WO2024138650A1 - 压力传感器 - Google Patents

压力传感器 Download PDF

Info

Publication number
WO2024138650A1
WO2024138650A1 PCT/CN2022/144005 CN2022144005W WO2024138650A1 WO 2024138650 A1 WO2024138650 A1 WO 2024138650A1 CN 2022144005 W CN2022144005 W CN 2022144005W WO 2024138650 A1 WO2024138650 A1 WO 2024138650A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
pressure
pressure sensor
bearing layer
sensor according
Prior art date
Application number
PCT/CN2022/144005
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
李灏
吕少龙
Original Assignee
深圳纽迪瑞科技开发有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 深圳纽迪瑞科技开发有限公司 filed Critical 深圳纽迪瑞科技开发有限公司
Priority to PCT/CN2022/144005 priority Critical patent/WO2024138650A1/zh
Publication of WO2024138650A1 publication Critical patent/WO2024138650A1/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means

Definitions

  • the present application relates to the field of sensor technology, and in particular to a pressure sensor.
  • MEMS sensors are usually called micro-electromechanical systems.
  • the core of a MEMS sensor is a micro-electromechanical structure, which realizes specific functions through a specific electromechanical structure.
  • Typical application scenarios include gyroscopes, accelerometers, magnetic sensors, microphones, pressure sensors, etc.
  • MEMS technology is applied to pressure sensors, its working principle is that changes in external forces cause structural deformation of the sensor, and structural deformation causes changes in electrical parameters (capacitance/resistance, etc.). By detecting changes in electrical parameters, it is used as an indication of changes in force.
  • MEMS pressure sensors are made of silicon, which has a high Young's modulus and is difficult to deform, in order to improve the sensitivity of the sensor
  • the MEMS approach is to design functional circuits and then process mechanical structures (such as cavities) to make the target area more susceptible to deformation, in order to obtain greater practical sensitivity performance.
  • mechanical structures such as cavities
  • One of the purposes of the embodiments of the present application is to provide a pressure sensor.
  • a pressure sensor comprising a substrate, a pressure-bearing layer arranged on the substrate, and a strain layer arranged on the pressure-bearing layer, wherein the pressure-bearing layer comprises a first pressure-bearing layer and a second pressure-bearing layer embedded in the first pressure-bearing layer, wherein the stiffness of the first pressure-bearing layer is higher than the stiffness of the second pressure-bearing layer.
  • the first pressure-bearing layer is a rigid layer
  • a receiving groove for receiving the second pressure-bearing layer is provided on the rigid layer, and the receiving groove has an opening facing the strain layer.
  • the second pressure-bearing layer is a flexible layer, and the flexible layer is arranged in the accommodating groove.
  • the rigid layer has a stiffness more than five times greater than that of the flexible layer.
  • the flexible layer is adapted to the receiving groove.
  • a gap is provided between the second pressure-bearing layer and the strain layer.
  • the thickness of the gap is smaller than the maximum allowable deformation of the strain layer.
  • the gap has a thickness of 0 ⁇ m-10 ⁇ m.
  • a bonding layer is provided between the strain layer and the pressure-bearing layer, and the bonding layer is used to connect the strain layer and the pressure-bearing layer.
  • the bonding layer is disposed between the first pressure-bearing layer and the strain layer.
  • the bonding layer is one or more of glue, adhesive film, eutectic adhesive, and inorganic adhesive.
  • the rigid layer is made of a hard metal material, a hard alloy material or a hard non-metal material.
  • the hard metal material includes one or more of gold, silver, copper, aluminum, nickel and iron.
  • the cemented carbide material includes one or more of tungsten carbide, aluminum alloy, magnesium alloy and steel.
  • the hard non-metallic material includes one or more of carbon fiber and glass fiber.
  • the flexible layer is made of polymer material.
  • the polymer material includes one or more of epoxy resin, polyurethane, rubber and silicone.
  • the substrate is one of a PCB, an FPC, a ceramic substrate, and an aluminum substrate.
  • the strain layer is composed of metal fine wires, polycrystalline or amorphous semiconductors, carbon nanotubes or composite conductive materials.
  • the pressure-bearing layer has a thickness of 1 ⁇ m-50 ⁇ m.
  • the beneficial effect of the anti-overload sensor provided by the embodiment of the present application is that: compared with the prior art, the pressure sensor provided by the present application includes a substrate, a pressure-bearing layer and a strain layer which are stacked in sequence, wherein the pressure-bearing layer includes a first pressure-bearing layer and a second pressure-bearing layer embedded in the first pressure-bearing layer, and the stiffness of the first pressure-bearing layer is higher than the height of the second pressure-bearing layer.
  • the strain layer is deformed by pressure
  • the pressure-bearing layer as a supporting layer will also be deformed by force.
  • the deformation degrees of the two will also be different, wherein the deformation degree of the second pressure-bearing layer with lower stiffness is greater than the deformation degree of the first pressure-bearing layer with higher stiffness.
  • the strain layer can remain sensitive to pressure through the second pressure-bearing layer.
  • the second pressure-bearing layer can also buffer the deformation of the strain layer, thereby improving the overload resistance of the pressure sensor and preventing the pressure sensor from being damaged due to overload.
  • FIG1 is a schematic diagram of the structure of an anti-overload sensor provided in an embodiment of the present application.
  • Strain layer 1 bonding layer 2 , pressure-bearing layer 3 , first pressure-bearing layer 31 , second pressure-bearing layer 32 , substrate 4 .
  • first and second are only used for the purpose of convenience of description, and cannot be understood as indicating or implying relative importance or implicitly indicating the number of technical features.
  • the meaning of “multiple” is two or more, unless otherwise clearly and specifically defined.
  • a pressure sensor includes a substrate 4, a pressure-bearing layer 3 disposed on the substrate 4, and a strain layer 1 disposed on the pressure-bearing layer 3, wherein the pressure-bearing layer 3 includes a first pressure-bearing layer 31 and a second pressure-bearing layer 32 embedded in the first pressure-bearing layer 31, wherein the stiffness of the first pressure-bearing layer 31 is higher than the stiffness of the second pressure-bearing layer 32.
  • the second pressure-bearing layer 32 can buffer the deformation of the strain layer, improve the overload resistance of the pressure sensor, and prevent the pressure sensor from being damaged due to overload.
  • the strain layer 1 is subjected to the same pressure, the deformation amount is smaller than that of the original structure, so the overload resistance of the pressure sensor can be greatly improved.
  • the first pressure-bearing layer 31 is a rigid layer, and a receiving groove for receiving the second pressure-bearing layer 32 is provided on the rigid layer, and the receiving groove has an opening toward the strain layer 1.
  • the second pressure-bearing layer 32 is a flexible layer, and the flexible layer is provided in the receiving groove.
  • the receiving groove is a through hole that penetrates the middle of the rigid layer, and the pressure on the flexible layer can be directly transmitted to the underlying substrate 4.
  • the shape of the through hole can be circular, rectangular, trapezoidal, or elliptical, but is not limited thereto.
  • the accommodating groove is a groove-shaped structure arranged on the rigid layer, with an upper end (i.e., the side facing the strain layer 1) being open and a lower end being closed.
  • the pressure exerted on the flexible layer is transmitted to the rigid layer, and then transmitted to the substrate 4 by the rigid layer, so that the pressure exerted on the substrate 4 is more uniform.
  • a gap is provided between the second pressure-bearing layer 32 and the strain layer 1 (not shown). Since the sensitivity of the MEMS pressure sensor is related to the deformation ability of the strain layer 1, the stronger the deformation ability, the higher the sensitivity. Since the flexible layer supports the strain layer 1, it will have a certain impact on the deformation ability of the strain layer 1. By providing a gap between the second pressure-bearing layer 32 and the strain layer 1, the strain layer 1 can be prevented from contacting the second pressure-bearing layer 32 in the early stage of being compressed, that is, when the deformation of the strain layer 1 is less than the thickness of the gap, the strain layer 1 will not contact the second pressure-bearing layer 32.
  • the thickness of the gap between the second pressure-bearing layer 32 and the strain layer 1 is less than the maximum allowable deformation of the strain layer 1.
  • the pressure sensor will be damaged. Therefore, if the thickness of the gap exceeds the maximum allowable deformation of the strain layer 1, the flexible layer will lose its function because the strain layer 1 will be damaged before contacting the second pressure-bearing layer 32.
  • the thickness of the gap is 0 (not included) ⁇ m-10 ⁇ m.
  • the thickness of the gap is 0.1 ⁇ m.
  • the thickness of the gap may also be 0.2 ⁇ m, 0.3 ⁇ m, 5 ⁇ m, or 10 ⁇ m.
  • the design may be made according to the pressure range of the pressure sensor and the deformation of the strain layer 1, and the present application does not limit it.
  • a bonding layer 2 is only arranged between the first pressure-bearing layer 31 and the strain layer 1, and the thickness of the second pressure-bearing layer 32 is less than the thickness of the first pressure-bearing layer 31, and the thickness of the gap is the sum of the difference in thickness between the first pressure-bearing layer 31 and the second pressure-bearing layer 32 and the thickness of the bonding layer 2.
  • the bonding layer 2 is glue.
  • the rigid layer is made of a hard metal material with high rigidity.
  • the rigid layer may also be made of other hard metal materials with high rigidity, such as gold, silver, copper, nickel, iron, etc., which is not limited in the present application.
  • Hard metal materials have higher rigidity and toughness, and compared with the silicon material used as the pressure-bearing layer in the existing MEMS pressure sensor, they can prevent the rigid layer from breaking after being subjected to a large impact load.
  • the rigid layer is made of a high-rigidity hard alloy material, such as aluminum alloy.
  • Aluminum alloy has extremely high rigidity, low density, and good toughness, and is not prone to cracking after being compressed.
  • the rigid layer is made of a hard non-metal material with high rigidity, such as carbon fiber.
  • the rigid layer may also be made of fiber materials such as glass fiber, nylon, polyester, aramid, or other non-metallic materials with high rigidity, which is not limited in the present application.
  • the polymer material includes plastics, such as polyimide, PVC (Polyvinyl chloride), PC (Polycarbonate), PU (polyurethane), PET (polyethylene glycol terephthalate), Teflon, etc.
  • plastics such as polyimide, PVC (Polyvinyl chloride), PC (Polycarbonate), PU (polyurethane), PET (polyethylene glycol terephthalate), Teflon, etc.
  • the polymer material may also be epoxy resin, polyurethane, or silicone, which is not limited in the present application.
  • the substrate is a PCB (printed circuit board).
  • the substrate may also be a Flexible Printed Circuit (FPC), a ceramic substrate or an aluminum substrate.
  • FPC Flexible Printed Circuit
  • the strain layer 1 is composed of metal fine wires. In other embodiments of the present application, the strain layer 1 may also be composed of polycrystalline or amorphous semiconductors, carbon nanotubes or composite conductive materials, which is not limited in the present application.
  • the pressure sensor provided by the present application divides the pressure-bearing layer 3 into two parts: a first pressure-bearing layer 31 and a second pressure-bearing layer 32.
  • the strain layer 1 is supported by the first pressure-bearing layer 31 with higher rigidity and the second pressure-bearing layer 32 with lower rigidity. Since the rigidity of the second pressure-bearing layer 32 is less than that of the first pressure-bearing layer 31, the second pressure-bearing layer 32 is more likely to deform when under pressure. After the strain layer 1 is deformed under pressure, the second pressure-bearing layer 32 is squeezed, so that the second pressure-bearing layer 32 is compressed and deformed. At the same time, the second pressure-bearing layer 32 provides support for the strain layer 1, thereby improving the overload resistance of the pressure sensor and preventing the pressure sensor from being damaged due to overload.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

一种压力传感器，包括基底(4)、设置于基底(4)上的承压层(3)以及设置于承压层(3)上的应变层(1)，承压层(3)包括第一承压层(31)和嵌入第一承压层(31)的第二承压层(32)，其中，第一承压层(31)的刚度高于第二承压层(32)的刚度。压力传感器通过第二承压层(32)可以使得应变层(1)保持对压力的灵敏感应，同时第二承压层(32)还可以对应变层(1)的形变进行缓冲，提升压力传感器的抗过载能力，防止压力传感器因过载而损坏。

Description

压力传感器 技术领域
本申请涉及传感器技术领域，具体涉及一种压力传感器。
 背景技术
这里的陈述仅提供与本申请有关的背景信息，而不必然构成现有技术。压力传感器作为一种重要的传感器，广泛应用在各个领域。常见压力传感器分为箔式压力传感器和MEMS(micro-electro-mechanical systems)压力传感器，其中MEMS传感器的体积更小，灵敏度更高，是未来的发展方向。
MEMS传感器，通常叫做微机电系统。其核心为微型的机电结构，并通过特定的机电结构，实现特定的功能。典型的应用场景有陀螺仪、加速度计、磁力传感器、麦克风、压力传感器等。当MEMS技术应用于压力传感器时，其工作原理为外界受力变化导致传感器发生结构变形，结构变形导致电气参数 (电容/电阻等) 变化。通过检测电气参数变化，作为受力变化的指征。
由于常见MEMS压力传感器的材料为硅，而硅的杨氏模量很高，难以发生变形。为提高传感器灵敏度，MEMS的做法为在设计功能电路的前提下，通过加工出机械结构（例如空腔等），使得目标区域更容易发生变形，以获取更大的实用级别的灵敏度性能。这也是“微机电系统”的典型特征，即电气功能需要搭配一定的机械结构，才可以发挥特定的功能。
由于存在这样的微型结构，且硅自身又是脆性材料，故其抗过载能力很差。当外界有较大冲击变形时，传感器很容易自身发生破损。有鉴于此，需要对现有的压力传感器进行改进，以提高其抗过载能力。
 技术问题
本申请实施例的目的之一在于：提供一种压力传感器。
 技术解决方案
本申请实施例采用的技术方案是：
提供了一种压力传感器，包括基底、设置于所述基底上的承压层以及设置于所述承压层上的应变层，所述承压层包括第一承压层和嵌入所述第一承压层的第二承压层，其中，所述第一承压层的刚度高于所述第二承压层的刚度。
可选地，所述第一承压层为刚性层，所述刚性层上设置有用于容纳所述第二承压层的容纳槽，所述容纳槽具有朝向所述应变层的开口。
可选地，所述第二承压层为柔性层，所述柔性层设置于所述容纳槽中。
可选地，所述刚性层的刚度比所述柔性层的刚度大五倍以上。
可选地，所述柔性层与所述容纳槽相适配。
可选地，所述第二承压层与所述应变层之间设置有间隙。
可选地，所述间隙的厚度小于所述应变层的最大允许变形量。
可选地，所述间隙的厚度为0μm-10μm。
可选地，所述应变层与所述承压层之间设置有结合层，所述结合层用于连接所述应变层与所述承压层。
可选地，所述结合层设置于所述第一承压层与所述应变层之间。
可选地，所述结合层为胶水、胶膜、共晶粘合剂、无机粘合剂中的一种或多种。
可选地，所述刚性层由硬质金属材料、硬质合金材料或者硬质非金属材料制成。
可选地，所述硬质金属材料包括金、银、铜、铝、镍和铁中的一种或多种。
可选地，所述硬质合金材料包括碳化钨、铝合金、镁合金和钢中的一种或多种。
可选地，所述硬质非金属材料包括碳纤维、玻璃纤维中的一种或多种。
可选地，所述柔性层由高分子材料制成。
可选地，所述高分子材料包括环氧树脂、聚氨酯、橡胶和硅胶中的一种或多种。
可选地，所述基底为PCB、FPC、陶瓷基板、铝基板中的一种。
可选地，所述应变层由金属细线、多晶或非晶半导体、碳纳米管或复合导电材料构成。
可选地，所述承压层的厚度为1μm-50μm。
 有益效果
本申请实施例提供的抗过载传感器的有益效果在于：与现有技术相比，本申请提供的压力传感器包括依次层叠设置的基底、承压层和应变层，其中承压层包括第一承压层和嵌入第一承压层的第二承压层，且第一承压层的刚度高于第二承压层的高度，在应变层受到压力发生形变时，承压层作为支撑层也会受力形变，但是由于第一承压层和第二承压层的刚度不同，二者的形变程度也会不同，其中刚度较低的第二承压层形变程度大于刚度较高的第一承压层形变程度，这样，通过第二承压层可以使得应变层保持对压力的灵敏感应，同时第二承压层还可以对应变层的形变进行缓冲，提升压力传感器的抗过载能力，防止压力传感器因过载而损坏。
 附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或示范性技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本申请实施例提供的抗过载传感器的结构示意图。
其中，图中各附图标记：
应变层1、结合层2、承压层3、第一承压层31、第二承压层32、基底4。
 本发明的实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本申请。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了说明本申请所提供的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。
请参阅图1，现对本申请实施例提供的压力传感器进行说明。一种压力传感器，包括基底4、设置于基底4上的承压层3以及设置于承压层3上的应变层1，承压层3包括第一承压层31和嵌入第一承压层31的第二承压层32，其中，第一承压层31的刚度高于第二承压层32的刚度。
以图1中所示方向为例，第一承压层31和第二承压层32设置在应变层1的下方，用于承担应变层1受到的压力。应变层1位于第二承压层32上方的部分发生形变，挤压第二承压层32，将压力传递给第二承压层32。由于第二承压层32的刚度小于第一承压层31的刚度，因此第二承压层32在受到压力后发生的变形量更大，因此第二承压层32可以对应变层的形变进行缓冲，提升压力传感器的抗过载能力，防止压力传感器因过载而损坏。应变层1在受到同等压力的情况下，与原有结构相比，形变量更小，因此可以大幅度提高压力传感器的抗过载能力。
在本申请的一些实施例中，如图1所示，第一承压层31为刚性层，刚性层上设置有用于容纳第二承压层32的容纳槽，容纳槽具有朝向应变层1的开口。第二承压层32为柔性层，柔性层设置于容纳槽中。
通过在容纳槽上方（以图1中所示的方向为例）的开口可将应变层1受到的压力直接传递给柔性层。当应变层1受力发生形变时，应变层1受到的压力一部分由自身承担，导致其发生形变，另一部分压力传递给柔性层，柔性层对应变层1进行支撑，以防止应变层1产生过大的形变，从而避免了应变层1发生损坏，提高了传感器的抗过载能力。
在本实施例中，如图1所示，容纳槽为贯穿设置在刚性层的中部的通孔，柔性层受到的压力可直接传递给下方的基底4。通孔的形状可以是圆形、矩形、梯形、椭圆形，但不限于此。
在本申请的另一实施例中，容纳槽为设置在刚性层上的槽状结构，上端（即朝向应变层1的一侧）开口，下端不开口，柔性层受到的压力被传递给刚性层，然后由刚性层传递给基底4，使基底4受到的压力更加均匀。
在本申请的另一实施例中，容纳槽贯穿刚性层，但容纳槽的侧壁设置有凹凸结构（图未示），通过凹凸结构可将柔性层受到的压力传递给刚性层，然后由刚性层传递给基底4。
在本申请的一些实施例中，刚性层的刚度比柔性层的刚度大五倍以上。例如，刚性层的刚度为10 GPa及以上，柔性层的刚度为2 GPa及以下。刚性层与柔性层的刚度差异，决定了在受到相同压力时，柔性层相较于刚性层会产生更大的变形，从而为应变层1提供变形的空间，避免影响压力传感器的正常工作。
在本申请的一些实施例中，柔性层与容纳槽的尺寸相匹配，即柔性层将容纳槽完全填充满。应变层1受压变形后，产生微小的变形，应变层1将部分压力传递给柔性层，柔性层受到压力后，其自身体积被压缩，为应变层1让出变形空间。
在本申请的另一些实施例中，容纳槽的尺寸略大于柔性层的尺寸，例如容纳槽的宽度略大于柔性层的宽度，当应变层1受压变形后，挤压柔性层，柔性层受到压力后发生横向的变形，高度减小、宽度增大，为应变层1的竖向变形让出空间。当外力消失后，应变层1和柔性层在自身弹力的作用下恢复原来的形状。
在本申请的一些实施例中，第二承压层32与应变层1之间设置有间隙（图未示）。由于MEMS压力传感器的灵敏度与应变层1的变形能力有关，变形能力越强，灵敏度越高，由于柔性层对应变层1有支撑作用，因此会对应变层1的变形能力造成一定影响。通过在第二承压层32与应变层1之间设置间隙，可使应变层1在受压的前期，即应变层1的变形量小于间隙的厚度时，应变层1不与第二承压层32接触，当应变层1的变形量等于或大于间隙的厚度时，应变层1才与第二承压层32接触，第二承压层32为应变层1承担一部分压力，提高其抗过载能力。通过该方案，可保证压力传感器在受到的压力小于一定值时，传感器的精度不会受到影响，当压力传感器受到的压力大于某一临界值时，第二承压层32能够为应变层1提供额外的支撑力，保证压力传感器的抗过载能力。通过控制间隙的厚度，可以控制第二承压层32工作压力，即控制第二承压层32在压力传感器受到的压力达到某一值时开始工作。最理想的情况下，通过控制间隙的厚度，使第二承压层32在压力传感器受到的压力接近压力传感器的额定压力时开始工作，可以最大程度保证压力传感器的精度，同时提高压力传感器的抗过载能力。
在本申请的一些实施例中，第二承压层32与应变层1之间的间隙的厚度小于应变层1的最大允许变形量。应变层1产生的变形量超过最大允许变形量时，压力传感器会发生损坏，因此若间隙的厚度超过了应变层1的最大允许变形量，则柔性层将会失去作用，因为应变层1在与第二承压层32接触之前就会发生损坏。
在本申请的一些实施例中，间隙的厚度为0（不含）μm-10μm。例如，间隙的厚度为0.1μm。可选地，在本申请其他的实施例中，间隙的厚度也可以是0.2μm、0.3μm、5μm、10μm。可根据压力传感器的压力范围以及应变层1的变形量进行设计，本申请不做限定。
在本申请的一些实施例中，承压层3的厚度为30μm，在本申请其他的实施例中，承压层3的厚度也可以是1μm、10μm、20μm、50μm等，本申请不做限定。
在本申请的一些实施例中，应变层1的厚度为30μm，在本申请其他的实施例中，应变层1的厚度也可以是50μm、100μm、200μm等，本申请不做限定。
在本申请的一些实施例中，应变层1与承压层3之间设置有结合层2，通过结合层2连接应变层1与承压层3。
在本申请的一些实施例中，结合层2仅设置在第一承压层31与应变层1之间，用于连接第一承压层31与应变层1，在第二承压层32与应变层1之间不设置结合层2。第一承压层31与第二承压层32的厚度相同。这样，可以使得第二承压层32与应变层1之间形成一个间隙，且该间隙的厚度与结合层2的厚度相同。通过该方案，可以降低间隙制作的难度，通过控制结合层2的厚度即可控制间隙的厚度。
在本申请的另一些实施例中，仅在第一承压层31与应变层1之间设置结合层2，并且第二承压层32的厚度小于第一承压层31的厚度，间隙的厚度为第一承压层31与第二承压层32的厚度差值以及结合层2的厚度之和。
在本申请的另一实施例中，也可以不设置间隙，柔性层与刚性层的上表面齐平，且柔性层和刚性层上均设置结合层2。
在本申请的一些实施例中，结合层2为胶水。
在本申请的其他实施例中，结合层2也可以是胶膜、共晶粘合剂、无机粘合剂，或者其他的结合剂，本申请不做限定。
在本申请的一些实施例中，刚性层采用高刚度的硬质金属材料制成。
在本申请的一些实施例中，刚性层由铝制成，铝的刚度约为70 GPa，且韧性好，可提高压力传感器的抗过载能力。
在本申请的一些实施例中，刚性层也可以由其他高刚度的硬质金属材料制成，例如金、银、铜、镍、铁等，本申请不做限定。硬质金属材料具有较高的刚度和更高的韧性，相比于现有的MEMS压力传感器采用的硅材料作为承压层，可以防止在受到较大冲击荷载后刚性层发生碎裂。
在本申请的一些实施例中，刚性层由高刚度的硬质合金材料制成，例如铝合金，铝合金具有极高的刚度，密度较低，并且韧性好，在受压后不易发生破裂。
在本申请的一些实施例中，刚性层也可以采用碳化钨、镁合金、钢或者其他高刚度的硬质合金材料，本申请不做限定。
在本申请的一些实施例中，刚性层由高刚度的硬质非金属材料制成，例如碳纤维。
在本申请的另一实施例中，刚性层也可采用玻璃纤维、尼龙、涤纶、芳纶等纤维类材料或者其他刚度高的非金属材料，本申请不做限定。
在本申请的一些实施例中，柔性层由高分子材料制成。
在本申请的一些实施例中，高分子材料包括橡胶，例如硅橡胶、氟橡胶、丁基橡胶等。
在本申请的一些实施例中，高分子材料包括塑料，例如聚酰亚胺、PVC（Polyvinyl chloride聚氯乙烯）、PC（Polycarbonate聚碳酸酯）、PU（polyurethane聚氨酯）、PET（polyethylene glycol terephthalate聚对苯二甲酸乙二醇酯）、特氟龙等。
在本申请的一些实施例中，高分子材料也可以是环氧树脂、聚氨酯、硅胶，本申请不做限定。
在本申请的一些实施例中，基底为PCB（printed circuit board印刷电路板）。
在本申请的另一些实施例中，基底也可以采用FPC（Flexible Printed Circuit 柔性电路板）、陶瓷基板或者铝基板。
在本申请的一些实施例中，应变层1由金属细线构成，在本申请的其他实施例中，应变层1也可以采用多晶或非晶半导体、碳纳米管或复合导电材料构成，本申请不做限定。
本申请提供的压力传感器，与现有技术相比，本申请将承压层3分为第一承压层31和第二承压层32两个部分，通过刚度较高的第一承压层31以及刚度较低的第二承压层32分别对应变层1进行支撑。由于第二承压层32的刚度小于第一承压层31的刚度，第二承压层32在受压时更容易发生变形，在应变层1在受到压力发生形变后，挤压第二承压层32，使第二承压层32被压缩变形，同时第二承压层32为应变层1提供支撑力，从而提高了压力传感器的抗过载能力，防止压力传感器因过载而损坏。
以上仅为本申请的可选实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (20)

  1. 一种压力传感器，其特征在于：包括基底（4）、设置于所述基底（4）上的承压层（3）以及设置于所述承压层（3）上的应变层（1），所述承压层（3）包括第一承压层（31）和嵌入所述第一承压层（31）的第二承压层（32），其中，所述第一承压层（31）的刚度高于所述第二承压层（32）的刚度。
  2. 如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于：所述第一承压层（31）为刚性层，所述刚性层上设置有用于容纳所述第二承压层（32）的容纳槽，所述容纳槽具有朝向所述应变层（1）的开口。
  3. 如权利要求2所述的压力传感器，其特征在于：所述第二承压层（32）为柔性层，所述柔性层设置于所述容纳槽中。
  4. 如权利要求3所述的压力传感器，其特征在于：所述刚性层的刚度比所述柔性层的刚度大五倍以上。
  5. 如权利要求3所述的压力传感器，其特征在于：所述柔性层与所述容纳槽相适配。
  6. 如权利要求1至5任意一项所述的压力传感器，其特征在于：所述第二承压层（32）与所述应变层（1）之间设置有间隙。
  7. 如权利要求6所述的压力传感器，其特征在于：所述间隙的厚度小于所述应变层的最大允许变形量。
  8. 如权利要求6所述的压力传感器，其特征在于：所述间隙的厚度为0μm-10μm。
  9. 如权利要求1至5任意一项所述的压力传感器，其特征在于：所述应变层（1）与所述承压层（3）之间设置有结合层（2），所述结合层（2）用于连接所述应变层（1）与所述承压层（3）。
  10. 如权利要求9所述的压力传感器，其特征在于：所述结合层（2）设置于所述第一承压层（31）与所述应变层（1）之间。
  11. 如权利要求9所述的压力传感器，其特征在于：所述结合层（2）为胶水、胶膜、共晶粘合剂、无机粘合剂中的一种或多种。
  12. 如权利要求2所述的压力传感器，其特征在于：所述刚性层由硬质金属材料、硬质合金材料或者硬质非金属材料制成。
  13. 如权利要求12所述的压力传感器，其特征在于：所述硬质金属材料包括金、银、铜、铝、镍和铁中的一种或多种。
  14. 如权利要求12所述的压力传感器，其特征在于：所述硬质合金材料包括碳化钨、铝合金、镁合金和钢中的一种或多种。
  15. 如权利要求12所述的压力传感器，其特征在于：所述硬质非金属材料包括碳纤维、玻璃纤维中的一种或多种。
  16. 如权利要求3所述的压力传感器，其特征在于：所述柔性层由高分子材料制成。
  17. 如权利要求16所述的压力传感器，其特征在于：所述高分子材料包括环氧树脂、聚氨酯、橡胶和硅胶中的一种或多种。
  18. 如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于：所述基底为PCB、FPC、陶瓷基板、铝基板中的一种。
  19. 如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于：所述应变层（1）由所述应变层由金属细线、多晶或非晶半导体、碳纳米管或复合导电材料构成。
  20. 如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于：所述承压层（3）的厚度为1μm-50μm。
PCT/CN2022/144005 2022-12-30 2022-12-30 压力传感器 WO2024138650A1 (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2022/144005 WO2024138650A1 (zh) 2022-12-30 2022-12-30 压力传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2022/144005 WO2024138650A1 (zh) 2022-12-30 2022-12-30 压力传感器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024138650A1 true WO2024138650A1 (zh) 2024-07-04

Family

ID=91716249

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CN2022/144005 WO2024138650A1 (zh) 2022-12-30 2022-12-30 压力传感器

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024138650A1 (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6450922A (en) * 1987-08-21 1989-02-27 Toshiba Corp Tactile sensor
JPH10178182A (ja) * 1996-12-19 1998-06-30 Sony Corp 半導体圧力感知装置とその製造方法
CN102393264A (zh) * 2011-11-03 2012-03-28 厦门大学 一种基于纳米压电纤维的压力传感器
CN105486435A (zh) * 2016-01-04 2016-04-13 沈阳化工大学 一种mems多晶硅纳米膜压力传感器芯片及其制作方法
CN109115379A (zh) * 2018-10-29 2019-01-01 黎汉银 压力传感器
WO2022203607A2 (en) * 2021-03-24 2022-09-29 Flexosense Pte. Ltd. Flexible strain sensor
CN115655534A (zh) * 2022-10-31 2023-01-31 歌尔微电子股份有限公司 压力传感器及压力传感器的制作方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6450922A (en) * 1987-08-21 1989-02-27 Toshiba Corp Tactile sensor
JPH10178182A (ja) * 1996-12-19 1998-06-30 Sony Corp 半導体圧力感知装置とその製造方法
CN102393264A (zh) * 2011-11-03 2012-03-28 厦门大学 一种基于纳米压电纤维的压力传感器
CN105486435A (zh) * 2016-01-04 2016-04-13 沈阳化工大学 一种mems多晶硅纳米膜压力传感器芯片及其制作方法
CN109115379A (zh) * 2018-10-29 2019-01-01 黎汉银 压力传感器
WO2022203607A2 (en) * 2021-03-24 2022-09-29 Flexosense Pte. Ltd. Flexible strain sensor
CN115655534A (zh) * 2022-10-31 2023-01-31 歌尔微电子股份有限公司 压力传感器及压力传感器的制作方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8471690B2 (en) Device for producing a haptic feedback from a keyless input unit
WO2017095653A1 (en) Piezoelectric haptic feedback structure
TWI523191B (zh) 具有空氣壓力感測器之半導體封裝體
WO1996032696A1 (fr) Carte et module de circuit integre
CN107635910A (zh) Mems传感器组件
US10239748B2 (en) Microelectromechanical device with protection for bonding
CN114730534B (zh) 显示器用基板
JP2011128140A (ja) センサデバイス及びその製造方法
WO2023124549A1 (zh) 触控板和电子设备
TW201129114A (en) Microphone
US10321563B2 (en) Apparatus and associated methods for deformable electronics
CN102132136A (zh) 传感器装置封装件和方法
WO2021036053A1 (zh) 触控反馈模组及触控装置
US11814284B2 (en) Composite structures
US20240025141A1 (en) Display module and electronic device
WO2023232033A1 (zh) 一种骨声纹传感器和电子设备
KR100822775B1 (ko) 가속도 센서 및 그것을 이용한 자기 디스크 장치
JP2023174962A (ja) 圧電素子
WO2024138650A1 (zh) 压力传感器
US8340328B2 (en) Acoustics transducer
CN101395481A (zh) 导电性接触器单元
US20090141913A1 (en) Microelectromechanical system
JP4642693B2 (ja) 両面可撓性回路基板
CN219328541U (zh) 压力传感器
JP5943107B2 (ja) センサデバイス及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22969793

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1