TWM582378U - Flexible sensor - Google Patents

Abstract

一種柔性感測器，包含第一彈性電路模組、第二彈性電路模組及熱熔膠膜。第一彈性電路模組包括第一彈性膜及第一導電圖案，第一彈性膜可受拉伸彈性變形且具有相層疊的印刷載層及熱接合層，第一導電圖案以印刷方式形成於印刷載層表面。第二彈性電路模組包括第二彈性膜及第二導電圖案，第二彈性膜可受拉伸彈性變形，第二導電圖案以印刷方式形成於第二彈性膜且形狀大小與第一導電圖案相配合。熱熔膠膜經由熱壓合方式與第一彈性電路模組和第二彈性電路模組接合並能一起受拉伸彈性變形，且第一導電圖案和第二導電圖案的位置相對應並與熱熔膠膜共同構成電容結構。

Description

柔性感測器

本新型是有關於一種柔性感測器，特別是指一種利用伸縮彈性變形產生電容或電阻變化的柔性感測器。

柔性感測器可應用於穿戴式電子裝置，藉由柔性感測器能隨生物體表面的伸縮運動或關節屈伸運動彈性變形以量測生物體的生物資訊或運動資訊。例如台灣專利公開案第TW201701830A公開的一種靜電電容型感測片，包括感測器本體以及與該感測器本體一體化且具有伸縮性的布料，該感測器本體具有片狀的介電層、第1電極層及第2電極層，該介電層包含彈性體組成物，該第1電極層及該第2電極層分別形成於該介電層的表面和背面。其電極層的導電材料採用碳奈米管並以塗佈方式形成於介電層表面。此外，其布料是經由黏著層而積層於感測器本體的表側及背側。

如前述感測器本體的電極層是將導電材料塗佈在介電層表面所製成，其製程工序不僅麻煩且不易控制。而且其感測器本體要與布料結合時需要另外使用黏著層膠合，在應用上亦較為不便。

因此，本新型之其中一目的，即在提供一種容易製作且容易與載體結合的柔性感測器。

於是，本新型柔性感測器在一些實施態樣中，包含一第一彈性電路模組、一第二彈性電路模組及一熱熔膠膜。該第一彈性電路模組包括一第一彈性膜及一第一導電圖案，該第一彈性膜可受拉伸彈性變形且具有相層疊的一印刷載層及一熱接合層，該印刷載層用以設置該第一導電圖案，該熱接合層可熱熔並用以與一載體經熱壓結合，該第一導電圖案以印刷方式形成於該印刷載層表面。該第二彈性電路模組包括一第二彈性膜及一第二導電圖案，該第二彈性膜可受拉伸彈性變形，該第二導電圖案以印刷方式形成於該第二彈性膜且形狀大小與該第一導電圖案相配合。該熱熔膠膜經由熱壓合方式與該第一彈性電路模組和該第二彈性電路模組接合且能一起受拉伸彈性變形，該熱熔膠膜的兩面以熱熔方式分別與該第一導電圖案和該第二導電圖案接合，且該第一導電圖案和該第二導電圖案的位置相對應並與該熱熔膠膜共同構成電容結構。

在一些實施態樣中，該第二彈性膜與該第一彈性膜的結構相同，同樣具有相層疊的一印刷載層及一熱接合層，該第二導電圖案以印刷方式形成於該第二彈性膜的印刷載層表面。

在一些實施態樣中，該第一導電圖案和該第二導電圖案由導電銀漿形成。

在一些實施態樣中，該第一導電圖案具有多個相並聯的感測部。

在一些實施態樣中，該等感測部共同構成一幾何圖形且該幾何圖形內含有多個鏤空區域以區隔出該等感測部。

在一些實施態樣中，該幾何圖形為四邊形且該等鏤空區域各呈直線形且彼此平行並排。

在一些實施態樣中，該幾何圖形為圓形且該等鏤空區域各呈直線形且彼此平行並排。

在一些實施態樣中，該幾何圖形為圓形且該等鏤空區域各呈弧線形且以圓心呈旋轉對稱排列。

在一些實施態樣中，該第一導電圖案具有多個相連接的感測部，且每一感測部具有至少一鏤空區域。

在一些實施態樣中，每一感測部呈螺旋狀。

本新型柔性感測器在一些實施態樣中，包含一彈性電路模組。該彈性電路模組包括一彈性膜及一導電圖案，該彈性膜可受拉伸彈性變形且具有相層疊的一印刷載層及一熱接合層，該印刷載層用以設置該導電圖案，該熱接合層可熱熔並用以與一載體經熱壓結合，該導電圖案以印刷方式形成於該印刷載層表面且用於電阻感測並具有至少一感測部。

在一些實施態樣中，還包含一保護膜，該保護膜覆蓋該導電圖案並能與該彈性電路模組一起受拉伸彈性變形。

在一些實施態樣中，該保護膜為一熱熔膠膜且以熱壓合方式與該彈性電路模組結合。

在一些實施態樣中，該保護膜是以油墨透過印刷方式覆蓋該導電圖案所形成。

在一些實施態樣中，該導電圖案由導電銀漿形成。

在一些實施態樣中，該感測部呈彎繞線路以增加導電路徑總長度。

在一些實施態樣中，該感測部呈鏡射對稱。

在一些實施態樣中，該感測部呈自一中心往外繞多圈的螺旋形。

在一些實施態樣中，該導電圖案具有多個並聯設置的感測部。

本新型至少具有以下功效：藉由彈性電路模組的彈性膜具有印刷載層以印刷導電圖案及熱接合層以與載體熱壓結合，不僅容易製作導電圖案且使柔性感測器不需要再塗佈黏著層即能與載體結合，進而增加柔性感測器與載體結合的簡便性。

在本新型被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1與圖2，本新型柔性感測器100之一第一實施例為電容式感測器，包含兩個彈性電路模組1及一熱熔膠膜2。每一彈性電路模組1包括一彈性膜11及一導電圖案12，該彈性膜11可受拉伸彈性變形，且具有相層疊的一印刷載層111及一熱接合層112，該印刷載層111用以設置該導電圖案12，該熱接合層112可熱熔並用以與一載體4 (見圖3)經熱壓結合，該導電圖案12以印刷方式形成於該印刷載層111表面。彈性膜11的材質可例如聚氨酯(Polyurethane，PU)、熱塑性聚氨酯(Thermoplastic polyurethanes，TPU)等。由於該印刷載層111須在印刷導電圖案12以及在該熱接合層112與該載體4熱熔結合過程中不會熱變形，所以該印刷載層111的軟化點需要高於印刷導電圖案12的製程溫度以及該熱接合層112的熱熔接合溫度。在本實施例中，該印刷載層111及該熱接合層112的主要成分皆為聚氨酯(polyurethane)，但是該印刷載層111的軟化點為184℃，而該熱接合層112的軟化點為105℃。而且，在本實施例中，該印刷載層111的厚度約為44μm，該熱接合層112的厚度約為45μm。

兩彈性電路模組1的導電圖案12形狀大小相配合，亦即，兩導電圖案12相向設置時呈鏡射對稱，為方便說明起見，以下僅以其中一導電圖案12說明。在本實施例中，該導電圖案12是以一個感測部121為例說明，且該導電圖案12還具有自該感測部121延伸的一連接部122，該連接部122用以連接外部導線(未圖示)。在變化的實施例，導電圖案12可以具有多個感測部121，將於下述實施例再進一步說明。在本實施例中，該導電圖案12由導電銀漿形成。該熱熔膠膜2夾置於該兩彈性電路模組1之間並經由熱壓合方式與該兩彈性電路模組1接合且能一起受拉伸彈性變形。該熱熔膠膜2的兩面以熱熔方式分別與兩彈性電路模組1的導電圖案12接合。該兩彈性電路模組1的導電圖案12的位置相對應並與該熱熔膠膜2共同構成電容結構，也就是說，兩導電圖案12的感測部121為電容結構的兩個電極且熱熔膠膜2為電容結構的介電質，由於熱熔膠膜2以熱熔方式與導電圖案12接合而能產生較佳的結合力，能使整個電容結構具有較佳的結構強度及可靠性。藉由測量柔性感測器100的電容值變化而能計算出柔性感測器100的變形量。

參閱圖3，說明本實施例的製作步驟流程：

首先，分別製備彈性電路模組1及熱熔膠膜2。製備彈性電路模組1時，可使彈性膜11設置在基板3上以支撐彈性膜11，且彈性膜11的熱接合層112與基板3連接而露出印刷載層111，再將導電銀漿印刷於彈性膜11的印刷載層111上形成導電圖案12。該基板3具體例如離形紙。

接著將製備好的兩個彈性電路模組1連同基板3以導電圖案12相向設置並將熱熔膠膜2置於兩彈性電路模組1之間，其中兩導電圖案12的感測部121及熱熔膠膜2上下相對位，利用熱壓合機將熱熔膠膜2與彈性電路模組1熱熔接合固定。熱熔膠膜2與彈性電路模組1結合後，熱熔膠膜2介於兩導電圖案12的感測部121之間，而兩導電圖案12的連接部122則露出熱熔膠膜2外。如此即可完成柔性感測器100的製作，基板3可用於保護彈性膜11，待要與載體4結合前再移除即可。此外，可使用較大面積的彈性膜11並於印刷導電圖案12時一次印刷多個導電圖案12，待彈性膜11與熱熔膠膜2組合後形成多個柔性感測器100，再利用刀模機裁切以形成多個獨立的柔性感測器100並使各柔性感測器100具有適當的形狀尺寸。

進一步地，柔性感測器100可視使用需求與不同載體4結合，載體4可例如布料、鞋材等用於穿戴物品的材料。欲將柔性感測器100結合於應用物品(例如護腕、衣服、褲子、帽子、護膝、鞋子等)，先將基板3移除，再將載體4覆蓋於彈性膜11的熱接合層112並以熱壓合的方式使載體4與熱接合層112熱熔接合。雖然在本實施例中兩彈性膜11為相同的雙層結構，但是在變化的實施態樣，其中一個彈性膜11可以為單層結構以供印刷導電圖案12即可，而只藉由其中另一具有熱接合層112的彈性膜11與載體4結合亦可實施。

參閱圖4，本新型柔性感測器100之一第二實施例與第一實施例的差異在於，在第二實施例中，每一彈性電路模組1的導電圖案12具有多個並聯設置的感測部121，以增加柔性感測器100的作用範圍。在製備彈性電路模組1時，可在彈性膜11上印刷多個感測部121且每一感測部121延伸一連接部122，然後，可以依據使用需求將所需數量的感測部121另以導線連接成並聯的電容結構。也就是說，在一大面積的彈性膜11上印刷多個感測部121時，可以一次製作出多個獨立的電容結構，再經由裁切即可形成多個各具有一個電容結構的柔性感測器100，也可以將其中一些感測部121由導線並聯以使單一柔性感測器100具有多個並聯的電容結構。如此可以增加製作上的彈性，減少備料庫存的成本。

參閱圖5至圖7，為第一實施例導電圖案12的變化態樣，該導電圖案12具有多個相並聯的感測部121，該等感測部121共同構成一幾何圖形且該幾何圖形內含有多個鏤空區域125以區隔出該等感測部121。如圖5所示，導電圖案12的感測部121形成的幾何圖形為四邊形且該等鏤空區域125各呈直線形且彼此平行並排。如圖6所示，導電圖案12的感測部121形成的幾何圖形為圓形且該等鏤空區域125各呈直線形且彼此平行並排。如圖7所示，導電圖案12的感測部121形成的幾何圖形為圓形且該等鏤空區域125各呈弧線形且以圓心呈旋轉對稱排列。藉由多個相並聯的感測部121可以偵測使用者不同位置的動作再並聯至整體的感測訊號，例如柔性感測器100用於偵測使用者膝蓋的彎曲程度，當膝蓋彎曲幅度較小時，只有其中幾個感測部121受到拉伸，當膝蓋彎曲幅度較大時，受到拉伸的感測部121較多，因為感測部121受拉伸數量不同所產生的總和電容值大小也對應變化，如此可判斷膝蓋彎曲位置。

參閱圖8至圖10，為第一實施例導電圖案12的變化態樣，該導電圖案12具有多個相連接的感測部121且每一感測部121具有至少一鏤空區域125。可依據所要感測的部位設計該等感測部121分佈的區域，每一感測部121形成局部電極，藉由多個局部電極對應需要感測的多個局部區域可以針對局部性肌肉、關節做偵測。如圖8所示，導電圖案12具有三個呈螺旋狀的感測部121。如圖9所示，導電圖案12具有兩個呈螺旋狀的感測部121。如圖10所示，導電圖案12具有兩個呈方形的感測部121，且每一感測部121具有兩個鏤空區域125。

參閱圖11與圖12，本新型柔性感測器100之一第三實施例為電阻式感測器，包含一彈性電路模組1及一保護膜2’。在第三實施例的彈性電路模組1與第一實施例的差異在於：第三實施例的導電圖案12的感測部123呈彎繞線路以增加導電路徑總長度，感測部123的兩端各自延伸一連接端部124用以連接外部導線(未圖示)，藉由感測部123伸展時產生電阻值變化能計算出柔性感測器100的變形量。該保護膜2’覆蓋該導電圖案12並能與該彈性電路模組1一起受拉伸彈性變形，用以將導電圖案12密封並防水。在變化的實施態樣，未設置保護膜2’亦可實施。在第三實施例中，該保護膜2’為一熱熔膠膜且以熱壓合方式與該彈性電路模組1結合。第三實施例的製作方法與第一實施例大致相同，只是減少一個彈性電路模組1。同樣地，在第三實施例中，彈性電路模組1的彈性膜11的熱接合層112亦可與載體4 (參考圖3)熱熔接合。在變化的實施態樣，該保護膜2’也可以是以油墨透過印刷方式覆蓋該導電圖案12所形成，印刷油墨可以採全面覆蓋彈性膜11表面或是以局部印刷僅覆蓋導電圖案12的區域，只要能將導電圖案12覆蓋即可，且油墨可以是絕緣材質或導電材質，可視使用需求調整。

在第三實施例中，導電圖案12是以一個感測部123為例說明，在變化的實施例，導電圖案12可以具有多個並聯設置的感測部123，以增加柔性感測器100的作用範圍。與前述電容式柔性感測器100同樣地，在第三實施例中，在彈性膜11印刷導電圖案12時，可以一次印刷多個獨立的感測部123，再依據使用需求裁切，若需要多個感測部123在同一柔性感測器100時，可以藉由連接導線將多個感測部123並聯，以增加製作上的彈性，減少備料庫存的成本。

參閱圖13與圖14，為第三實施例導電圖案12的變化態樣，圖13與圖14所示的感測部123呈鏡射對稱，其中圖13所示感測部123為正弦波形，而圖14所示的感測部123為方波形。

參閱圖15與圖16，為第三實施例導電圖案12的變化態樣，圖15與圖16所示的感測部123呈自一中心往外繞多圈的螺旋形，其中圖15所示感測部123為圓形螺旋，而圖16所示的感測部123為方形螺旋。藉由同心繞形的感測部123可以偵測局部作用力變化。

參閱圖17，為第三實施例導電圖案12的變化態樣，感測部123形成兩個方形，可以對應兩個局部區域做偵測，可偵測不同區域局部作用力變化。

綜上所述，藉由彈性電路模組1的彈性膜11具有印刷載層111以印刷導電圖案12及熱接合層112以與載體4熱壓結合，不僅容易製作導電圖案12且使柔性感測器100不需要再塗佈黏著層即能與載體4結合，進而增加柔性感測器100與載體4結合的簡便性。

惟以上所述者，僅為本新型之實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

100‧‧‧柔性感測器

1‧‧‧彈性電路模組

11‧‧‧彈性膜

111‧‧‧印刷載層

112‧‧‧熱接合層

12‧‧‧導電圖案

121‧‧‧感測部

122‧‧‧連接部

123‧‧‧感測部

124‧‧‧連接端部

125‧‧‧鏤空區域

2‧‧‧熱熔膠膜

2’‧‧‧保護膜

3‧‧‧基板

4‧‧‧載體

本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是本新型柔性感測器的一第一實施例的一側視示意圖； 圖2是該第一實施例的一立體分解示意圖； 圖3是說明該第一實施例製法的步驟流程示意圖； 圖4是說明本新型柔性感測器的一第二實施例的導電圖案的示意圖； 圖5至圖10是說明該第一實施例的導電圖案的變化態樣的示意圖； 圖11是本新型柔性感測器的一第三實施例的一側視示意圖； 圖12是說明該第三實施例的導電圖案的一示意圖；及 圖13至圖17是說明第三實施例的導電圖案的變化態樣的示意圖。

Claims (19)

1. 一種柔性感測器，包含： 一第一彈性電路模組，包括一第一彈性膜及一第一導電圖案，該第一彈性膜可受拉伸彈性變形且具有相層疊的一印刷載層及一熱接合層，該印刷載層用以設置該第一導電圖案，該熱接合層可熱熔並用以與一載體經熱壓結合，該第一導電圖案以印刷方式形成於該印刷載層表面； 一第二彈性電路模組，包括一第二彈性膜及一第二導電圖案，該第二彈性膜可受拉伸彈性變形，該第二導電圖案以印刷方式形成於該第二彈性膜且形狀大小與該第一導電圖案相配合；及 一熱熔膠膜，經由熱壓合方式與該第一彈性電路模組和該第二彈性電路模組接合且能一起受拉伸彈性變形，該熱熔膠膜的兩面以熱熔方式分別與該第一導電圖案和該第二導電圖案接合，且該第一導電圖案和該第二導電圖案的位置相對應並與該熱熔膠膜共同構成電容結構。
2. 如請求項1所述柔性感測器，其中，該第二彈性膜與該第一彈性膜的結構相同，同樣具有相層疊的一印刷載層及一熱接合層，該第二導電圖案以印刷方式形成於該第二彈性膜的印刷載層表面。
3. 如請求項1所述柔性感測器，其中，該第一導電圖案和該第二導電圖案由導電銀漿形成。
4. 如請求項1所述柔性感測器，其中，該第一導電圖案具有多個相並聯的感測部。
5. 如請求項4所述柔性感測器，其中，該等感測部共同構成一幾何圖形且該幾何圖形內含有多個鏤空區域以區隔出該等感測部。
6. 如請求項5所述柔性感測器，其中，該幾何圖形為四邊形且該等鏤空區域各呈直線形且彼此平行並排。
7. 如請求項5所述柔性感測器，其中，該幾何圖形為圓形且該等鏤空區域各呈直線形且彼此平行並排。
8. 如請求項5所述柔性感測器，其中，該幾何圖形為圓形且該等鏤空區域各呈弧線形且以圓心呈旋轉對稱排列。
9. 如請求項1所述柔性感測器，其中，該第一導電圖案具有多個相連接的感測部，且每一感測部具有至少一鏤空區域。
10. 如請求項9所述柔性感測器，其中，每一感測部呈螺旋狀。
11. 一種柔性感測器，包含： 一彈性電路模組，包括一彈性膜及一導電圖案，該彈性膜可受拉伸彈性變形且具有相層疊的一印刷載層及一熱接合層，該印刷載層用以設置該導電圖案，該熱接合層可熱熔並用以與一載體經熱壓結合，該導電圖案以印刷方式形成於該印刷載層表面且用於電阻感測並具有至少一感測部。
12. 如請求項11所述柔性感測器，還包含一保護膜，該保護膜覆蓋該導電圖案並能與該彈性電路模組一起受拉伸彈性變形。
13. 如請求項12所述柔性感測器，其中，該保護膜為一熱熔膠膜且以熱壓合方式與該彈性電路模組結合。
14. 如請求項12所述柔性感測器，其中，該保護膜是以油墨透過印刷方式覆蓋該導電圖案所形成。
15. 如請求項11所述柔性感測器，其中，該導電圖案由導電銀漿形成。
16. 如請求項11所述柔性感測器，其中，該感測部呈彎繞線路以增加導電路徑總長度。
17. 如請求項16所述柔性感測器，其中，該感測部呈鏡射對稱。
18. 如請求項16所述柔性感測器，其中，該感測部呈自一中心往外繞多圈的螺旋形。
19. 如請求項11所述柔性感測器，其中，該導電圖案具有多個並聯設置的感測部。