感器、与传感器的电极电连接的输出电极以及导线，其中，传感器的数量与输出电极和导线的数量相同。9个传感器布置为3行3列的阵列，其中，每一行和每一列中的传感器分别横向和纵向对齐。本发明的实施例中的传感器优选地为柔性传感器。图1中示出的输出电极通过导线连接至输出信号集成总线，并且该输出电极可选地为高电位电极。根据本发明的实施例，使用柔性印刷电路代替传统布线电路，使网络分布更加简单、清晰，同时，通过优化传感器布局可以有效减少传感器数量。
虽然图1中示出了9个传感器，但是该传感器的数量仅是实例，不应该理解为是对本发明的限制。在本发明的构思下的任何数量的传感器都在本发明的预期范围内，并且根据实际应用的需要，来确定传感器的数量以及位置分布，从而相应地确定输出电极和导线的位置分布。
根据本发明的实施例，第一印刷电路膜的与第一侧相对的第二侧上涂覆有铜，以避免传感器受外界电磁信号的干扰，保证输出信号的稳定性，提高传感器的输出精度。
可选地，第一印刷电路膜还包括与图1中示出的9个传感器一一对应的位置标记(未在图中示出)，将9个传感器相应设置在其对应的位置标记上，其中，每一个位置标记中设置一个传感器，从而使得9个传感器布置为3行3列的阵列。可选地，位置标记可以包括与传感器的形状相适应的标记框。
图2是根据本发明的实施例的第二印刷电路膜，图2中标记为B柔性薄膜。将集成电路印刷在空白柔性膜上以形成第二印刷电路膜。图2中示出的第二印刷电路膜与图1中的第一印刷电路膜类似，为了简洁，在此省略其详细描述。
在图2示出的实施例中，在第二印刷电路膜的第一侧上设置有9个传感器、与传感器的电极电连接的输出电极以及导线，其中，传感器的数量与输出电极和导线的数量相同。9个传感器布置为3行3列的阵列，其中，每一行和每一列中的传感器分别横向和纵向对齐。本发明的实施例中的传感器优选地为柔性传感器。图2中示出的输出电极通过导线连接至接地端，并且该输出电极可选地为低电位电极。根据本发明的实施例，使用柔性印刷电路代替传统布线电路，使网络分布更加简单、清晰，同时，通过优化传感器布局可以有效减少传感器数量。
虽然图2中示出了9个传感器，但是该传感器的数量仅是实例，不应该理解为是对本发明的限制。在本发明的构思下的任何数量的传感器都在本发明的预期范围内，并且根据实际应用的需要，来确定传感器的数量以及位置分布，从而相应地确定输出电极和导线的位置分布。
根据本发明的实施例，第二印刷电路膜的与第一侧相对的第二侧上涂覆有铜，以避免传感器受外界电磁信号的干扰，保证输出信号的稳定性，提高传感器的输出精度。
可选地，第二印刷电路膜还包括与图2中示出的9个传感器一一对应的位置标记(未在图中示出)，将9个传感器相应设置在其对应的位置标记上，其中，每一个位置标记中设置一个传感器，从而使得9个传感器布置为3行3列的阵列。可选地，位置标记可以包括与传感器的形状相适应的标记框。
根据本发明的实施例，图1中示出的第一印刷电路膜的第一侧与图2中示出的第二印刷电路膜的第一侧接合在一起，其中，当传感器设置在第一印刷电路膜上时，图2中的第二印刷电路膜上不存在传感器，但是第二印刷电路膜上设置有与传感器的形状相适应的标记框，以使传感器的电极连接至第二印刷电路膜上的输出电极，反之亦然。在可选的实施例中，第一印刷电路膜与第二印刷电路膜通过电绝缘胶接合，并且在接合之后，去除多余的柔性膜，以满足安装需要。根据本发明的实施例，将柔性传感器网络集成在柔性膜上，有效实现传感网络模块化、集成化、轻量化，易于与构件一体化共型。
图3示出了根据本发明的实施例制造传感器装置的方法的流程图。
方法开始于步骤301，其中，根据实际工程需求(例如，包括对于传感器的类型、传感器的数量、电路的分布等)，在两个空白柔性膜上分别确定传感器布置位置、印刷导线的位置、传感器输出电极的位置分布，即设置传感器的位置标记、导线的位置标记、传感器输出电极的位置标记等。
方法进行至步骤302，利用柔性印刷技术在两个柔性膜的相应位置标记上印制导线以及输出电极，并且根据传感器的形状在传感器的位置标记上印制与传感器形状相符的轮廓，诸如印制传感器位置标记框，其中，传感器位置标记框布置为横向、纵向分别对齐的阵列。步骤302还包括制作传感器输出电极(例如，包括高电位电极、低电位电极)的操作，其中，利用焊接技术制作传感器的输出电极。作为本领域的技术人员应该注意到，当高电位电极设置在其中一个柔性膜上时，另一柔性膜上设置低电位电极。步骤302还包括在两个柔性膜上的与设置各个位置标记的一侧相对的一侧上覆铜。
方法进行至步骤303，将传感器固定在传感器位置标记框上以形成传感器阵列，其中例如，通过强力电绝缘胶将传感器与柔性膜平整固定，并且持续一段时间，诸如约10分钟至约15分钟。可选地，本发明的实施例中的传感器为柔性传感器。作为本领域的技术人员应该注意到，当传感器设置在其中一个柔性膜上时，另一柔性膜上不设置传感器，并且该另一柔性膜上的传感器的位置标记框与所设置的传感器对准。此外，步骤303还包括使用万用表欧姆档检测电路导通情况，以确保电路完好。
方法进行至步骤304，将两个柔性膜的设置有各个位置标记的一侧接合在一起，并且在两个柔性膜接合时，传感器的电极可以连接至该另一柔性膜上的输出电极。在可选的实施例中，在设置好传感器阵列的同一侧上刷强力电绝缘胶，并与该另一柔性膜平整胶合，并且放置一段时间，诸如约10分钟至约20分钟。步骤304还可以可选地包括用万用表欧姆档检测电路导通情况的操作，以确保电路完好。之后，根据实际安装要求，将多余的柔性膜切除，以完成传感器装置的制作过程。
根据本发明的实施例的柔性传感器的整体封装工艺，极大简化了传感器阵列布置工序，提高了传感器输出精度。利用柔性印刷电路，将传感器与传感电路集成在柔性膜上，实现了传感网络与待测结构的共形，实现了结构一体化的传感器。使用柔性印刷电路代替传统布线电路，使网络分布更加简单、清晰，同时，通过优化传感器布局可以有效减少传感器数量。
根据本发明的实施例，将柔性传感器网络集成在柔性膜上，有效实现传感网络模块化、集成化、轻量化，易于与构件一体化共型。
根据本发明的实施例，通过表面覆铜工艺，解决了传感器易受电磁干扰的问题，并且进一步提高了传感器输出信号的稳定性，从而提高传感器的输出精度。
本发明的实施例可适用于结构健康监测系统中传感网络的封装，智能仿生系统中的“皮肤”感知系统的封装，用于医学检测中体征监测传感网络的封装等。
上面论述了若干实施例的部件，使得本领域普通技术人员可以更好地理解本发明的各个实施例。本领域普通技术人员应该理解，可以很容易地使用本发明作为基础来设计或更改其他用于达到与这里所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点的处理和结构。本领域普通技术人员也应该意识到，这种等效构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。

Claims (10)

1.一种传感器装置，其特征在于，所述传感器装置包括：
第一柔性膜和第二柔性膜；
多个传感器，设置在所述第一柔性膜和所述第二柔性膜之间；
第一柔性印刷电路，所述第一柔性印刷电路设置在所述第一柔性膜的内侧上；
第二柔性印刷电路，所述第二柔性印刷电路设置在所述第二柔性膜的内侧上；
其中，所述多个传感器分别与所述第一柔性印刷电路和所述第二柔性印刷电路电连接。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，
所述第一柔性印刷电路包括多条第一导线和多个第一电极，其中，所述多条第一导线的数量与所述多个第一电极的数量相同，且一条第一导线与一个第一电极电连接；以及
所述第二柔性印刷电路包括多条第二导线和多个第二电极，其中，所述多条第二导线的数量与所述多个第二电极的数量相同，且一条第二导线与一个第二电极电连接。
3.根据权利要求2所述的传感器装置，其特征在于，所述多个传感器的数量与所述多个第一电极数量和所述多个第二电极的数量均相同，且每一个传感器与一个第一电极和一个第二电极均电连接。
4.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述多个传感器被设置为包括多行和多列的传感器阵列。
5.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述第一柔性膜的外侧和所述第二柔性膜的外侧上均覆有铜。
6.一种制造传感器装置的方法，其特征在于，所述方法包括：
将第一柔性印刷电路设置在第一柔性膜的第一侧上；
将第二柔性印刷电路设置在第二柔性膜的第二侧上；
将多个传感器设置在所述第一柔性膜和所述第二柔性膜之间，其中，所述第一侧面向所述第二侧；
其中，将所述多个传感器分别与所述第一柔性印刷电路和所述第二柔性印刷电路电连接。
7.根据权利要求6所述的制造传感器装置的方法，其特征在于，所述将第一柔性印刷电路设置在第一柔性膜的第一侧上的步骤具体包括：
设置所述第一柔性印刷电路使得所述第一柔性印刷电路包括多个第一导线和多个第一电极，其中，所述多条第一导线的数量与所述多个第一电极的数量相同，且一条第一导线与一个第一电极电连接。
8.根据权利要求7所述的制造传感器装置的方法，其特征在于，所述将第二柔性印刷电路设置在第二柔性膜的第二侧上的步骤具体包括：
设置所述第二柔性印刷电路使得所述第二柔性印刷电路包括多条第二导线和多个第二电极，其中，所述多条第二导线的数量与所述多个第二电极的数量相同，且一条第二导线与一个第二电极电连接。
9.根据权利要求7所述的制造传感器装置的方法，其特征在于，所述多个传感器的数量与所述多个第一电极数量和所述多个第二电极的数量均相同，且每一个传感器与一个第一电极和一个第二电极均电连接。
10.根据权利要求6所述的制造传感器装置的方法，其特征在于，将所述多个传感器设置为包括多行和多列的传感器阵列，在所述第一柔性膜的与所述第一侧相对的一侧上和所述第二柔性膜的与所述第二侧相对的一侧上涂覆铜。
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