CN114551713A - 具有交叉电极的压力传感器 - Google Patents

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Abstract

一种压力传感器，包含第一基板，第二基板，第一电极，形成于第一基板，第二电极，形成于第二基板，及感测阵列。感测阵列包含多个感测像素，设置成行及列，且每个感测像素包含压敏元件，形成于第一电极及第二电极之间，且用以依据施加于压敏元件上的力产生电参数。多个感测像素中的一感测像素经由第一电极及第二电极向上、向下、向左及向右分别耦接到上感测像素、下感测像素、左感测像素及右感测像素。

Description

具有交叉电极的压力传感器
技术领域
本发明关于感测技术，特别是关于一种具有交叉电极的压力传感器。
背景技术
压力传感器或力传感器是一种用于测量力的装置，且在家用、商用及工业用等用途中得到广泛的应用。为了满足各种应用的需求，经常需要将压力传感器裁切或修整成合适的形状。在现有技术中，压力传感器由感测像素的矩阵制成，感测像素仅连接至压力传感器的边界区域，用以获得由压力传感器的测量值。因此，任何压力传感器的裁切或修整必须包含边界区域，对设计灵活性造成限制。
图6为相关技术中的一种压力传感器6的示意图。压力传感器6可包含顶部电极601至60N、公共顶部电极60C、底部电极621至62M、公共底部电极62C、感测阵列、顶部感测垫Pd9及底部感测垫Pd10，N，M是大于1的整数，且N，M可相同或相异。感测阵列包含多个感测像素，顶部电极601至60N沿水平方向平行设置，且经由公共顶部电极60C耦接到顶部感测垫Pd9。底部电极621至62M沿垂直方向平行设置，且经由公共底部电极62C耦接到底部感测垫Pd10。顶部电极601至60N及公共顶部电极60C形成于顶部基板上，底部电极621至62M及公共底部电极62C形成于底部基板上，感测阵列设置于顶部基板及底部基板之间，且感测阵列中的每个感测像素设置在顶部电极60n及底部电极62m的交会处，n是1及N之间的整数，m是1到M之间的整数。
由于顶部感测垫Pd9及底部感测垫Pd10位于右下角，因此公共顶部电极60C位于感测阵列的最右列，且公共底部电极62C位于感测阵列的最下行，感测片必须从压力传感器6的右下部裁切成矩形或正方形，以使压力传感器6正常运作。例如，若裁切压力传感器6的感测片P1，由于顶部电极603至605与公共顶部电极60C及顶部感测垫Pd9之间的连接被裁断，且底部电极623至628与公共底部电极62C及底部感测垫Pd10之间的连接被裁断，则感测片P1将不会起作用，且无法读取感测片P1中感测像素取得的感测信号。在另一例子中，若裁切压力传感器6的感测片P2，由于裁切形状不规则，所以感测像素Px5至Px12与公共顶部电极60C、顶部感测垫Pd9、公共底部电极62C及底部感测垫Pd10之间的连接被裁断而不会作用，因此压力传感器6的右下部裁切的感测片P2仅可以有限的能力运作。
图7为相关技术中的另一种压力传感器7的示意图。压力传感器7可包含顶部基板上的顶部电极片70、底部基板上的底部电极片72、感测阵列、顶部感测垫Pd11及底部感测垫Pd12。感测阵列包含多个感测像素，由于顶部感测垫Pd11及底部感测垫Pd12位于右下角，因此必须从压力传感器7的右底部裁切感测片，以使感测片正常工作。例如，若裁切压力传感器7的感测片P3，则由于感测片P3没有读取感测信号的感测垫，因此感测片P3可能不会起作用。在另一例子中，从压力传感器7的右底部裁切的感测片P4可起作用，因为裁切区域包含顶部感测垫Pd11及底部感测垫Pd12，而且顶部电极片70及底部电极片72是连续的电极片。
发明内容
本发明实施例提供一种压力传感器，包含第一基板、第二基板、第一电极、第二电极及感测阵列。第一电极形成于第一基板上。第二电极形成于第二基板上。感测阵列包含多个感测像素。多个感测像素设置成行及列，且多个感测像素中的每个感测像素包含压敏元件，形成于第一电极及第二电极之间，且用以依据施加于压敏元件上的力产生电参数。多个感测像素中的感测像素经由第一电极及第二电极向上、向下、向左及向右分别耦接到上感测像素、下感测像素、左感测像素及右感测像素。
附图说明
图1为本发明实施例中一种压力传感器的示意图。
图2为图1中的感测像素沿切线2-2’的剖面图。
图3为图1中的感测像素的示意图。
图4为本发明实施例中的一种裁切后的压力传感器的示意图。
图5为本发明实施例中的另一种裁切后的压力传感器的示意图。
图6为相关技术中的一种压力传感器的示意图。
图7为相关技术中的另一种压力传感器的示意图。
附图标记说明：1,4,5,6,7-压力传感器；10-第一基板；12-第二基板；14-感测阵列；16-第一电极；18-第二电极；20-压敏元件；22-黏合剂；2-2’-切线；601至60N-顶部电极；60C-公共顶部电极；621至62M-底部电极；62C-公共底部电极；70-顶部电极片；72-底部电极片；P1至P4-感测片；Pd1至Pd12-感测垫；Px,Pxc,Pxu,Pxd,Pxl,Pxr,Px1至Px12-感测像素。
具体实施方式
图1为本发明实施例中一种压力传感器1的示意图。压力传感器1可被裁切成合适的形状及尺寸以适用于各种应用，且可用来检测施加在压力传感器1上的力。压力传感器1可用于提供汽车、轮船及其他车辆之间的防撞，且可为机械手臂及其他工业机械提供工业上的安全性。
图2为图1中的感测像素Px沿切线2-2’的剖面图。压力传感器1可包含第一基板10、第二基板12、形成于第一基板10的第一电极16、形成于第二基板12且与第一电极16纵横交错(criss-crossed)的第二电极18、及感测阵列14。第一电极16及第二电极18可彼此间隔错开。感测阵列14可包含多个感测像素Px，以行及列设置且设置于第一电极16及第二电极18之间。第一基底10可以是顶部基底；且第二基底12可以是底部基底，设置在第一基底10下方。第一电极16可以是顶部电极，第二电极18可以是底部电极。
由于第一电极16与第二电极18之间纵横交错，因此第一电极16及第二电极18之间不需要绝缘，以降低制造成本。
每个感测像素Px可包含压敏元件20及的黏合剂22，形成于第一电极16及第二电极18之间。压敏元件20可由压电(piezoelectric)材料、压阻(piezoresistive)材料、压感电容(piezo-capacitive)材料或压感电感(piezo-inductive)材料制成。第一表面可以是压敏元件20的顶部表面，第二表面可以是压敏元件20的底部表面。压敏元件20的第一表面可耦接到第一电极16，且压敏元件20的第二表面可耦接到第二电极18。在一些实施例中，压敏元件20的第一表面可与第一电极16接触，且压敏元件20的第二表面可与第二电极18接触。当压敏元件20是压电材料时，当力施加到第一表面及/或第二表面上时，压敏元件20可在第一表面及第二表面之间产生电参数。电参数可与施加的力的大小成比例，且电参数可以是电压信号或电流信号。压敏元件20的第一表面上的电参数及压敏元件20的第二表面上的电参数可分别经由第一电极16及第二电极18传送到控制器。当施加在感测像素Px上的力改变时，第一电极16及第二电极18的电参数可相应地改变以表示力的改变。控制器可依据第一电极16的电参数及第二电极18的电参数之间的差值来判定施加到感测阵列14的力。黏合剂22可黏合于第一电极16及第二电极18之间。
以类似方式，当压敏元件20是压阻材料时，压敏元件20可在被按压时改变电阻，且控制器可依据第一电极16及第二电极18上的信号及基于电阻的变化来判定力的大小。当压敏元件20是压感电容材料时，压敏元件20可在被按压时改变电容，且控制器可依据第一电极16及第二电极18上的信号及基于电容的变化来判定力的大小。当压敏元件20是压感电感材料时，压敏元件20可在被按压时改变电感，且控制器可依据第一电极16及第二电极18上的信号及基于电感的变化来判定力的大小。
参考图1，第一电极16及第二电极18具有网状结构，且多个感测像素Px可经由第一电极16及第二电极18彼此耦接。当多个感测像素Px当中的任一个受到力时，会在第一电极16及第二电极18上产生电参数以反映所受到的力的大小。电参数可包含但不限于电阻、电导率、电容、电荷或电压。第一电极16及第二电极18的网状结构使得其上的电参数可沿着4个实质上正交的方向传送，从而增强信号连接性及设计灵活性。4个实质上正交的方向可以是上、下、左及右。当裁切过程中特定感测像素Px的4方向中的3方向的连接被移除或阻挡以适应设计要求时，感测像素Px可维持有效并检测施加在其上的力以产生电参数，以及第一电极16及第二电极18上的电参数仍可经由感测像素Px的剩下一条连接及第一电极16及第二电极18的网状网络传送到控制器。以此方式，可在进行力检测的同时提高压力传感器1的形状及尺寸的设计灵活性。第一电极16及第二电极18可稍微互相错开以减小干扰。在一些实施例中，第一电极16及第二电极18可彼此对齐以减少电路布局的复杂性。第一电极16及第二电极18可由诸如铜、铜合金、金，金合金、银，银合金、铂、铂合金、其他金属及其他合金的导电材料形成。
耦接在两个相邻的感测像素Px之间的第一电极16的分段可用以作为感测垫，以输出第一电极16的电参数，且相似地，耦接在两个相邻的感测像素Px之间的第二电极18的分段可用以作为另一感测垫，以输出第二电极18的电参数。例如，感测垫Pd1及Pd3可将第一电极16的电参数输出到控制器，且感测垫Pd2及Pd4可将第二电极18的电参数输出到控制器。第一电极16的分段及第二电极18的分段可以平行且不重叠的方式设置。此外，第一接点可附接到第一电极16的分段以存取第一电极16的电参数，且第二接点可附接到第二电极18的分段以存取第二电极18的电参数。在一些实施例中，读取第一电极16的电参数的感测垫位置及读取第二电极18的电参数的感测垫位置可彼此相邻。例如，读取第一电极16的电参数的感测垫可以是感测垫Pd1，且读取第二电极18的电参数的感测垫可以是感测垫Pd2。在其他实施例中，可基于设计需求选择读取第一电极16的电参数的感测垫位置及读取第二电极18的电参数的感测垫位置，且二感测垫位置可彼此不相邻。例如，读取第一电极16的电参数的感测垫可以是感测垫Pd1，且读取第二电极18的电参数的感测垫可以是感测垫Pd4。
第一基板10可支撑并固定第一电极16，第二基板12可支撑并固定第二电极18。第一基底10及第二基底12可由刚性材料、柔性材料或其组合制成。刚性材料可以是玻璃、陶瓷材料、硅基材料或其他合适的刚性及电绝缘材料。柔性材料可是硅树脂、氨基甲酸酯、聚氨酯、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate，PEN)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)或其他合适的柔性及电绝缘材料。
压力传感器1采用第一电极16及第二电极18的网状(meshed)结构，在第一电极16及第二电极18上沿四个正交方向传送电参数，从而增强信号连接性，增强设计灵活性并提供力检测功能。
图3显示感测像素Pxc、Pxu、Pxd、Pxl及Pxr、第一电极16及第二电极18的示意图。感测像素Pxc可分别经由第一电极16向上、向下、向左及向右耦接到感测像素Pxu、Pxd、Pxl及Pxr。同样地，感测像素Pxc可分别经由第二电极18向上、向下、向左及向右耦接到感测像素Pxu、Pxd、Pxl及Pxr。当施加力到感测像素Pxc时，由感测像素Pxc产生的电参数可往4个方向传送到感测像素Pxu、Pxd、Pxl及Pxr。即使在裁切过程中去除了感测像素Pxu、Pxd、Pxl及Pxr中的几个感测像素，感测像素Pxc仍可经由剩余的感测像素保持连接。例如，如果感测像素Pxu，Pxd，Pxl被移除且仅剩感测像素Pxr连接到感测像素Pxc，则电参数可从感测像素Pxc传送到感测像素Pxr，且另经由感测像素Pxr的邻近感测像素传送到感测垫。因此，感测像素Pxc的连接性不受裁切过程影响或受到的影响较小。
压力传感器1可被裁切成规则形状或不规则形状的多个传感器。每个传感器可包含两个感测垫，用于读取由传感器产生的电参数。
图4为本发明实施例中的一种裁切后的压力传感器4的示意图。压力传感器4被裁切成矩形，其中感测垫Pd5用以读取第一电极16上的电参数，且感测垫Pd6用以读取第二电极18上的电参数。第一列中的感测像素Px可在2或3方向具有连接性，第二列至第五列中的感测像素Px可在3或4方向具有连接性，第六列中的感测像素Px可在2或3方向具有连接性。在实施例的配置中，所有感测像素Px都可用来检测施加的力，且可从感测垫Pd5及Pd6读取电参数以得出检测结果。
图5为本发明实施例中的另一种裁切后的压力传感器5的示意图。压力传感器5被裁切成不规则形状，其中感测垫Pd7用以读取第一电极16上的电参数，且感测垫Pd8用以读取第二电极18上的电参数。由于压力传感器5的不规则形状，边界感测像素可能会比中心感测像素具有更少的连接性。例如，感测像素Px1可与右感测像素Px具有单一连接性，且第一电极16及第二电极18的电参数仅可经由与右感测像素Px的连接来传送。感测像素Px2可具有2向连接性，且第一电极16及第二电极18的电参数可经由连接传送到上感测像素Px及右感测像素Px；感测像素Px3可具有2方向连接性，且第一电极16及第二电极18的电参数可经由连接传送到上感测像素Px及右感测像素Px；且感测像素Px4位于压力传感器5的中心位置，可具有4方向连接性，且第一电极16及第二电极18的电参数可经由连接传送到上感测像素Px、下感测像素Px、左感测像素Px及右感测像素Px。在实施例的配置中，所有感测像素Px可用于检测施加的力，且可从感测垫Pd7及Pd8读取电参数以得出检测结果。
压力传感器1、4、5采用第一电极16及第二电极18的网状结构以增强感测像素Px之间的信号连接性，从而在提供力检测功能的同时增强了设计灵活性。
以上该仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (15)

1.一种压力传感器，其特征在于，包含：
一第一基板；
一第二基板；
一第一电极，形成于该第一基板上；
一第二电极，形成于该第二基板上；及
一感测阵列，包含多个感测像素，该多个感测像素设置成行及列，且该多个感测像素中的每个感测像素包含一压敏元件，形成于该第一电极及该第二电极之间，且用以依据施加于该压敏元件上的力产生一电参数，其中，该多个感测像素中的一感测像素经由该第一电极及该第二电极向上、向下、向左及向右分别耦接到一上感测像素、一下感测像素、一左感测像素及一右感测像素。
2.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于:
该多个感测像素经由该第一电极及该第二电极彼此耦接。
3.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，该第一电极及该第二电极具有一网状结构。
4.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，当产生该电参数时，该第一电极的一电参数及该第二电极的一电参数被改变以表示施加到该压敏元件的力。
5.如权利要求4所述的压力传感器，其特征在于
该第一电极的该电参数从该第一电极的一分段输出，该第一电极的该分段耦接于二相邻的感测像素之间；
该第二电极的该电参数从该第二电极的一分段输出，该第二电极的该分段耦接于该二相邻的感测像素之间；及
该第一电极的该分段及该第二电极的该分段被平行且不重叠地设置。
6.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，该第二电极与该第一电极互相纵横交错。
7.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，该压力传感器被修整为一规则形状。
8.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，该压力传感器被修整为一不规则形状。
9.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，该压力传感器被修整为多个传感器。
10.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，另包含设置在该第一电极及该第二电极之间的黏合剂。
11.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，该感测阵列由一压电材料制成。
12.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，该感测阵列由一压阻材料制成。
13.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，该感测阵列由一压感电容材料制成。
14.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，该第一电极是一顶部电极，且该第二电极是一底部电极。
15.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，该压敏元件与该第一电极及该第二电极接触。
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