TW202115539A

TW202115539A - 感測裝置

Info

Publication number: TW202115539A
Application number: TW108136898A
Authority: TW
Inventors: 何立芹; 林采育
Original assignee: 美思科技股份有限公司
Priority date: 2019-10-14
Filing date: 2019-10-14
Publication date: 2021-04-16
Also published as: JP2021063786A; JP6871999B2; TWI801679B

Abstract

一種感測裝置，適應於曲面表面，包含有一可撓性基底、複數個感測單元以及複數個連接線。可撓性基底包含有複數個連接區塊。複數個連接區塊中的每一者包含有至少一封閉鏤空區。複數個感測單元，設置於可撓性基底上，且呈陣列排列。複數個連接線，設置於可撓性基底上。其中，複數個連接線中的每一者連接於複數個感測單元中相鄰的兩者，複數個連接區塊分別重疊於複數個連接線。

Description

感測裝置

本發明係指一種感測裝置，尤指一種可適應於多種曲面表面、延展性較高且不易斷裂的感測裝置。

醫學感測器對於醫學診斷及治療的重要性與日俱增。現有的醫學感測器多半具有剛性，無法鋪設於不規則的曲面並隨著曲面改變外型，或者無法與被測量或待治療的身體部位直接接觸並隨著身體部位改變外型，這些限制影響測量的精確性及治療的有效性。並且，現有的醫學感測器多半由不具孔洞的整面式基底構成，因此透氣性較差，且延展性較低，容易因皺褶變形影響感測的靈敏度或精確度。

因此，本發明主要提供一種感測裝置，其可適應於多種曲面表面、延展性較高且不易斷裂。

本發明揭露一種感測裝置，適應於曲面表面，包含有一可撓性基底、複數個感測單元以及複數個連接線。可撓性基底包含有複數個連接區塊。複數個連接區塊中的每一者包含有至少一封閉鏤空區。複數個感測單元，設置於可撓性基底上，且呈陣列排列。複數個連接線，設置於可撓性基底上。其中，複數個連接線中的每一者連接於複數個感測單元中相鄰的兩者，複數個連接區塊分別重疊於複數個連接線。

請參考第1A圖及第1B圖，第1A圖為本發明實施例一感測裝置10未拉伸時之局部示意圖，第1B圖第1A圖的感測裝置10沿方向X拉伸時之局部示意圖。感測裝置10包含有一可撓性基底100、感測單元110以及連接線120。可撓性基底100包含有連接區塊102以及元件區塊104，且每一連接區塊102連接於相鄰的兩個元件區塊104之間。如第1A圖所示，每一連接區塊102包含有一封閉鏤空區1022以及條狀區1024。封閉鏤空區1022連接於相鄰的兩個條狀區1024之間，因而位於連接區塊102相對的兩個端點之間。感測單元110分別設置於可撓性基底100的元件區塊104上而與元件區塊104重疊，且呈陣列排列。連接線120分別設置於可撓性基底100的連接區塊102上而與連接區塊102重疊，且任一連接線120連接於相鄰的兩個感測單元110之間，以將訊號傳輸於相鄰的兩個感測單元110之間。

簡言之，相較於不具孔洞的基底，感測裝置10藉由將連接區塊102連接於相鄰的兩個元件區塊104之間而形成具鏤空的結構，因此感測裝置10可提高感測裝置10的透氣性，且具有較高的延展性，而可適應於多種曲面表面，並可避免皺褶變形影響感測裝置10的靈敏度或精確度。此外，感測裝置10的封閉鏤空區1022可進一步提升感測裝置10的延展性，並可提高可靠性（reliability）而不易斷裂，且可避免感測單元110於拉伸感測裝置10時發生旋轉。

具體而言，如第1B圖所示，當沿方向X拉伸感測裝置10時，感測單元110以及連接線120可隨著可撓性基底100延展。進一步地，連接區塊102的封閉鏤空區1022的形狀可適度改變，舉例來說，下方及左方的封閉鏤空區1022自第1A圖所示的藥丸形轉變為第1B圖所示的菱形。如此一來，可進一步增加連接區塊102的有效長度，而提高延展性。據此，感測裝置10可由第1A圖所示的長度L1轉變為第1B圖所示的長度L2。因此，可撓性基底100的元件區塊104的單位長度延展量不同於封閉鏤空區1022的單位長度延展量，也就是說，感測裝置10沿一方向（如方向X）拉伸時，在此方向上的單位長度的元件區塊104於拉伸前後的長度變化小於在此方向上的單位長度的封閉鏤空區1022於拉伸前後的長度變化。

在一些實施例中，當沿方向Z局部性擠壓感測裝置10時，感測裝置10可沿多個方向（如方向X或方向Y）拉伸，以緩衝擠壓的張力，如此一來，感測裝置10可適應於各種曲面表面，並可避免皺褶變形影響感測裝置10的靈敏度或精確度。據此，感測裝置10可鋪設於床墊、坐墊、鞋墊等軟性材質上，以偵測非平面物體（如人體）接觸軟性材質的、溫度、壓力或者非平面物體的移動、濕度或排放物質種類。在此情況下，感測單元110對應地可為溫度偵測器，壓力偵測器、加速度計、陀螺儀、濕度偵測器、流體偵測器或化學物質偵測器，但不以此為限。此外，若感測裝置10的拉伸在彈性限度以內，感測裝置10的形變是可逆的，也就是說，當外力去除後，感測裝置10會恢復原狀。

為了最佳化感測裝置10的延展性，可撓性基底100的幾何比例可視不同設計考量而調整。舉例來說，表一至表三分別列出可撓性基底100幾何比例與延展量之間的關係。其中，如第1A圖及第1B圖所示，封閉鏤空區1022可依據一鏤空輪廓（如藥丸形或菱形）而定義。在表一至表三中，W2為可撓性基底100的條狀區1024未拉伸時的寬度，W3為可撓性基底100的封閉鏤空區1022未拉伸時的寬度（或可稱為第三寬度），W4為封閉鏤空區1022的鏤空輪廓未拉伸時的寬度（或可稱為第四寬度），L4為封閉鏤空區1022的鏤空輪廓未拉伸時的長度（或可稱為第一長度），dW為封閉鏤空區1022的鏤空輪廓未拉伸時的寬度W4與拉伸時的寬度W5之間的差值（即封閉鏤空區1022的延展量）。在表一中，W3:W4=1:1；在表二中，W3:W4=1:2；在表三中，W3:W4=1:3。由表一至表三可知，當W3:W2的比例值越大，封閉鏤空區1022的延展量dW越小，也就是說，可撓性基底100的延展性相對較高。類似地，當W4:L4的比例值越大，封閉鏤空區1022的延展量dW越大；或者，當W4:W3的比例值越大，封閉鏤空區1022的延展量dW越大。此外，封閉鏤空區1022的延展量dW相關於條狀區1024的寬度W2、封閉鏤空區1022的寬度W3、封閉鏤空區1022的鏤空輪廓的寬度W4及長度L4。（表一）

	W4:L4= 1:2	W4:L4= 1:3	W4:L4= 1:4	W4:L4= 1:5
W3:W2= 1:1	L4:dW= 1:0.14	L4:dW= 1:0.23	L4:dW= 1:0.32	L4:dW= 1:0.4
W3:W2= 1:2	L4:dW= 1:0.07	L4:dW= 1:0.09	L4:dW= 1:0.17	L4:dW= 1:0.28
W3:W2= 1:3		L4:dW= 1:0.04	L4:dW= 1:0.1	L4:dW= 1:0.17
W3:W2= 1:4			L4:dW= 1:0.03	L4:dW= 1:0.11
W3:W2= 1:5				L4:dW= 1:0.05

（表二）

	W4:L4= 1:1	W4:L4= 1:2	W4:L4= 1:3	W4:L4= 1:4	W4:L4= 1:5
W3:W2= 1:1	L4:dW= 1:0.14	L4:dW= 1:0.35	L4:dW= 1:0.38	L4:dW= 1:0.57	L4:dW= 1:0.62
W3:W2= 1:2		L4:dW= 1:0.14	L4:dW= 1:0.23	L4:dW= 1:0.39	L4:dW= 1:0.54
W3:W2= 1:3		L4:dW= 1:0.07	L4:dW= 1:0.19	L4:dW= 1:0.32	L4:dW= 1:0.37
W3:W2= 1:4		L4:dW= 1:0.03	L4:dW= 1:0.09	L4:dW= 1:0.25	L4:dW= 1:0.34
W3:W2= 1:5			L4:dW= 1:0.04	L4:dW= 1:0.14	L4:dW= 1:0.25

（表三）

	W4:L4= 1:1	W4:L4= 1:2	W4:L4= 1:3	W4:L4= 1:4	W4:L4= 1:5
W3:W2= 1:1	L4:dW= 1:0.2	L4:dW= 1:0.4	L4:dW= 1:0.5	L4:dW= 1:0.62	L4:dW= 1:0.7
W3:W2= 1:2	L4:dW= 1:0.5	L4:dW= 1:0.25	L4:dW= 1:0.43	L4:dW= 1:0.55	L4:dW= 1:0.66
W3:W2= 1:3		L4:dW= 1:0.2	L4:dW= 1:0.36	L4:dW= 1:0.47	L4:dW= 1:0.58
W3:W2= 1:4		L4:dW= 1:0.1	L4:dW= 1:0.23	L4:dW= 1:0.37	L4:dW= 1:0.48
W3:W2= 1:5		L4:dW= 1:0.05	L4:dW= 1:0.13	L4:dW= 1:0.27	L4:dW= 1:0.42

為了提高感測裝置10的結構強度，可撓性基底100的幾何比例可視不同設計考量而進一步調整。在一些實施例中，可撓性基底100的連接區塊102的寬度W2（或可稱為第二寬度）小於元件區塊104的寬度W1（或可稱為第一寬度），但不以此為限。在一些實施例中，為了提高可靠性，連接區塊102相對方向X（或可稱為第一方向）及方向Y（或可稱為第二方向）具有對稱性。在一些實施例中，為了提高可靠性，封閉鏤空區1022依據一鏤空輪廓定義而可具有中空的結構，因此實質上提高連接區塊102於封閉鏤空區1022處的有效寬度。也就是說，藉由具有對稱性的連接區塊102，並提高連接區塊102的有效寬度，可均勻分散應力，增加結構強度，以避免連接區塊102發生斷裂或剝離，而提高可靠性。此外，由於連接區塊102具有對稱性，因此可避免感測單元110於拉伸感測裝置10時發生旋轉，而可避免感測單元110與可撓性基底100之間或可撓性基底100的不同膜層之間的摩擦，以確保感測單元110的使用年限。

在一些實施例中，可撓性基底100可由聚合物製作而成，例如聚醯亞胺（Polyimide，PI）、聚醯胺（Polyamide，PA）、矽氧聚合物（polymerized siloxanes或polysiloxanes）、聚氨酯（polyurethanes, PU）或聚酯（Polyester）。在一些實施例中，可撓性基底100可具有單層或多層（multilayer）結構。類似地，感測單元110或連接線120亦可具有單層或多層結構。在一些實施例中，連接線120可由高導電性的金屬（例如銅或金）製作而成。在一些實施例中，感測裝置10可為可撓性印刷電路板（Flexible Printed Circuit，FPC）或者藉由可撓性印刷電路板的製作方法來製作感測裝置10。

在一些實施例中，為了進一步提高可靠性，連接線120可設置於可撓性基底100的連接區塊102內而由連接區塊102局部或完全包覆，以避免連接區塊102及連接線120發生斷裂或剝離，而提高可靠性。在一些實施例中，感測裝置10可另包含有一強化層，用以包覆可撓性基底100，以增加結構強度。

如第1A圖所示，連接線120的佈線方式可視不同設計考量而調整。在一些實施例中，封閉鏤空區1022可受連接線120部分圍繞或完全圍繞。舉例來說，如第1A圖所示，上方、左方及右方的封閉鏤空區1022為連接線120完全圍繞，而下方的封閉鏤空區1022為連接線120部分圍繞。在一些實施例中，連接線120於封閉鏤空區1022處的佈線可具有對稱性或不具有對稱性。舉例來說，如第1A圖所示，連接線120於上方及右方的封閉鏤空區1022處的佈線具有對稱性，連接線120於下方及左方的封閉鏤空區1022處的佈線不具有對稱性。

需注意的是，感測裝置10為本發明之實施例，本領域具通常知識者當可據以做不同的變化及修飾。舉例來說，在一些實施例中，感測裝置10可另包含有一黏著層，用以將可撓性基底100黏附至非平面物體上。在一些實施例中，感測裝置10可另包含有一保護層，用以包覆可撓性基底100，以提供防止液體、濕氣、灰塵、其他物質侵入的隔離效果，或提高表面舒適度。在一些實施例中，保護層可藉由塗層處理而形成。在一些實施例中，感測單元110可包含有處理電路、儲存模組、電源模組、通訊介面。處理電路可為微處理器或特定應用積體電路（Application-Specific Integrated Circuit，ASIC），而不限於此。儲存模組可為用戶識別模組（Subscriber Identity Module，SIM）、唯讀式記憶體（Read-Only Memory，ROM）、快閃記憶體（flash memory）或隨機存取記憶體（Random-Access Memory，RAM），而不限於此。電源模組可為電池或太陽能板。通訊介面可為一收發器（transceiver）例如無線收發器，用來傳送及接收訊號（例如訊息或封包等），但不限於此。

封閉鏤空區1022的鏤空輪廓可視不同設計考量而調整。在一些實施例中，封閉鏤空區1022的鏤空輪廓可為圓形、橢圓形、菱形、多邊形、啞鈴形、藥丸形、漏斗形或其他組合圖案，但不以此為限。舉例來說，請參考第2圖至第8圖，第2圖至第8圖分別為本發明實施例可撓性基底200~800之局部示意圖。可撓性基底200~800之架構類似於可撓性基底100，故相同元件沿用相同符號表示。可撓性基底200~800分別包含有連接區塊202~802以及元件區塊104。每一連接區塊202~802包含有封閉鏤空區2022~8022以及條狀區1024。封閉鏤空區2022~8022分別具有不同形狀的鏤空輪廓。此外，封閉鏤空區2022、5022分別包含有圓角2022R、5022R，用以進一步增加結構強度，避免封閉鏤空區2022、5022發生撕裂，而能提高可靠性。再者，相鄰的兩個元件區塊104之間的封閉鏤空區1022數量可視不同設計考量而調整。在一些實施例中，多個封閉鏤空區1022可透過多個條狀區1024而串接，以進一步提升感測裝置10的延展性。舉例來說，如第2圖至第8圖所示，相鄰的兩個元件區塊104之間分別設置了3個封閉鏤空區2022~8022，且封閉鏤空區2022~8022可分別透過4個條狀區1024而串接。

不同連接區塊102的長度或封閉鏤空區1022的數量可視不同設計考量而調整。舉例來說，請參考第9圖，第9圖為本發明實施例一可撓性基底900之局部示意圖。可撓性基底900之架構類似於可撓性基底100，故相同元件沿用相同符號表示。不同之處在於，可撓性基底900的連接區塊可區分為連接區塊902A1、902A2、902B1、902B2。連接區塊902A1、902A2平行於方向X，連接區塊902B1、902B2平行於方向Y。此外，連接區塊902A1、902A2的長度L9A（或可稱為第二長度）不同於連接區塊902B1、902B2的長度L9B（或可稱為第三長度）。在一些實施例中，連接區塊902A1、902A2、902B1、902B2中的封閉鏤空區1022的數量可不相同。如第9圖所示，連接區塊902A1包含有1個封閉鏤空區1022，連接區塊902A2包含有2個封閉鏤空區1022，連接區塊902B1包含有2個封閉鏤空區1022，連接區塊902B2包含有3個封閉鏤空區1022。

綜上所述，相較於不具孔洞的基底，本發明的感測裝置10藉由將連接區塊102連接於相鄰的兩個元件區塊104之間而形成鏤空的結構，因此感測裝置10可提高感測裝置10的透氣性，且具有較高的延展性，而可適應於各種曲面表面，並可避免皺褶變形影響感測裝置10的靈敏度或精確度。此外，本發明的的封閉鏤空區1022可進一步提升感測裝置10的延展性，並可提高可靠性而不易斷裂，且可避免感測單元110於拉伸感測裝置10時發生旋轉。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10:感測裝置 100~900:可撓性基底 102~802、902A1、902A2、902B1、902B2:連接區塊 1022~8022:封閉鏤空區 1024:條狀區 104:元件區塊 110:感測單元 120:連接線 2022R、5022R:圓角 L1、L2、L4、L9A、L9B:長度 W1、W2、W3、W4、W5:寬度 X、Y、Z:方向

第1A圖為本發明實施例一感測裝置未拉伸時之局部示意圖。第1B圖第1A圖的感測裝置拉伸時之局部示意圖。第2圖至第8圖分別為本發明實施例可撓性基底之局部示意圖。第9圖為本發明實施例一可撓性基底之局部示意圖。

10:感測裝置

100:可撓性基底

102:連接區塊

1022:封閉鏤空區

1024:條狀區

104:元件區塊

110:感測單元

120:連接線

L1、L4:長度

W1、W2、W3、W4:寬度

X、Y、Z:方向

Claims

一種感測裝置，適應於曲面表面，包含有：一可撓性基底，包含有複數個連接區塊，該複數個連接區塊中的每一者包含有至少一封閉鏤空區；複數個感測單元，設置於該可撓性基底上，且呈陣列排列；以及複數個連接線，設置於該可撓性基底上，其中，該複數個連接線中的每一者連接於該複數個感測單元中相鄰的兩者，該複數個連接區塊分別重疊於該複數個連接線。
如請求項1所述之感測裝置，其中該可撓性基底另包含有複數個元件區塊，該複數個元件區塊分別重疊於該複數個感測單元，當拉伸該感測裝置時，該複數個元件區塊中的每一者的單位長度延展量不同於該至少一封閉鏤空區中的每一者的單位長度延展量。
如請求項2所述之感測裝置，其中該複數個元件區塊中的每一者的一第一寬度大於該複數個連接區塊中的每一者的一第二寬度。
如請求項1所述之感測裝置，其中該至少一封閉鏤空區具有一第三寬度，該至少一封閉鏤空區中的每一者依據一鏤空輪廓定義，該鏤空輪廓具有一第四寬度及一第一長度，該至少一封閉鏤空區中的每一者的延展量相關於該第三寬度、該第四寬度或該第一長度。
如請求項1所述之感測裝置，其中該至少一封閉鏤空區中的每一者的一鏤空輪廓為圓形、橢圓形、菱形、多邊形、啞鈴形、藥丸形或漏斗形。
如請求項1所述之感測裝置，其中該複數個連接區塊相對一第一方向或一第二方向具有對稱性，該第一方向垂直於該第二方向。
如請求項1所述之感測裝置，其中該複數個連接區塊中的一者的該至少一封閉鏤空區的數量不同於該複數個連接區塊中的另一者的該至少一封閉鏤空區的數量。
如請求項1所述之感測裝置，其中該複數個連接區塊包含有複數個第一連接區塊以及複數個第二連接區塊，該複數個第一連接區塊的一第二長度不同於該複數個第二連接區塊的一第三長度。
如請求項8所述之感測裝置，其中該複數個第一連接區塊中的一者的該至少一封閉鏤空區的數量不同於該複數個第二連接區塊中的一者的該至少一封閉鏤空區的數量。
如請求項1所述之感測裝置，其中該至少一封閉鏤空區為該複數個連接線部分圍繞或完全圍繞。