CN218411504U - 一种基于圆形阵列的压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于圆形阵列的压力传感器，该压力传感器包括：弹性体薄膜、阵列导电层、叉指阵列电极、连接导线；阵列导电层包括若干个呈圆形阵列排布在所述弹性体薄膜的微结构的表面上的导电层；叉指阵列电极包括若干个呈圆形阵列排布，且所述若干个叉指电极的电极面与所述若干个导电层的另一侧接触的叉指电极；所述连接导线包括：行导线和列导线；叉指电极的两个电极分别与行导线中的一根导线和列导线中的一根导线连接；行导线和所述列导线在所述圆形阵列的同侧边缘引出。通过若干导电层和若干叉指电极连接构成适用于抛光设备压力检测的圆形阵列，连接导线在圆形阵列的同侧边缘引出，使感应区域边距缩小且在压力传感器中的比例更高。

Description

一种基于圆形阵列的压力传感器

技术领域

本实用新型涉及压力传感器领域，尤其涉及一种基于圆形阵列的压力传感器。

背景技术

柔性压力传感器因形状易控、体积小、机械性能高等优点，在工业自动化、可穿戴设备等领域具有广阔的应用前景。而传感器阵列的引入可以提供更加精细全面的测量信息。传感器阵列是指以某种几何图案部署大量传感器，用于收集和处理应力分布、光强分布、电磁或者声学信号。与用于单个传感器相比，使用传感器阵列为测试增加了空间分布的维度，有助于采集更多参数并提高测量的准确性能。对于传感器阵列，现有技术主要采用三明治结构的压电阵列传感器；其中，敏感层为聚偏氟乙烯和三氟乙烯共聚物压电薄膜，或者，以丝网印刷工艺制备出柔性电极阵列，而目前柔性压力传感器阵列以矩形排列布局为主。在集成电路加工制造领域中的晶圆抛光步骤中，圆形抛光头配备矩形传感器容易导致翘曲，影响检测效果与成品质量。因此，上述传感器因矩形布局以及不具有窄边距而难以满足抛光压力检测的需要。

实用新型内容

本实用新型提供了一种基于圆形阵列的压力传感器，以解决传感器因矩形布局以及不具有窄边距而难以满足抛光压力检测需要的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种基于圆形阵列的压力传感器，包括：弹性体薄膜、阵列导电层、叉指阵列电极、连接导线；

其中，所述阵列导电层包括若干个导电层；其中，所述若干个导电层的一侧呈圆形阵列排布在所述弹性体薄膜的微结构的表面上；

所述叉指阵列电极包括若干个叉指电极；其中，所述若干个叉指电极外轮廓是圆形，在其内部按照纵横阵列排布，且所述若干个叉指电极的电极面与所述若干个导电层的另一侧接触；所述若干个导电层和所述若干个叉指电极组成圆形阵列；

所述连接导线包括：行导线和列导线；所述叉指电极的两个电极分别与所述行导线中的一根导线和所述列导线中的一根导线连接；所述行导线和所述列导线在所述圆形阵列的同侧边缘引出。

本实用新型通过若干导电层和若干叉指电极连接构成圆形阵列，圆形阵列中的导电层与弹性体薄膜的微结构的表面接触，叉指阵列电极与连接导线连接，构成具有圆形阵列的压力传感器，使压力传感器在抛光设备压力检测中不易翘曲；而圆形阵列面积更大，适用于抛光设备压力检测；此外行导线和列导线在圆形阵列的同侧边缘引出，使得感应区域缩小了边距，进而在压力传感器的比例更高，进一步适用于抛光设备压力检测。

进一步地，所述行导线和所述列导线排列在所述圆形阵列的圆心的预设距离内；并且，所述行导线和所述列导线在圆形阵列外分为两层，层叠与引脚连接，构成传感器接口。

本实用新型的行导线和列导线分层，且层叠与引脚连接，可以互不干扰地输出行列信号，提高了压力传感器在使用中的稳定性，适用于抛光设备压力检测；此外，层叠与引脚连接的结构缩短了压力传感器接口的长度，使感应区域的比例更高，适用于抛光设备压力检测。

进一步地，所述传感器接口与所述圆形阵列的传感器单元数量对应。

进一步地，所述叉指阵列电极具有交叉分布式结构，并且，所述若干个叉指电极的基底一体成型。

本实用新型中一体成型的叉指阵列电极的交叉分布式结构有助于圆形阵列中的传感器单元以更高的密度排布，缩小了边缘感应盲区，适用于抛光设备压力检测。

进一步地，所述弹性体薄膜为双层膜，所述双层膜包括：PU弹性薄膜和PET刚性薄膜。

本实用新型中PU弹性薄膜和PET刚性薄膜构成的双层膜具有较好的耐磨性能和柔韧性能，能在较广的压力范围进行抛光设备的压力检测。

进一步地，圆形阵列共有64行和64列，通过行和列交叉形成4096个交叉点，根据传感器面积大小保留圆形面积内的传感器单元，共3112个。

进一步地，所述圆形阵列构成感应区域；其中，所述感应区域的直径为350mm。

本实用新型的压力传感器感应区域的外边缘直径为350mm，并在感应区域中包含64行和64列的圆形阵列，实现在较大的感应区域具有较小的感应盲区，适用于抛光设备的压力检测。

进一步地，基于圆形阵列的压力传感器，还包括封装层；

其中，所述封装层封装固定所述弹性体薄膜、所述阵列导电层、所述叉指阵列电极和所述连接导线的相对位置。

本实用新型的封装层对弹性体薄膜、阵列导电层、叉指阵列电极和连接导线进行保护，使压力传感器在进行抛光装置的压力检测过程中不受外界影响，工作更加稳定。

附图说明

图1为本实用新型提供的圆形阵列的传感器单元的一种实施例的连接关系示意图；

图2为本实用新型提供的连接导线的一种实施例的走线示意图；

图3中，a为本实用新型提供的列导线的接口排布示意图；b为本实用新型提供的行导线的接口布线示意图；

图4为本实用新型提供的传感器接口的一种实施例的示意图；

图5为本实用新型提供的圆形阵列的局部放大示意图；

图6为本实用新型提供的圆形阵列与连接导线的一种实施例的连接关系示意图。

其中，说明书附图的附图标记如下：1、弹性体薄膜，2、导电层，3、叉指电极，4、连接导线，5、行导线，6、列导线。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

现有技术中，美国Tekscan公司研制了阵列传感器产品，其核心技术是柔性薄膜网格传感器。传感器由两片很薄的聚酯薄膜组成，其中一片薄膜内表面铺设若干行、另一片薄膜内表面铺设若干列的带状导体。导体外表涂有特殊的压敏半导体材料涂层。当两片薄膜合为一体时，这些横向导体和纵向导体的交叉点就形成了压力传感点阵列，呈网格状。当外力作用到传感点上时，半导体的阻值会随外力成比例变化，压力为零时，阻值最大，压力越大，阻值越小。但所述柔性薄膜网格传感器在矩阵布局时，可以在无交叉点的边缘加入引脚，增大感应区域的同时难以减少圆形阵列的边距，使得感应盲区较大，不适于抛光设备的压力检测。

实施例一

本实用新型实施例提供一种基于圆形阵列的压力传感器，包括：弹性体薄膜1、阵列导电层2、叉指阵列电极、连接导线4。

在本实施例中，所述阵列导电层2包括若干个导电层2；所述叉指阵列电极包括若干个叉指电极3。

请参照图1，为本实用新型提供的圆形阵列的传感器单元的一种实施例的连接关系示意图。

其中，所述若干个导电层2的一侧呈圆形阵列排布在所述弹性体薄膜1的微结构的表面上。

在本实施例中，所述弹性体薄膜1为双层膜，所述双层膜包括：PU弹性薄膜和PET刚性薄膜。

本实用新型中PU弹性薄膜和PET刚性薄膜构成的双层膜具有较好的耐磨性能和柔韧性能，能在较广的压力范围进行抛光设备的压力检测。

所述若干个叉指电极3呈圆形阵列排布，且所述若干个叉指电极3的电极面与所述若干个导电层2的另一侧接触。

在本实施例中，所述叉指阵列电极具有交叉分布式结构，并且，所述若干个叉指电极3的基底一体成型。

本实用新型中一体成型的叉指阵列电极的交叉分布式结构有助于圆形阵列中的传感器单元以更高的密度排布，缩小了边缘感应盲区，适用于抛光设备压力检测。

请参照图2，为本实用新型提供的连接导线4的一种实施例的走线示意图。其中，所述连接导线4包括：行导线5和列导线6；所述叉指电极3的两个电极分别与所述行导线5中的一根导线和所述列导线6中的一根导线连接；所述行导线5和所述列导线6在所述圆形阵列的同侧边缘引出。

本实用新型通过同侧边缘引出行导线5和列导线6，与现有技术采用从电极板相对的两侧引出导线相比，减少了电极板两侧的检测盲区。

本实用新型通过若干导电层2和若干叉指电极3连接构成圆形阵列，圆形阵列中的导电层2与弹性体薄膜1的微结构的表面接触，叉指阵列电极与连接导线4连接，构成具有圆形阵列的压力传感器，使压力传感器在抛光设备压力检测中不易翘曲；而圆形阵列面积更大，适用于抛光设备压力检测；此外行导线5和列导线6在圆形阵列的同侧边缘引出，使得感应区域缩小了边距，进而在压力传感器的比例更高，进一步适用于抛光设备压力检测。

请参照图3，a为本实用新型提供的列导线6的接口排布示意图；b为本实用新型提供的行导线5的接口布线示意图。其中，所述行导线5和所述列导线6排列在所述圆形阵列的圆心的预设距离内；并且，所述行导线5和所述列导线6在圆形阵列外分为两层，层叠与引脚连接，构成传感器接口。

在本实施例中，引出的列导线6位于下层，而引出的行导线5位于上层；进而行导线5和列导线6形成互不干扰的双层结构。

本实用新型的行导线5和列导线6分层，且层叠与引脚连接，可以互不干扰地输出行列信号，提高了压力传感器在使用中的稳定性，适用于抛光设备压力检测；此外，层叠与引脚连接的结构缩短了压力传感器接口的长度，使感应区域的比例更高，适用于抛光设备压力检测。

请参照图4，为本实用新型提供的传感器接口的一种实施例的示意图。其中，所述传感器接口与所述圆形阵列的传感器单元数量对应。

在本实施例中，通过纵横交叉的线路构建传感器阵列以减小引线数量。在线路结构中，当纵向引脚为N个，横向引脚为M个时，总的传感器单元数量为N*M，而连接导线4中包含的导线数量为N+M。

在本实施例中，传感器接口的总宽度为104.97mm；抛光设备基板开口对应的宽度99.95mm；传感器接口的引脚长度3mm，并且传感器接口的引脚中心距为0.5mm。

请参照图5，为本实用新型提供的圆形阵列的局部放大示意图。其中，传感器单元的尺寸为5.5mm×5.5mm，传感器单元的间距为1mm。

请参照图6，为本实用新型提供的圆形阵列与连接导线4的一种实施例的连接关系示意图。其中，圆形阵列共有64行和64列，通过行和列交叉形成4096个交叉点，根据传感器面积大小保留圆形面积内的传感器单元，共3112个。

在本实施例中，所述圆形阵列构成感应区域；其中，所述感应区域的直径为350mm；基于圆形阵列的压力传感器的直径为360mm。

在本实施例中，感应区域基于圆形矩阵均匀分布设计；其中，为使得传感器外形呈圆形，去除其64行64列单元形成350mm的正方形与直径350mm内切圆之间的阵列单元。此外，本实用新型的压力传感器具有直径350mm的圆形感应区域，并在感应区域中包含3112个方形传感器单元阵列，实现在较大的感应区域具有较小的感应盲区，适用于抛光设备的压力检测。

在本实施例中，传感器接口采用64行64列的接口，其中行和列接口各分为两个32针的0.5mm间距的标准FPC接口，可采用4条FPC排线连接，减小了接口体积。

本实用新型的压力传感器是圆形阵列柔性压力传感器，具体为微结构型柔性压力传感器，当受力产生压缩时，其接触电阻会发生变化，通过特定的压力-电阻关系，可测量出压力大小。

在本实施例中，所述封装层封装固定所述弹性体薄膜1、所述阵列导电层2、所述叉指阵列电极和所述连接导线4的相对位置。

本实用新型的封装层对弹性体薄膜1、阵列导电层2、叉指阵列电极和连接导线4进行保护，使压力传感器在进行抛光装置的压力检测过程中不受外界影响，工作更加稳定。

在本实施例中，采用本实用新型实施例的压力传感器对抛光装置retainer区域的进行检测的常用压力6.5psi，并且在测试其他区域前需要清空retainer区域的背底。所述压力传感器在检测第一区域至第七区域时，采用的压力为4psi；其中，retainer区域至第七区域都为扇区，可被所述压力传感器检测。

本实用新型通过若干导电层2和若干叉指电极3连接构成圆形阵列，圆形阵列中的导电层2与弹性体薄膜1的微结构的表面接触，叉指阵列电极与连接导线4连接，构成具有圆形阵列的压力传感器，使压力传感器在抛光设备压力检测中不易翘曲；而圆形阵列面积更大，适用于抛光设备压力检测；此外行导线5和列导线6在圆形阵列的同侧边缘引出，使得感应区域缩小了边距，进而在压力传感器的比例更高，进一步适用于抛光设备压力检测。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于圆形阵列的压力传感器，其特征在于，包括：弹性体薄膜、阵列导电层、叉指阵列电极、连接导线；

其中，所述阵列导电层包括若干个导电层；其中，所述若干个导电层的一侧呈圆形阵列排布在所述弹性体薄膜的微结构的表面上；

所述叉指阵列电极包括若干个叉指电极；其中，所述若干个叉指电极外轮廓是圆形，在其内部按照纵横阵列排布，且所述若干个叉指电极的电极面与所述若干个导电层的另一侧接触；所述若干个导电层和所述若干个叉指电极组成圆形阵列；

所述连接导线包括：行导线和列导线；所述叉指电极的两个电极分别与所述行导线中的一根导线和所述列导线中的一根导线连接；所述行导线和所述列导线在所述圆形阵列的同侧边缘引出。

2.如权利要求1所述的基于圆形阵列的压力传感器，其特征在于，所述行导线和所述列导线排列在所述圆形阵列的圆心的预设距离内；并且，所述行导线和所述列导线在圆形阵列外分为两层，层叠与引脚连接，构成传感器接口。

3.如权利要求2所述的基于圆形阵列的压力传感器，其特征在于，所述传感器接口与所述圆形阵列的传感器单元数量对应。

4.如权利要求1所述的基于圆形阵列的压力传感器，其特征在于，所述叉指阵列电极具有交叉分布式结构，并且，所述若干个叉指电极的基底一体成型。

5.如权利要求1所述的基于圆形阵列的压力传感器，其特征在于，所述弹性体薄膜为双层膜，所述双层膜包括：PU弹性薄膜和PET刚性薄膜。

6.如权利要求1-5任意一项所述的基于圆形阵列的压力传感器，其特征在于，所述圆形阵列共有64行和64列，通过行和列交叉形成4096个交叉点，根据传感器面积大小保留圆形面积内的传感器单元，共3112个。

7.如权利要求5所述的基于圆形阵列的压力传感器，其特征在于，所述圆形阵列构成感应区域；其中，所述感应区域的直径为350mm。

8.如权利要求1-5任意一项所述的基于圆形阵列的压力传感器，其特征在于，还包括封装层；

其中，所述封装层封装固定所述弹性体薄膜、所述阵列导电层、所述叉指阵列电极和所述连接导线的相对位置。

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