CN111372783B

CN111372783B - 流体性质传感器

Info

Publication number: CN111372783B
Application number: CN201780096050.6A
Authority: CN
Inventors: M.W.坎比; 陈健华; T.斯图德
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2017-10-18
Filing date: 2017-10-18
Publication date: 2021-10-12
Anticipated expiration: 2037-10-18
Also published as: US20210129549A1; EP3697617A1; WO2019078834A1; CN111372783A

Abstract

在一个示例中，流体性质传感器包括近侧长形电路（EC）、远侧EC和外部接口。近侧EC具有沿其长度分布的多个点传感器。远侧EC从近侧EC的远端沿所述长度的方向延伸，并从近侧EC的远端电联接到远侧EC的近端。近侧和远侧EC共享公共接口总线。外部接口电联接到近侧EC的近端。近侧EC、远侧EC和外部接口被封装在一起以形成流体性质传感器。

Description

流体性质传感器

相关申请的交叉引用

本申请涉及共同受让的2016年4月21日提交的、名称为“Liquid LEVEL SENSING”的PCT申请PCT/US2016/028642，2016年4月21日提交的、名称为“FLUID LEVEL SENSINGWITH PROTECTIVE MEMBER”的PCT申请PCT/US2016/028637，2016年4月21日提交的、名称为“FLUID LEVEL SENSOR”的PCT申请PCT/US2016/028624，2016年7月27日提交的、名称为“VERTICAL INTERFACE FOR FLUID SUPPLY CARTRIDGE HAVING DIGITAL FLUID LEVELSENSOR”的PCT申请PCT/US2016/044242以及2015年10月28日提交的、名称为“Liquid LEVELINDICATING”的PCT国际公开WO2017/074342A1，所有这些在此通过引用并入。

背景技术

准确的流体水平感测通常是复杂且昂贵的。准确的流体水平可以防止流体浪费以及流体箱和基于流体的装置（例如喷墨打印头）的过早更换。此外，准确的流体水平防止了可能由于不足的供应水平导致的低质量的基于流体的产品，从而也减少了成品的浪费。

附图说明

参考以下附图更好地理解本公开。附图中的元件不一定相对于彼此成比例。相反，重点在于清楚地示出所要求保护的主题。此外，遍及若干视图，相同的附图标记表示对应的类似部件，但可能并不相同。为了简洁，在较早的附图中描述的一些附图标记可能不在随后的附图中重复。

图1A是示例性基于流体的系统的框图；

图1B是图1A的示例性基于流体的系统的替代框图；

图2A是具有附接的示例性流体性质传感器的示例性侧壁的图示；

图2B是具有图2A的示例性侧壁和示例性流体性质传感器的流体容器的图示；

图3是示例性流体容器的另一形状的图示；

图4是流体致动组件的另一形状的图示；

图5A-5D是流体性质传感器的不同示例性实施方式的图示；

图6是稍微更宽的长形电路（EC）芯片的示例，用于容纳更多连结垫（bond pad）；

图7是保护层中的开口的示例，用于暴露EC芯片上的传感器；

图8是示例性电路的示意图，用于允许点传感器被单独选通以便进行脉冲测量或者被共同地一起读取以便进行并行测量；

图9A是基于温度阻抗的流体传感器的示例；

图9B是基于电阻抗的流体传感器的示例；

图9C是基于温度阻抗的流体传感器的另一个示例；

图10是可能的点传感器的EC的示例性截面；

图11是由多晶硅加热器电阻器包围的压阻金属温度传感器的示例性截面；

图12A-12C是用于制造封装的流体性质传感器的示例性准备阶段；

图13A-13E是制造封装的流体性质传感器的示例性方法；

图14A-14D是制造封装的流体性质传感器的另一示例性方法；

图15A-15D是制造封装的流体性质传感器的另一示例性过程的图示；以及

图16是图1中的示例性流体感测例程的流程图。

具体实施方式

本公开涉及一种新型廉价的流体性质传感器，其包括窄的长形（也称为“长条”）电路（EC），多个传感器安装在基底上并且被封装，以相比板上芯片技术更好地保护任何连结线（bond wire）和EC电路。该长形电路可以是半导体集成电路（IC）、混合电路或具有被制造到集成封装中的多个电气和电子部件的其它制造电路。通过沿着长形电路的长度放置高密度的多组暴露的多个点传感器，这种新的流体传感器可以提供相对于传统点传感器显著增加的分辨率和准确度。多个EC可以以菊链方式（一个示例是错开）布置以创建覆盖容器中的流体深度的长的流体性质传感器。多个EC可以共享公共接口总线，并且可以包括测试电路、安全、偏置、放大和锁存电路。

多个传感器的组可以非线性地分布，以允许当流体盒具有少量流体时增加分辨率。此外，多个传感器的组可以配置成被并行读取以针对一些应用增加与流体的表面接触，或者在其他应用中被单独选通。不仅可以感测流体的水平，而且可以进行复阻抗测量。另外的传感器85、86可配置成或者被添加以用于流体（例如，墨液类型、pH）的性质感测和流体的温度感测。多个EC可以是相同类型或不同类型，这取决于流体传感器的期望性质。多个EC中的一个可以包含具有存储器的容器驱动器电路（也称为聪明芯片），或者容器驱动器电路可以在具有小于1：10的纵横比的单独IC上或是非长形电路并联接到公共接口总线。下面是用于制造和使用所要求保护的主题的各种技术的若干不同的示例和描述。

图1A是示例性的基于流体的系统10的框图，例如喷墨打印机。系统10可包括具有流体致动组件（FAA）20的托架12，该流体致动组件20具有打印头30。FAA 20还可包括一个或多个流体容器40。在该示例中，存在四个流体容器40，其具有青色（C）、黄色（Y）、品红色（M）和黑色（K）墨液。可以使用其它颜色。墨液可以是基于染料或颜料的或者是其组合。FAA 20可以位于静止托架12上，例如在页宽阵列系统10的情况下，或者它可以位于可移动托架12上并且打印头30在一个或多个方向上跨过介质14扫描。

使用打印介质输送器16将介质14典型地从介质托盘移动到输出托盘。打印介质输送器16由控制器100控制，以使介质14的运动与打印头30的任何运动和/或致动同步，从而将流体准确地放置在介质14上。控制器100可以具有一个或多个处理器，该一个或多个处理器具有一个或多个核，并且可以部分地或完全地分布在流体性质传感器46上的一个或多个驱动电路204（图12C）上。控制器100联接到有形且非暂时性计算机可读介质（CRM）120，其存储能够由控制器100读取并执行的指令。CRM 120可以包括若干不同例程以操作和控制系统10。一个这样的例程可以是用于监测和测量FAA 20和流体容器40中的一个中的流体水平和/或流体特性的流体感测例程102（参见图16）。

计算机可读介质120允许存储一组或多组数据结构和指令（例如，软件、固件、逻辑），其体现由本文描述的方法或功能中的任何一个或多个或者由本文描述的方法或功能中的任何一个或多个利用。在由系统10执行期间，指令还可以完全或至少部分地驻留在静态存储器、主存储器内和/或控制器100的处理器内。主存储器、驱动器电路204存储器和处理器存储器也构成计算机可读介质120。术语“计算机可读介质”120可以包括存储一个或多个指令或数据结构的单个介质或多个介质（集中式或分布式）。计算机可读介质120可以被实现为包括但不限于固态、光学和磁性介质，无论是易失性的还是非易失性的。这样的示例包括半导体存储器设备（例如，可擦除可编程只读存储器（EPROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）和闪存装置）、磁盘，例如内部硬盘驱动器和可移除盘、磁光盘以及CD-ROM（光盘只读存储器）和DVD（数字多功能盘）盘。

系统10可包括服务站18，其用于执行打印头30上的维护和空气压力调节，例如执行极度膨胀（hyper-inflation）事件以将流体从流体容器40传送到FAA 20，并且在正常操作期间在每个流体盒40和FAA 20内保持背压。这种维护可以包括清洁、引发（priming）、设置背压水平和读取流体水平。服务站18可以包括泵19，以提供空气压力，以将流体从流体容器40移动到打印头30，并且在FAA 20内设置背压，以防止流体从打印头30的意外泄漏。

图1B是系统10的替代性框图，示出了流体容器40和FAA 20的操作。流体容器40包括具有流体水平43的流体贮器44，其经由容器流体接口45联接到流体腔室22，容器流体接口45具有通向FAA流体接口25的流体管。流体腔室22还流体地联接到打印头30。为了将流体从流体容器40移动到具有单独的流体水平43的FAA 20，可经由联接到泵19的空气接口47在流体贮器44内使压力调节器袋42膨胀。为了监测和测量流体容器40或FAA 20或两者中的流体水平43，流体性质传感器46可位于流体贮器44和/或流体腔室22内。控制器100可以被电联接到流体性质传感器46上的电接口48。流体性质传感器46可以定向为基本垂直于流体水平43，或者它可以相对于流体水平43斜置，但是通常将从流体容器40或流体腔室22的重力底部延伸到相应的流体容器或腔室的充满流体水平43附近。电接口48可以定位在充满流体水平43附近（如针对流体容器40所示的）或者在流体腔室22的重力底部附近。流体性质传感器46可以具有基本均匀分布的水平传感器阵列（如针对流体容器40所示的）或者非均匀分布的水平传感器阵列（如针对流体腔室22所示的，在更靠近重力底部处具有更高密度的水平传感器）。除了水平传感器之外，流体性质传感器46可以包括另外的传感器，仅举几个例子，例如温度传感器、裂缝传感器。

图2A是图2B所示的示例性流体容器40的示例性侧壁41的图示，以展示流体性质传感器46的放置。流体性质传感器46具有长形电路（EC）49，其具有包封在封装外壳60内的多个传感器，例如利用化合物的包覆模制。封装外壳60可以具有开口以将流体性质传感器46热熔或以其他方式附接到侧壁41。在一个示例中，流体性质传感器46到侧壁41的附接足以允许流体性质传感器46符合侧壁41的弯曲。如图2B所示，侧壁41形成流体容器40的封装件的一个外壁，其具有空气接口47、电接口48和容器流体接口45。如图所示，图2B中的流体容器40可以以角度Ɵ（例如大约3至大约30度）稍微斜置，以允许流体容器40内的流体流到容器流体接口45和流体性质传感器46的底部，以在流体容器40接近空的时候使浪费的流体最小化。流体容器40的这种斜置允许流体性质传感器46保持与流体接触以提供准确的流体水平。

封装外壳50允许改进的硅芯片分离比，消除硅开槽成本，消除扇出巧克力板（fan-out chiclets），同时形成用于多个长条的流体接触槽，并且避免许多工艺集成问题。包覆模制技术可以用于完全或部分地封装流体性质传感器46，以保护电路组件（ECA）159和连结线互连，同时仅将多个流体水平传感器暴露于容器内的流体。在一些示例中，流体可能是强刺激性的，例如具有低和高pH或反应性组分。通过具有集成封装，ECA 159、连结线、任何驱动器电路204、存储器、ASIC或其它IC以及EC 49可以全部嵌入在封装材料中（除了传感器区域），从而增加可靠性。ECA 159包括导电材料（例如铜或铝）的薄条，该导电材料的薄条已经被从层蚀刻，被放置、激光直接烧结或固定到平坦绝缘片（例如环氧树脂、塑料、陶瓷或聚酯树脂基底），并且集成电路和其它部件附接到该导电材料的薄条。在一些示例中，迹线可以埋在ECA 159的基底内。仅举几个例子，连结线可以被包封在环氧树脂或胶中。

图3是示例性流体容器40的另一形状的图示60，其中，流体性质传感器46未附接到流体容器40的侧壁而是悬置在流体内。除了用于具有传感器阵列的传感器部分的开口，EC49被封装外壳60包围。充满流体水平43从EC 49的顶部延伸到流体容器40的重力底部，在该重力底部处存在电接口48和容器流体接口45。在该示例中，由于容器壁向流体接口45渐缩，流体容器40具有不均匀的横截面。流体性质传感器46可以具有非线性或非均匀分布的点传感器80，以使流体水平读数适应流体容器的变化的横截面形状。也就是说，流体性质传感器46可以具有在充满流体水平43附近的较不密集的一组点传感器80以及在流体容器40向流体接口45渐缩处的较密集的一组点传感器80。

图4是FAA 20的另一形状的图示70。FAA 20具有顶部72，该顶部72具有FFA流体接口25，该FFA流体接口25可以联接到图3的容器流体接口45以将流体输送到流体腔室22。流体性质传感器46从FAA 20的重力底部处的近端延伸到流体中，直到充满流体水平43处的远端。与图3的流体容器40一样，电接口位于重力底部以及一个或多个打印头芯片30附近。当基于使用而抽出流体时，FAA流体接口45可用于再填充流体腔室22，以调节背压，并防止打印头芯片30由于没有流体而被损坏。因此，可能期望增加FAA 20的重力底部附近的点传感器80的密度以检测打印头芯片30何时可能缺乏流体，尤其是在长的打印作业期间。

因此，流体容器40或FAA 20 （共同称为流体容器40）可包括包含用于容纳流体的流体腔室22或流体贮器44的封装件。流体性质传感器46可以包括延伸到流体腔室22或流体容器44中的感测部分，并且可以包括共享公共接口总线83的多个集成电路（IC）。至少一个长形电路（EC）49可以具有沿着EC 49的长度分布的多个传感器的多个暴露的组。接口部分可暴露在封装件外部，并且包括电联接到感测部分的近端的电接口48。多个IC和电接口48被封装在一起以形成流体性质传感器46。多个传感器的多个暴露组的组可以沿着EC 49的长度非线性或非均匀地分布，并且具有如下布局，其在使用时沿着EC 49的在流体容器40或FAA 20的重力底部附近的部分具有增加的密度。点传感器80的密度可以在每英寸20和100之间，并且在一些情况下为至少每英寸50。在其它示例中，点传感器80的密度在较高密度区域中可以大于每厘米40个传感器，并且在较低密度区域中可以小于每厘米10个传感器。感测部分可以包括至少一个另外的传感器85、86，以允许流体的性质感测和流体的温度感测中的一者。EC 49可以具有在大约10μm和大约200μm之间的厚度、在80μm和600μm宽之间的宽度以及在大约0.5英寸到大约3英寸之间的长度。EC 49芯片的长度宽度：长度的纵横比可以是至少1：50，意味着是宽度的50倍那么长。在一些示例中，宽度：长度比可以超过100或者长度比宽度超过两个数量级。相反，驱动电路204可以是具有小于1：10的纵横比的IC。因此，流体传感器可以包括具有驱动器电路204的纵横比的五倍或甚至十倍的纵横比的EC 49。

图5A-5D仅是流体性质传感器46的一些不同示例性实施方式的图示。为了便于讨论，顶部和底部方向描述符用来帮助标识部件。所提及的顶部和底部与在流体容器中如何相对于重力使用流体性质传感器46有关。术语顶部和底部不意味着是限制性的。而且，术语近、远和近中也用于关于部件到电接口48的位置来描述部件，并且因此与重力影响无关。

图5A是具有单个EC 49的流体性质传感器46的示例，该单个EC 49利用一组连结线电联接到靠近流体性质传感器46的顶部（相对于重力）的电接口48，并且利用环氧树脂或胶覆层81封装以在对外壳50进行封装时保护连结线82。在该示例中，所示的电接口48具有形成公共接口总线83的五个触点（VCC、GND、数据、时钟和感测信号），但是可以根据应用具有更多或更少的触点。感测信号可用于提供数字或模拟信号，并且还可用于测试、安全或其它目的。数据和时钟信号通常是数字信号，其中，数据线是双向线，并且时钟信号通常是进入EC 49或诸如驱动器电路204的其它IC的输入。

在该示例中，封装外壳50包括在流体性质传感器46的ECA 159的相对端部上的第一封装区段51和第二封装区段52。第一封装区段51保护封装的线连结部82。封装外壳50的第二封装区段52提供了防止扭曲的支撑和用于安装的支撑。封装外壳50的两个分离的封装区段51、52允许EC 49、ECA 159和封装外壳50之间的热膨胀差异得到改善。

图5B是具有两种不同类型的EC 49的流体性质传感器46的示例，这两种不同类型的EC 49在ECA 159上错开并菊链连接以形成更长的流体性质传感器46。顶部EC 49在流体性质传感器46的顶部附近电联接到电接口48。在该示例中，顶部EC 49具有多个传感器，例如点传感器80和温度传感器86。顶部EC 49的底部远端具有一组键合焊盘，其在顶部EC 49内联接到顶部EC 49的顶部远端上的公共接口总线83，并且因此允许公共接口总线83的通路（pass-through）。顶部EC 49的底部连结垫通过连结线82联接到底部EC 49上的一组顶部连结垫，以提供到底部EC 49的公共接口总线83。在该示例中，底部EC 49包括一组均匀的点传感器80。它们以比顶部EC 49的点传感器80更高的密度分布，以允许流体容器的重力底部附近的更好的分辨率。

在该示例中，封装外壳50跨越流体性质传感器46的整个长度减去外部电接口48，并且包括在顶部或近侧EC 49上的第一开口53和在底部或远侧EC 49上的第二开口54。

图5C是电接口48靠近流体传感器的重力底部的示例。流体性质传感器46的顶部远端具有与图5B的顶部EC 49类似的顶部EC 49，但是在该示例中没有顶部远端一组连结垫。一组底部连结垫允许连结线82联接底部EC 49上的公共接口总线83的一组顶部连结垫，底部EC 49的底端包括第二组连结垫以将公共接口总线83联接到电接口48。连结垫和连结线82可以用环氧树脂或胶封装，以防止在流体性质传感器46的后封装期间对连结线的损坏。与图5B类似，底部EC 49具有比顶部EC 49更密集的一组点传感器80。顶部EC 49可具有另外的传感器，例如温度传感器86。

与图5B中的示例类似，在该示例中，封装外壳50跨越流体性质传感器46的整个长度减去外部电接口48，并且包括在顶部或远侧EC 49上的第一开口53和在底部或近侧EC 49上的第二开口54。

图5D是存在至少三个EC 49的示例，所述至少三个EC 49可以具有相同或不同的配置。在该示例中，顶部EC 49连结到电接口48，并且配置成类似于图5B的顶部EC 49。中间或近中EC 49电联接到顶部EC 49和底部EC 49二者。中间EC 49可以仅仅是具有公共接口总线83的通路的非常低成本的EC 49，或者它可以包括该通路以及最少的一组点传感器80。在其它示例中，它可以具有与顶部EC 49相同的配置。底部EC 49可以是具有点传感器80的非均匀分布的EC，在底部远端上具有较高密度，用于在低墨量（low-on-ink，LOI）或其它低流体水平期间增加分辨率。因此，多个点传感器80的组可以沿着EC 49或流体性质传感器46的长度非线性地分布，并且具有如下的布局，其在使用时沿着EC 49或流体性质传感器46的在流体容器40或FAA 20的重力底部附近的部分具有增加的密度。

封装外壳50包括在顶部或近侧EC 49上的第一开口53、在底部或远侧EC 49上的第二开口54以及在中间或近中EC 49中的另外的第三开口55。

因此，流体性质传感器46可以包括长形电路（EC）49，其具有沿着EC 49的长度分布的多个点传感器80的多个暴露的组。外部电接口48可以联接到EC 49的近端，其中，EC 49和外部电接口48封装在一起以形成流体性质传感器46。多个EC 49可以沿着流体性质传感器46的长度方向端到端地菊链连接，并且共享公共接口总线83。在一些示例中，第二长形电路49（第二EC）可以被进一步封装在一起，并且在流体性质传感器46的长度方向上从EC 49的远端延伸，并且从EC 49的远端电联接到第二EC 49的近端。在其它示例中，多个EC 49可以包括近侧EC 49和远侧EC 49之间的近中EC 49，近中EC 49具有最少的一组点传感器80和公共接口总线83的通路。多个EC 49可包括近侧EC 49和远侧EC 49，近侧EC 49具有一组各种类型的传感器，远侧EC 49具有至少每英寸50个的高密度的点传感器80的组。在一些示例中，多个点传感器80的组沿着EC 49的长度非线性地分布，并且在其他示例中，多个点传感器80的组沿着流体性质传感器46的长度非线性地分布。

图6是略微更宽的EC 49的示例，以在单个水平（与先前示例中的竖直相比）方向上容纳用于公共接口总线83的五个连结垫。连结垫布局的这种布置允许更多的硅面积，以允许在EC 49内集成更多的数字和模拟电路以及在弯曲期间提供更多的结构支撑以防止芯片破裂。而且，EC 49可以排列成直的列而不是错开。多个EC 49可以包括近侧EC 49和远侧EC49，近侧EC 49具有一组各种类型的传感器，远侧EC 49具有至少每厘米40个点传感器的高密度的多个点传感器80的组。

图7是保护层中的开口的示例，以暴露EC 49芯片上的电阻抗传感器（图9B），该保护层例如是氧化物、氮化物或另一钝化层（诸如TEOS层158，图10和图11）。根据传感器的类型，具有单个开口88可能是更好的。在其它示例中，为了提供EC芯片免受强刺激性流体的附加保护，使传感器具有有限的开口89或者每个传感器单个开口89可能是更好的。

图8是如何允许点传感器80被单独选通以便进行脉冲测量或者被共同地一起读取以便进行并行测量的示例性电路的示意图。对于流体的一些分析，可以使用单个流体传感器80，例如以检测流体的水平。在其它分析中，可能需要增加的表面积以获得流体的良好表征，例如确定化学成分。此外，由于流体水平可能改变，可能期望不将与空气而不是流体接触的点传感器80组合在一起。并行寄存器93可以是锁存器、触发器或另一存储器单元，并行寄存器93接收数据信号，数据信号与时钟信号一起进入并行寄存器93。如同感测信号一样，时钟信号和数据信号是从公共总线接口得到的，感测信号可以是模拟的或数字的，这取决于实施方式。并行寄存器93的Q输出被联接到一组或门92。如果设置为高，并行寄存器93使来自每个点传感器80的开关91能够闭合并且将点传感器80联接到感测信号，以便进行并行测量。并行寄存器93的Q输出还被联接到脉冲寄存器94的D输入，脉冲寄存器94的Q输出被联接到下一个脉冲寄存器94，以允许在每个时钟周期内将启动信号（firing signal）沿脉冲寄存器94的链移位，以允许每个流体传感器80被单独联接到感测线，以允许经由内部选通启动而进行脉冲测量。因此，多个点传感器80可以配置成允许并行测量和用于脉冲测量的内部选通启动中的至少一者。单个数据信号可以首先被与时钟同步地输入（clocked into）到并行寄存器93中以提供并行测量，然后对应于相继的时钟信号沿着脉冲寄存器94传输，以提供内部选通启动，以便进行来自每个流体性质传感器的脉冲测量。点传感器80可以是几种不同类型的点传感器80，例如流体化学性质传感器、温度阻抗传感器、电阻抗传感器等。根据输入并计时到并行寄存器93和脉冲寄存器93中的数据，各种传感器中的每一个可以被单独地读取和测量，或者与其它类似传感器组合以便进行并行测量。

图9A是基于温度阻抗的流体传感器80的示例。在该示例中，由电阻或半导体元件形成的加热器150使用NFET 156由V+电压供电和控制。在其它示例中，联接在V+和加热器150之间的PFET可用于为加热器供电和控制加热器。热敏压阻元件152用于检测由加热器150传递的热。如果存在与流体传感器80接触的流体，则来自加热器80的热将会以比流体传感器80与流体容器内的空气接触时更快的速率消散到流体中。因此，由压阻元件152吸收的热的量将会在流体传感器80处对于流体与空气的相互作用而言是不同的。读取电路154可以包括放大器模拟/数字转换器、偏移补偿等，并且可以用于将压电电阻器152的电阻变化放大并转换成更有用的信号。而且，来自加热器150的热消散到流体中并且由压电电阻器152检测所经过的时间将根据流体的成分而变化。例如，相比具有颗粒（诸如颜料）的流体，具有染料的流体通常具有更小的质量。流体内的不同溶剂将具有不同的热吸收程度。一些流体可能随着时间推移而分离，并且可能产生边界层。而且，颗粒流体（例如基于颜料的墨液）由于沉降而在不同的重力高度处可能具有不同的密度。因此，通过从加热器150的启动起检查读取电路154随时间推移的输出并执行傅立叶或其它时间到频率的变换，不同类型的墨液可以由它们的FFT（或另一变换）特征来表征。在一个示例中，点传感器80可以各自使它们的加热器150并联地脉冲操作，并且热敏压阻元件单独地读取以允许流体水平43的快速搜索。那些与空气接触的点传感器80将会具有比那些与流体接触的点传感器更高的温度。

图9B是基于电阻抗的流体传感器80的示例，其可以单独使用或与图9A中的示例结合使用。在该示例中，电压或电流（AC、DC或两者）激励信号166被施加到流体传感器80的一组双金属垫160，并且对于激励信号的响应由读取电路154读取。基于流体容器40中的流体组成的离子化学性质（pH、电阻等），流体通常将会具有电容（C_流体）和电阻（R_流体），从而引起激励信号和来自读取电路154的测得响应之间的变化。一些流体特性（例如pH）可以由流体的电导性确定，但是在相同的pH值水平下，不同的流体成分可以具有不同的电导性。因此，还可能有利的是施加变化的AC信号，并确定每个频率处的适当响应，并执行FFT或另一时间-频率转换以获取频率特征，该频率特征可用于查找已经被表征的特别已知的流体。基于所识别的流体的类型，可以调节pH读数以补偿或校准其它离子化学物质。此外，温度传感器86可以用于为pH读数提供温度补偿。

图9C是基于温度阻抗的流体传感器的另一个示例。在该示例中，图9A的压阻元件152被替换为由偏压源（Vbias）偏置的二极管166。二极管166两端的正向电压将会基于由于掺杂离子导电率的变化而感测的温度而变化。流体水平的表征可以通过在从加热器激活起的设定时间之后检查二极管166两端的电压来完成。当流体与流体传感器80接触时，将会存在比当空气与流体传感器80接触时更低的温度变化。

图10是可能的点传感器80的EC 49的示例性截面。在该示例中，电路组件（ECA）159支撑具有流体传感器80的基于硅的长形电路（EC 49）。硅基层151可以是CMOS、PMOS、NMOS或其它类型的已知半导体表面。该硅基层151可以包括三极管、二极管和其它半导体部件。在一些示例中，温度感测二极管166可以被并入到硅基层151中。为了提高热敏性，硅基层151可以被平坦化和减薄，以允许较少的硅量来吸收来自加热器电阻器150的热能，该加热器电阻器150形成在通过场氧化物（FOX）层155和原硅酸四乙酯（TEOS）氧化物层156与热二极管166分开的多晶硅层中。为了将加热器电阻器150与周围部件隔离，它可由另外的TEOS层157包围。为了保护加热器电阻器150免受容器中的流体的强刺激性化学物质的影响，在加热器电阻器150和流体容器的流体或空气之间可存在一个或多个另外的TEOS层158。

在一些情况下，优选的是具有较厚的硅基层151以提供更大的结构强度，例如图5A中的示例，其中，存在两个分离的封装部分，并且EC 49悬置在它们之间。为了提高在空气和流体之间检测到的温度差的量，并且为了防止必须使硅基层151变薄并因此为EC 49芯片提供额外的强度，可以在靠近流体接口的金属层中形成压阻金属温度传感器152。金属层可以掺杂有各种杂质，例如硼，以提供期望的压阻效应。在该示例中，在硅中没有温度感测二极管166，并且使用多晶加热器电阻器150来加热压阻金属温度传感器152。由于加热器电阻器150靠近金属温度传感器152，因此它将会快速升温。如果在金属温度传感器152附近存在流体，则在热量被移除之后，流体将会以比在空气与其相邻的情况下快得多的速率冷却。温度的变化率可以用于确定是否存在流体。在其它示例中，在已经终止对加热器电阻器150的供电之后的固定时间对金属温度传感器152的电阻进行采样，与预定阈值的比较可以用于确定是否存在流体。

在一个示例中，硅基层151可以是大约100μm（微米）厚，并且温度二极管166（如果存在）的深度可以是大约1μm。较薄硅基底层151（例如到大约20μm）允许空气和流体界面之间的较高温差变化。例如，20μm的硅基层151可以具有在空气和流体之间的大于14℃的温差变化，而100μm的硅基层151可以具有大约6℃的温差。随着芯片变薄，由于吸收热能的芯片质量较小，较薄的芯片也可导致流体/空气界面处的最高温度增加。FOX层155的深度可以是大约1μm，第一TEOS层156的深度是大约2μm，并且具有多晶硅的第二TEOS层的深度也是大约2μm。如果不使用金属温度传感器152，则另外的TEOS层158可以是大约2μm。如果使用金属温度传感器152，则其可位于距多晶硅加热器电阻器150大约1μm处且厚度可以是大约1μm，并且顶部具有厚度为大约1μm的另外的TEOS层。

取决于在具有多个流体容器的系统中使用的流体的各种成分，可能期望的是，使流体/空气界面处的最高温度相对于施加到加热器电阻器150的能量的量保持基本恒定，以及保持流体/空气界面的温差也基本恒定。这可以允许更一致的读数和更少的校准。

图11是由多晶硅加热器电阻器150包围的压阻金属温度传感器152的另一示例。在环形加热器的这个示例中，来自多晶硅加热器电阻器150的热更易于传递到流体，并且仅间接地加热金属温度传感器152。在这种配置中，在一个示例中，流体和空气界面之间的温差可以相对恒定地保持在大约8℃。虽然流体/空气界面处的最高温度可略高于图10中的示例，但从加热器电阻器到流体的增加的热导率允许流体在施加到加热器电阻器150的一定能量范围内保持最高温度稳定。该示例具有与针对图10所描述的类似的尺寸。在另一示例中，温度传感器152可以形成围绕电阻器150的环，其可以是正方形或其他形状。

图12A-12C是制造封装的流体性质传感器46的过程的图13A-13E的示例性方法200的示例性准备阶段。在图12A中，长形电路（EC）49具有硅基层151，在其上形成一组点传感器80。在图12B中，当使用具有基于二极管的温度传感器的热流体传感器时，硅基层151被平坦化以将硅基层减薄到大约200μm至20μm的范围。当使用基于金属的温度传感器时或当希望更大的芯片强度时，可以不执行图12B中的芯片减薄操作。在图12C中，驱动电路204可以安装到电路组件（ECA）159，其在ECA 159的相对侧具有联接到公共接口总线83连结部位的电接口48。

图13A-13E是制造封装的流体性质传感器的示例性方法200。在图13A中，在芯片/电路基底附接操作中，ECA 159以及一个或多个EC 49被放置在条带208和载体或基底206上。在图13B中，可以在大约130至大约150℃的温度下，利用诸如环氧树脂模制化合物或热塑性化合物的化合物来传递模制EC 49芯片和ECA 159。对于本公开，“化合物”在本文中被广泛地定义为至少包括环氧化物官能团的热固性材料、聚氨酯、聚酯塑料、树脂等的任何材料。在一个示例中，化合物可以是自交联环氧树脂，并且通过催化均聚反应而固化。在另一个示例中，化合物可以是聚环氧化物，其使用共反应物以固化聚环氧化物。化合物的固化形成具有高机械性质、耐高温性和高的耐化学性的热固性聚合物。

载体206和条带204被释放，并且封装的组件50被翻转，如图所示。在图13C中，ECA159公共接口总线83在EC 49芯片的近端处被线连结到近侧EC 49。EC 49芯片的远端在远侧EC 49芯片的近端处线连结到远侧EC 49芯片。然后，用环氧树脂或胶覆层81封装线连结部82。图13D示出了可以使用流体性质传感器46的阵列的面板来执行图13A-13C中的操作。面板可以是任何尺寸，但是在一个示例中是大约300 mm×100 mm，从而允许大约6×6阵列的阵列。在步骤13E中，从阵列单个化出来具有封装外壳50和电接口48的单个流体性质传感器46。

因此，一种制造流体性质传感器的方法可以包括将电路组件（ECA）159放置在载体基底206上，以及将长形电路（EC）49放置在载体基底206上，该EC 49具有沿EC 49的长度分布的多个点传感器80的多个暴露的组。该方法包括使用传递模制来封装外部接口板159和EC 49，并且去除载体基底206。外部接口板159与EC 49一起通过连结线82电联接到公共接口总线83。电联接部的连结线82用环氧树脂或胶覆层81封装。在一些示例中，存在以菊链模式布置并共享公共接口总线83的多个EC 49。公共接口总线83可以以菊链模式电联接在多个EC 49的相应远端和近端之间。在一些示例中，EC 49硅基底层151可以在被放置在载体基底206上之前被减薄。流体性质传感器46可以形成在ECA面板上，其中，多个流体性质传感器46形成为阵列并且在用环氧树脂封装电联接部之后被从阵列单个化出来。

图14A-14D是制造流体性质传感器46的另一示例性方法。在图14A中，一个或多个EC 49放置在具有外部电接口48以及驱动电路204的ECA 159上。EC 49和驱动电路204通过连结线82被线连结到ECA 159，并用环氧树脂或胶覆层81封装。图14B是沿图14A的A-A切割线的用于传递包覆模制封装操作的截面。传递包覆模制是一种制造过程，其中，铸造材料被压入模具中以模制包覆模具内的其它物品，例如ECA 159、（一个或多个）EC 49和驱动器电路204。在图14B中，顶部模具304放置在ECA 159的顶表面上，并且底部模具306放置在ECA159的底表面上。顶部模具304和底部模具306形成腔室310，在传递包覆模制操作中，化合物（化合物）将会被注入到该腔室310中。顶部模具308可以具有一个或多个凹部308，以允许环氧树脂或胶覆层81包覆连结线82。ECA 159的顶表面和底表面用化合物封装，同时暴露EC的感测部分而不包覆模制，例如在具有封装外壳50和外部电接口48的成品流体性质传感器46中示出的开口53和54。图14D是图14C沿B-B切割线的截面侧视图。ECA 159被示出为支撑封装外壳50内的外部电接口48和EC 49。开口53和54允许EC 49的传感器区域与流体或空气接触。

图15A-15D是制造流体性质传感器46的另一示例过程350的图示。图15A示出了具有外部电接口48的ECA 159、安装在ECA 159上并通过连结线82线连结到迹线上的EC 49、也安装在ECA 159上并线连结到迹线上的驱动器电路204的顶视图和侧视图。可以用环氧树脂封装线连结部，以在传递包覆模制期间进行保护。ECA 159可以包括一组安装孔302，以允许将成品流体性质传感器46安装到流体容器。在一些示例中，ECA 159可以是柔性电路，并且在其他示例中可以是玻璃、聚合物、陶瓷、纸或具有铜、具有焊料、锡、镍或金镀层或其他单面或双面导电迹线的FR4玻璃环氧树脂电路基底。如侧视图所示，在一些示例中，支撑结构352可以放置在ECA 159下方，以在传递包覆模制期间提供结构强度，以防止EC 49受到过度应力。在另一示例中，可以使用可移除的支撑件354代替支撑结构352。为了允许移除，可以在可移除支撑件354和ECA 159之间放置释放衬里356。还可以将释放衬里356施加到顶部模具304和底部模具306，以促进从模具移除流体性质传感器46。在另一示例中，底部模具306可以包括底部模具306上的支撑形貌，并且顶部模具304可以包括在包覆模制期间沿EC 49的感测部分延伸并密封EC 49的感测部分的槽（chase）。

图15B示出了在模具内的图15A的ECA 159，该模具具有顶部模具304和底部模具306。支撑结构352可以由与传递模制中使用的相同的化合物制成，或者在其它示例中可以由与ECA 159的材料类似的提供更好热膨胀系数的材料制成。在另一个示例中，支撑结构可以由作为底部模具腔的一部分的支撑形貌提供。图15C示出了具有封装在封装外壳50中的化合物支撑构件356的成品流体性质传感器46。图15D示出了当使用可移除支撑件354并在包覆模制之后将其去除时的成品流体性质传感器46。该过程可用于产生具有第一封装区段51和第二封装区段52的流体性质传感器46，例如图5A所示。如同其它过程一样，ECA 159可以形成在具有ECA 159阵列的ECA板中，并且在成品流体性质传感器46被单个化之前在ECA板上执行包覆模制过程。

图16是示例性流体感测例程102（图1）的流程图。流体感测例程102可以由软件或硬件或两者的组合来执行。例程可以构成软件模块（例如嵌入在有形的非暂时性机器可读介质120中的代码）或硬件模块。诸如控制器100和/或驱动器电路204的硬件模块是能够执行某些操作的有形单元，并且可以以某些方式配置或布置。在一个示例中，一个或多个计算机系统或者计算机系统的一个或多个硬件模块可以由软件（例如，应用或应用的一部分）配置为硬件模块，其操作以执行如本文所述的某些操作。在一些示例中，硬件模块可以被实现为电子可编程的。例如，硬件模块可以包括被永久地配置（例如，配置为专用处理器、状态机、现场可编程门阵列（FPGA）或专用集成电路（ASIC））以执行某些操作的专用电路或逻辑。硬件模块还可以包括可编程逻辑或电路（例如，如包含在通用处理器或另一可编程处理器内），其由软件临时配置以执行某些操作。

在框402中，确定流体容器内的流体的水平或位置。该水平可以通过使用热阻抗传感器和/或电阻抗传感器检测流体/空气边界来确定。在框404中，随着时间的推移对流体进行多个阻抗测量。阻抗测量可以通过使用热阻抗传感器和/或电阻抗传感器来进行。在框406中，使用多个阻抗测量来执行时间到频率的变换，例如快速傅立叶变换、余弦变换或其他时间到频率的变换。在框408中，频率变换的输出被然后用于与已知流体成分的各种频率特征进行比较，以确定流体的化学组成作为各种化学物质或化学性质的阈值指示。

因此，流体容器40包括包含用于容纳流体的腔室22或流体贮器44的封装件。流体性质传感器86可以包括延伸到腔室22、44中的感测部分。感测部分可以包括用于传达流体水平43的流体性质传感器46以及用于传达流体的化学组成的化学性质传感器。接口部分可以与感测部分共享公共接口总线83，并且包括模拟接口（感测信号）、数字接口（数据和时钟信号）以及暴露在封装件外部并且电联接到公共接口总线83的外部接口48。感测信号也可用作数字接口上的数字信号。驱动器电路204可以联接到公共接口总线83，以与流体性质传感器46和化学性质传感器85通信，并且在模拟接口上传达流体性质传感器46和化学性质传感器85的特性，并且在数字接口上传达流体水平43和化学组成的阈值指示。感测部分和接口部分可以封装在一起以形成流体性质传感器86。

本文中引用的所有出版物、专利和专利文献都通过引用整体并入本文中，如同通过引用单独并入。在本文和如此通过引用并入本文中的那些文献之间的使用不一致的情况下，在（一个或多个）所并入的参考文献中的使用应被认为是对本文的使用的补充。对于不可调和的不一致性，以本文中的使用为准。

虽然已经参考前述示例具体示出和描述了所要求保护的主题，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离所附权利要求中的主题的预期范围的情况下，可以在其中进行许多变化。本说明书应当被理解为包括本文所描述的元件的所有新颖和非显而易见的组合，并且在本申请或后续申请中可以对这些元件的任何新颖和非显而易见的组合提出权利要求。前述示例是说明性的，并且没有单个特征或元件对于在本申请或后续申请中要求保护的所有可能组合是必要的。在权利要求叙述其等同物的“一个”或“第一”元件的情况下，这样的权利要求应当被理解为包括一个或多个这样的元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个这样的元件。

Claims

1.一种流体性质传感器，包括：

近侧长形电路，所述近侧长形电路具有沿着所述近侧长形电路的长度分布的多个点传感器；

远侧长形电路，所述远侧长形电路从所述近侧长形电路的远端沿所述长度的方向延伸，并且从所述近侧长形电路的远端电联接到所述远侧长形电路的近端，并且共享公共接口总线；以及

外部接口，所述外部接口电联接到所述近侧长形电路的近端，其中，所述近侧长形电路、所述远侧长形电路和所述外部接口被封装在一起以形成所述流体性质传感器。

2.如权利要求1所述的流体性质传感器，其中，所述多个点传感器中的至少一个具有加热器和压阻温度传感器，所述压阻温度传感器布置在所述加热器和所述流体性质传感器的用于检测流体的表面之间。

3.如权利要求2所述的流体性质传感器，其中，所述压阻温度传感器由掺杂金属层形成。

4.如权利要求2所述的流体性质传感器，其中，所述压阻温度传感器不与所述加热器重叠。

5.如权利要求1所述的流体性质传感器，其中，所述多个点传感器中的至少一个具有一对暴露的导电电极，所述一对暴露的导电电极设置在所述流体性质传感器的用于检测流体的表面上。

6.如权利要求1所述的流体性质传感器，还包括设置在所述近侧长形电路和所述远侧长形电路之间的近中长形电路。

7.如权利要求6所述的流体性质传感器，其中，所述近中长形电路包括一组最少的流体性质传感器和所述公共接口总线的通路。

8.如权利要求1所述的流体性质传感器，其中，所述多个点传感器的组沿着所述近侧长形电路和所述远侧长形电路中的至少一者的长度非线性地分布。

9.如权利要求1所述的流体性质传感器，其中，所述多个点传感器配置成允许并行测量和用于脉冲测量的内部选通启动中的至少一者。

10.如权利要求1所述的流体性质传感器，其中，多个点传感器包括热阻抗传感器和电阻抗传感器。

11.一种流体容器，包括：

封装件，所述封装件包含用于容纳流体的腔室；以及

安装在所述腔室内的流体性质传感器，所述流体性质传感器具有，

感测部分，所述感测部分延伸到所述腔室中，包括多个集成电路并且共享公共接口总线并且包括近侧长形电路和远侧长形电路，所述近侧长形电路和所述远侧长形电路各自具有沿着所述长形电路的长度暴露和分布的多个点传感器；和

接口部分，所述接口部分暴露在所述封装件外部并且包括外部接口，所述外部接口电联接到所述感测部分的近端，其中，所述多个集成电路和所述外部接口被封装在一起以形成所述流体性质传感器。

12.如权利要求11所述的流体容器，其中，所述多个点传感器沿着所述近侧和远侧长形电路的长度非线性地分布并且具有布局，所述布局在使用时沿着所述近侧长形电路或远侧长形电路的在所述流体容器的重力底部附近的部分具有增加的密度。

13.如权利要求11所述的流体容器，其中，所述多个集成电路包括在所述近侧长形电路和所述远侧长形电路之间的近中长形电路，所述近中长形电路具有最少数目的流体性质传感器和所述公共接口总线的通路。

14.如权利要求11所述的流体容器，其中，所述感测部分包括至少一个另外的传感器，以允许所述流体的性质感测和所述流体的温度感测中的一者。

15.一种流体性质传感器，包括：

电路组件，所述电路组件包括外部接口，所述外部接口联接到具有数字接口和模拟接口的公共接口总线；

流体传感器，所述流体传感器联接到所述公共接口总线以传达流体水平；

化学性质传感器，所述化学性质传感器联接到所述公共接口总线以传达所述流体的化学组成；

驱动器电路，所述驱动器电路与所述流体传感器和所述化学性质传感器联接到所述公共接口总线，并且在所述模拟接口上传达所述流体传感器和所述化学性质传感器的特性，并且在所述数字接口上传达所述流体的所述流体水平和所述化学组成两者的阈值的指示。