CN109987571A - 传感器阵列系统及制造方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种传感器阵列系统及制造方法，包括：传感器、集成电路以及基底；所述基底设置于所述传感器与所述集成电路之间，用于隔开所述传感器与所述集成电路，所述传感器的通电端通过连接部件与所述集成电路电连接。通过将传感器和集成电路分别设置在基底的两侧，从而实现了传感器和集成电路不位于同一平面，不位于同一平面的传感器和集成电路可通过连接部件来实现电连接，不影响传感器的功能实现。可拆分制作和封装使传感器和集成电路可以独立制作而不会相互干扰，这样可以提高传感器阵列系统制作的时效和性能。

Description

传感器阵列系统及制造方法

技术领域

本申请涉及传感器领域，具体而言，涉及一种传感器阵列系统及制造方法。

背景技术

传感器阵列是一组传感器，可以通过某种几何图案部署，用于收集和处理电磁或声学信号。相对单一传感器，传感器阵列的优点在于，阵列为观测增加了新的维度，有助于获取更多参数并提高性能。针对检测对象的表面形状位置不同，为了提高接触面交互作用的动态分布检测的精确度，传感器阵列研究的重要性与日俱增，传感器阵列广泛应用于生物力学，电子皮肤，人机工程等先进领域。

现有技术中，在制造传感器阵列和集成电路时，需要在同一平面基板上先后制造，制造时间过长，并且制作过程中不可避免会产生互相干扰，影响传感器阵列系统的性能。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种传感器阵列系统及制造方法，用以改善现有技术中的传感器阵列系统制造时长过长，且不可避免地产生相互干扰的不足。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

第一方面，本申请提供了一种传感器阵列系统，所述传感器阵列系统包括：传感器、集成电路以及基底；所述基底设置于所述传感器与所述集成电路之间，用于隔开所述传感器的电极与所述集成电路，所述传感器的通电端通过连接部件与所述集成电路键合连接。

通过将传感器和集成电路分别设置在基底的两侧，从而实现了传感器和集成电路不位于同一平面，不位于同一平面的传感器和集成电路可通过连接部件来实现电连接，不影响传感器的功能实现。由于传感器和集成电路不位于同一平面，因此传感器和集成电路可以在同一时间段内同时制造而不会相互干扰，进而可以缩短传感器阵列系统的制造时长。

可选地，上述的传感器阵列系统中，所述基底开设有通孔，所述连接部件为所述通孔中填充的导电材料。

通过在基底开设通孔，并在通孔中填充导电材料的方式来实现传感器电极与集成电路之间的键合，由于通孔中的导电材料密闭性较好，可减少恶劣环境对传感器与集成电路的电连接可靠性的影响，延长传感器阵列系统的使用寿命。通孔可通过垂直于基底表面的方式设置，也可以与基底表面呈一定的角度。通孔与基底所成的角度不应该理解为是对本申请的限制。

可选地，上述的传感器阵列系统中，所述传感器为压力传感器，所述压力传感器设置于所述基底的远离所述集成电路的表面。

压力传感器设置在基底的远离集成电路的表面，使得压力传感器的布线以及集成电路上多器件的集成更加灵活可靠。传感器可以为压力传感器，也可以为其他类型的传感器，如温度传感器、湿度传感器以及气体传感器等。传感器的具体类型不应该理解为是对本申请的限制。

可选地，上述的传感器阵列系统中，还包括弹性薄膜层，所述弹性薄膜层设置于所述基底的远离所述集成电路的一侧，且所述弹性薄膜层覆盖所述传感器。

弹性薄膜层具体可以覆盖传感器的叉指电极层，弹性薄膜层作为压力传感器的顶层，可以在准确传导压力的同时对压力传感器的电极层起到保护的作用。

可选地，上述的传感器阵列系统中，所述传感器的电极材料包括碳材料或金属材料，所述碳材料为石墨烯、功能化石墨烯、碳纳米管、碳纤维、富勒烯、活性炭中的任一种；所述金属材料为金、银、铜、镍、铝中的任一种。压力传感器的具体类型不应该理解为是对本申请的限制。

可选地，上述的传感器阵列系统中，所述压力传感器中的电极以叉指结构的形式设置于所述基底的远离所述集成电路的表面。通过叉指结构的设计可以减小体压阻效应来提高传感器的稳定性。

可选地，上述的传感器阵列系统中，所述基底为由预设聚合物与固化剂混合形成的弹性薄膜。

可选地，上述的传感器阵列系统中，所述预设聚合物包括聚二甲基硅氧烷、聚氨酯或硅胶。

基底可以是由预设聚合物与固化剂混合形成的弹性薄膜，其中预设聚合物可以包括聚二甲基硅氧烷、聚氨酯或硅胶。

可选地，上述的传感器阵列系统中，所述导电材料包括碳材料或金属材料，所述碳材料为石墨烯、功能化石墨烯、碳纳米管、碳纤维、富勒烯、活性炭中的任一种；所述金属材料为金、银、铜、镍、铝中的任一种，导电材料的具体材料不应该理解为是对本申请的限制。

第二方面，本申请提供了一种传感器阵列系统制造方法，用于制造上述的传感器阵列系统，所述方法包括：将预设聚合物与固化剂混合，形成基底；在所述基底的第一表面设置传感器；在所述基底的第二表面设置集成电路；设置连接部件，所述连接部件用于连接设置于所述第一表面的传感器，以及设置于所述第二表面的集成电路。

所述连接部件为导电材料，所述设置连接部件，包括：在所述基底开设通孔，并在所述通孔中填充导电材料，其中，所述导电材料的第一端与所述传感器的通电端接触，所述导电材料的第二端与所述集成电路的预先设置的电路接触。

在一种具体实施方式中，传感器阵列系统还可以通过如下方式制造：利用预设聚合物与固化剂混合，形成基底；在所述基底开设通孔，并在所述通孔中填充导电材料；在所述基底的第一表面设置传感器，使所述传感器的通电端与所述通孔的位置对应；将所述基底的远离所述传感器的第二表面与集成电路键合，使所述通孔与所述集成电路的预设设置的电路对应。

在基底开设通孔，并在通孔中填充导电材料，利用通孔中的导电材料实现基底第一表面的传感器的电极层与基底的第二表面的集成电路之间的导通，可降低导线的布线难度，减少布线从而提高信号传输速度，使得第一表面的传感器可以更加灵活的布设，第二表面的集成电路上的器件集成也更加灵活。

附图说明

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

图1是本申请实施例提供的传感器阵列系统的部分截面图；

图2是本申请实施例提供的传感器阵列系统的截面图；

图3是本申请实施例提供的传感器阵列系统的俯视图；

图4是本申请实施例提供的传感器阵列系统的立体结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种传感器阵列系统制造方法的流程图；

图6是本申请实施例提供的另一种传感器阵列系统制造方法的流程图。

图标：传感器阵列系统100；传感器110；通电端111；集成电路120；基底130；连接部件140；弹性薄膜层150。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

现有的传感器阵列系统中包括传感器阵列和印刷集成电路，且两者位于同一个平面基板上。在制造现有的传感器阵列系统时，存在制造工艺复杂，而且容易相互干扰，损坏的风险较高，而且一体化设计使得现有的传感器阵列系统几乎没有后续修改的可能性，维修成本较高，也不利于多功能高密度集成化。

现有技术中存在的上述缺陷，本申请人认为均是申请人在经过实践并仔细研究后得出的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本申请实施例针对上述问题所提出的解决方案，都应该是申请人在本申请过程中对本申请做出的贡献。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供了如下的传感器阵列系统，下面将结合附图，对本申请实施例中的传感器阵列系统进行详细介绍。

实施例

请参见图1，图1是本申请实施例提供的传感器阵列系统的部分截面图，其示出了本申请实施例提供的一种传感器阵列系统100，该传感器阵列系统100包括传感器110、集成电路120以及基底130。基底130设置于传感器110与集成电路120之间，可以隔开传感器110与集成电路120。传感器110的通电端111通过连接部件140与集成电路120电连接。

图3是本申请实施例提供的传感器阵列系统的俯视图，图4是本申请实施例提供的传感器阵列系统的立体结构示意图；请参见图3和图4，在一种具体实施方式中，传感器110可以为压力传感器，压力传感器设置在基底130的远离集成电路120的表面，且压力传感器可以通过叉指结构的形式设置在基底130的表面，如图3和图4示出的长方形状的叉指结构，长方形状叉指结构的远离交叉位置的一侧可以为通电端111。可以理解，压力传感器可以是成对出现的叉指结构，除了长方形叉指结构外，还可以是圆形叉指状结构或梳状叉指结构，压力传感器的叉指结构的具体类型不应该理解为是对本申请的限制。叉指结构的设计可以减小体压阻效应，提高传感器110的稳定性。

可以理解，压力传感器的电极结构也可以不是叉指结构的，例如为长方体状结构和圆饼状结构，压力传感器的电极结构的具体形状不应该理解为是对本申请的限制。

压力传感器具体可以是石墨烯压力传感器，石墨烯作为新型碳材料，原材料产地丰富，具有高效的电子迁移率(对于石墨烯，该性能等同于高效的电子迁移率)、可弯折性以及稳定的化学性质，作为导电浆料有较大优势。

可以理解，压力传感器的电极材料也可以为其他材料，例如，压力传感器的电极材料可以包括碳材料或金属材料，所述碳材料为石墨烯、功能化石墨烯、碳纳米管、碳纤维、富勒烯、活性炭中的任一种；所述金属材料为金、银、铜、镍、铝中的任一种。压力传感器的具体类型不应该理解为是对本申请的限制。

在一种具体实施方式中，传感器110可以为其他类型的传感器，例如气体传感器、温度传感器、光电传感器，上述传感器均可以设置在基底130的表面，且上述传感器的通电引脚分布的位置可以与压力传感器的通电端111的位置一致。

在本申请的一种具体实施方式中，还可以包括弹性薄膜层150，请参见图2和图4，弹性薄膜层150设置在基底130的远离集成电路120的一侧(如图2示出的上侧)，且弹性薄膜层150可覆盖并包裹压力传感器。弹性薄膜层150可以是由聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，简称PDMS)与固化剂通过预定比例混合形成。

可以理解，在本申请的一种具体实施方式中，传感器110可以是测量压力的压力传感器，也可以是测量其他量的传感器110，如温度传感器、湿度传感器、气体传感器等。传感器110的具体类型不应该理解为是对本申请的限制。对于温度传感器、湿度传感器以及气体传感器来说，可以不设置覆盖传感器110的弹性薄膜层150。

在一种具体实施方式中，集成电路120的表面可以根据欲实现的功能布设与欲实现功能相对应的电路，如集成电路120欲实现压力传感器对外部施加力的压力检测，则集成电路120的表面可以布设与对外部施加力的压力检测相对应的电路；如集成电路120欲实现温度传感器对外界温度的检测，则集成电路120的表面可以布设与对外界温度检测相对应的电路。

在一种具体实施方式中，集成电路120表面布设的电路可通过连接部件140与传感器110的通电端111电连接，为传感器110通电，使得传感器110可以正常运行。

基底130可以是由预设聚合物与固化剂混合形成的弹性薄膜，作为基底130成分的预设聚合物可以是聚二甲基硅氧烷、聚氨酯或硅胶。

请参见图2和图4，基底130开设有通孔，连接部件140可以是通孔中填充的导电材料。应理解，图1、图2和图4中仅示出了连接部件140是通孔中填充的导电材料的例子，但本申请实施例并不限于此，在一种具体实施方式中，连接部件140也可以是穿过通孔的导线，也可以是从基底130的侧边经过的导线。连接部件140的具体类型不应该理解为是对本申请的限制。导电材料可以包括碳材料或金属材料，所述碳材料为石墨烯、功能化石墨烯、碳纳米管、碳纤维、富勒烯、活性炭中的任一种；所述金属材料为金、银、铜、镍、铝中的任一种，导电材料也可以是导线。

本申请实施例提供的传感器阵列系统100的工作原理为：

传感器110与集成电路120被基底130隔开，传感器110可以布设在基底130的表面，基底130的远离传感器110的一侧与集成电路120相接触，集成电路120的表面布设有电路。

在一种具体实施方式中，基底130开设有通孔，通孔内填充有导电材料。传感器110通过通孔中的导电材料与集成电路120表面布设的电路电连接。

由于通孔中的导电材料密闭性较好，可减少恶劣环境对传感器110与集成电路120的电连接可靠性的影响，延长传感器阵列系统100的使用寿命。器件的集成更灵活，提高后续集成电路120修改的可能性，可实现多功能传感器110高密度集成，如传感器110阵列中的传感器110类型可以相同，也可以不相同。

在一种具体实施方式中，传感器110和集成电路120可以通过从基底130侧面经过的导线实现电连接。利用从基底130侧面经过的导线实现传感器110与集成电路120两者的电连接，成本较低，工艺难度较小。

请参见图2，可以通过阵列的方式将离散的传感器110相互连接，从而精确测量大面积的物理参数，提高整个传感器110阵列的灵敏度和精度，实现多维方向多阶量程的感知以及信号的分布探测。

通过将传感器110和集成电路120分别设置在基底130的两侧，从而实现了传感器110和集成电路120不位于同一平面，不位于同一平面的传感器110和集成电路120可通过连接部件140来实现电连接，不影响传感器110的功能实现。由于传感器110和集成电路120不位于同一平面，因此传感器110和集成电路120的制造过程相互独立，可以在同一时间段内同时制造而不会相互干扰，且可以缩短传感器阵列系统100的制造时长。本申请的制造工艺较为简单，成本较低，适用于大规模工业化生产。

请参见图5，在本申请实施例的一种实施方式中，提供了一种传感器阵列系统100制造方法，包括如下步骤：

步骤S10，将预设聚合物与固化剂混合，形成基底130。

步骤S20，在所述基底130的第一表面设置传感器110。

步骤S30，在所述基底130的第二表面设置集成电路120。

步骤S40，设置连接部件140，所述连接部件140用于连接设置于所述第一表面的传感器110，以及设置于所述第二表面的集成电路120。

在一种具体实施方式中，连接部件140可以为导线，在连接部件140为导线时，可以先在基底130的第一表面设置传感器110，在基底130的第二表面设置集成电路120，然后再用导线连通传感器110和集成电路120。

在一种具体实施方式中，连接部件140也可以是导电材料，在连接部件140为导电材料时，可以先在基底130开设通孔，然后在通孔中填充导电材料。然后在基底130的第一表面设置传感器110，使传感器110的通电端111与导电材料的第一端接触，在基底130的第二表面设置集成电路120，集成电路120上可预先设置有电路，使电路与导电材料的第二端接触。第一端为图1示出的连接部件140的上端，第二端为图1示出的连接部件140的下端。

请参见图6，在本申请实施例的另一种实施方式中，提供了一种传感器阵列系统100制造方法，包括如下步骤：

步骤S110，将预设聚合物与固化剂混合，形成基底130。

预设聚合物包括聚二甲基硅氧烷、聚氨酯或硅胶，以聚二甲基硅氧烷为例进行说明，聚二甲基硅氧烷与固化剂通过一定比例混合形成透明弹性体，可作为传感器110的基底130。基底130的厚度可以在0.5mm至5mm之间。

步骤S120，在所述基底130开设通孔，并在所述通孔中填充导电材料。

通孔的尺寸可以根据传感器110的尺寸确定，通孔的直径范围是0.2mm至2mm。

应理解，图6中步骤S120可以替换成设置连接部件，已使传感器的通电端与所述集成电路电连接。图6中仅给出了连接部件为通孔中填充导电材料的情况，但本申请实施例并不限于此，具体地，在S120中还可以采用类似上文中的描述通过设置导线连接传感器的通电端与所述集成电路等。

步骤S130，在所述基底130的第一表面设置传感器110，使所述传感器110的通电端111与所述通孔的位置对应。

在一种具体的实施方式中，基底130的第一表面设置的传感器110可以是石墨烯压力传感器，通过将石墨烯敏感材料喷涂、气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)生长、激光刻蚀等方法转移到基底130上。基底130上开设的通孔可以与传感器110的通电端111对应。

步骤S140，将所述基底130的远离所述传感器110的第二表面与集成电路120键合，使所述通孔与所述集成电路120的预设设置的电路对应。

第二表面可以与集成电路120焊盘键合，基底130可单独或以组成阵列的形式与集成电路120贴装。集成电路120可以是刚性集成电路，也可以是柔性集成电路，集成电路120的具体性质不应该理解为是对本申请的限制。请参见图2，第一表面为基底130的远离集成电路120的表面，第二表面为基底130的与集成电路120相对的表面。

若传感器110是压力传感器，在压力传感器以及基底130的表面还可以进行真空等离子处理，再与弹性薄膜层150键合，如图2和图4所示，然后加温固化弹性薄膜层150。弹性薄膜层150的厚度可以控制在0.2mm至3mm的范围内。

在基底130开设通孔，并在通孔中填充导电材料，利用通孔中的导电材料实现基底130第一表面的传感器110与基底130的第二表面的集成电路120之间的电连接，可降低导线的布线难度，减少布线从而提高信号传输速度，使得第一表面的传感器110可以更加灵活的布设，第二表面的集成电路120上的器件集成也更加灵活。传感器阵列系统100可以是柔性材料，随着柔性封装可以广泛应用于可穿戴设备、电子皮肤、智能传感器110、可折叠电子设备等前沿电子领域。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以上对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应理解，上文中举例的各种参数仅是示例性的，具体参考可以根据实际使用场景进行灵活调整，本申请实施例并不限于此。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

Claims (10)

1.一种传感器阵列系统，其特征在于，所述传感器阵列系统包括：传感器、集成电路以及基底；

所述基底设置于所述传感器与所述集成电路之间，用于隔开所述传感器的电极与所述集成电路，所述传感器的通电端通过连接部件与所述集成电路键合连接。

2.根据权利要求1所述的传感器阵列系统，其特征在于，所述基底开设有通孔，所述连接部件为所述通孔中填充的导电材料。

3.根据权利要求1所述的传感器阵列系统，其特征在于：所述传感器为压力传感器，所述传感器设置于所述基底的远离所述集成电路的表面。

4.根据权利要求3所述的传感器阵列系统，其特征在于：还包括弹性薄膜层，所述弹性薄膜层设置于所述基底的远离所述集成电路的一侧，且所述弹性薄膜层覆盖所述传感器。

5.根据权利要求3所述的传感器阵列系统，其特征在于：所述传感器的电极材料包括碳材料或金属材料，所述碳材料为石墨烯、功能化石墨烯、碳纳米管、碳纤维、富勒烯、活性炭中的任一种；所述金属材料为金、银、铜、镍、铝中的任一种。

6.根据权利要求3所述的传感器阵列系统，其特征在于：所述传感器中的电极以叉指结构的形式设置于所述基底的远离所述集成电路的表面。

7.根据权利要求1所述的传感器阵列系统，其特征在于：所述基底为由预设聚合物材料与固化剂混合形成的弹性薄膜。

8.根据权利要求7所述的传感器阵列系统，其特征在于：所述预设聚合物包括聚二甲基硅氧烷、聚氨酯或硅胶。

9.一种传感器阵列系统制造方法，用于制造权利要求1至8任一项所述的传感器阵列系统，其特征在于，所述方法包括：

将预设聚合物与固化剂混合，形成基底；

在所述基底的第一表面设置传感器；

在所述基底的第二表面设置集成电路；

设置连接部件，所述连接部件用于连接设置于所述第一表面的传感器，以及设置于所述第二表面的集成电路。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述连接部件为导电材料，所述设置连接部件，包括：

在所述基底开设通孔，并在所述通孔中填充导电材料，其中，所述导电材料的第一端与所述传感器的通电端接触，所述导电材料的第二端与所述集成电路的预先设置的电路接触。