传感器装置及其制造方法

本发明涉及集成电路领域，更具体地涉及传感器装置及其制造方法。

随着柔性电子学的发展，柔性传感器技术已逐渐成为一项令人瞩目的高新智能交 互技术，并且广泛应用于结构健康监测系统、智能仿生系统、以及医学监测中。柔性传感器 技术对实现柔性接触界面、曲面和不规则形状接触界面之间的接触交互作用力的感测，以 及动态分布信息的感测具有至关重要的作用。基于此技术的柔性传感器阵列是测量多种柔 性接触界面及超窄间隙接触界面之间的分布信息的理想器件，表现出了极大的应用前景。

然而，柔性传感器阵列的传统分布式测量网络存在布线复杂、系统庞大、维护困 难、成本较高等不足，且常常对原有构件的重量、几何完整性、物理特征(如附加质量或布线 槽引起构件振动特性、应力分布的变化)造成不同程度的影响，例如导致传感器的输出精度 差。因此，需要提供一种新的柔性传感器阵列及其制造方法，以极大简化传感器阵列布置工 序，提高传感器输出精度。

为了解决传统的柔性传感器阵列的分布式测量网络的各种缺陷，本发明提供了一 种新的传感器装置及其制造方法。

本发明的实施例提供了一种传感器装置，其特征在于，所述传感器装置包括：第一 柔性膜和第二柔性膜；柔性印刷电路，所述柔性印刷电路设置在所述第一柔性膜的第一侧 上；多个传感器，设置在所述第一侧上并且介于所述第一柔性膜和所述第二柔性膜之间；其 中，所述多个传感器与所述柔性印刷电路电连接。

根据本发明的一个实施例，其特征在于，所述柔性印刷电路包括多条导线和多个 电极，其中，所述多条导线的数量与所述多个电极的数量相同，且一条导线与一个电极电连 接。

根据本发明的一个实施例，其特征在于，所述柔性印刷电路还包括多个位置标记， 在每一个位置标记中设置一个传感器，所述多个电极以成对的形式出现，每一个传感器与 一对电极均电连接。

根据本发明的一个实施例，其特征在于，所述一对电极分别为高电位电极和低电 位电极。

根据本发明的一个实施例，其特征在于，所述多个传感器被设置为包括多行和多 列的传感器阵列。

本发明的实施例还提供了一种制造传感器装置的方法，其特征在于，所述方法包 括：将柔性印刷电路设置在第一柔性膜的第一侧上；将多个传感器设置在所述第一侧上并 且介于所述第一柔性膜和第二柔性膜之间；将所述多个传感器与所述柔性印刷电路电连 接。

根据本发明的一个实施例，其特征在于，所述柔性印刷电路包括多条导线和多个 电极，其中，所述多条导线的数量与所述多个电极的数量相同，且一条导线与一个电极电连 接。

根据本发明的一个实施例，其特征在于，所述柔性印刷电路还包括多个位置标记， 在每一个位置标记中设置一个传感器，所述多个电极以成对的形式出现，每一个传感器与 一对电极均电连接。

根据本发明的一个实施例，其特征在于，所述一对电极分别为高电位电极和低电 位电极。

根据本发明的一个实施例，其特征在于，所述方法还包括：将所述多个传感器设置 为包括多行和多列的传感器阵列。

根据本发明的实施例的传感器装置及其制造方法可有效提高传感网络的集成化 程度，简化测量系统、传输网络，并且由于传感器和电路集成在柔性膜之间，可与结构很好 共形，提高传感器输出精度，同时降低工程施工难度和后期维护成本。

当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明的各个方 面。

图1示出了根据本发明的实施例空白柔性膜。

图2示出了根据本发明的实施例的印刷电路膜。

图3示出了根据本发明的实施例制造传感器装置的方法的流程图。

以下公开内容提供了许多不同实施例或实例，用于实现所提供主题的不同特征。 以下将描述组件和布置的特定实例以简化本发明。当然，这些仅是实例并且不意欲限制本 发明。另外，本发明可以在多个实例中重复参考标号和/或字符。这种重复是为了简化和清 楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。

图1是根据本发明的实施例的空白柔性膜。空白柔性膜用于在其上印刷集成电路， 从而又可称为柔性印刷电路膜。柔性印刷电路膜可用于计算机硬盘驱动器、软盘驱动器、复 印机和打印机等。柔性印刷电路膜由诸如聚酰亚胺的聚合物制成。聚酰亚胺是柔性的且耐 热性良好。可根据实际设计需要来选择柔性印刷电路膜的材料及尺寸。仅是为了说明的目 的而给出上述柔性印刷电路膜的示例性材料。并且，根据本发明的是柔性膜可以满足不同 应用的需求，并且具有良好的耐热性和柔韧性。

图2是根据本发明的实施例的印刷电路膜。印刷电路设置在与图1中示出的第一柔 性膜相同的第二柔性膜上，其中，印刷电路设置在第二柔性膜的第一侧上，并且该印刷电路 为柔性印刷电路。可选地，第二柔性膜可以与第一柔性膜不同。在图2示出的实施例中，多个 传感器(标号分别为1-1、1-2、1-3、2-1、2-2、2-3、3-1、3-2、3-3)设置在第二柔性膜的第一侧 上并且介于图1中示出第一柔性膜和第二柔性膜之间，其中，多个传感器电连接至印刷电 路。根据本发明的实施例，使用柔性印刷电路代替传统布线电路，使网络分布更加简单、清 晰，同时，通过优化传感器布局可以有效减少传感器数量。

虽然图2中示出了9个传感器(即，标号分别为1-1、1-2、1-3、2-1、2-2、2-3、3-1、3- 2、3-3的传感器)，但是该传感器的数量仅是实例，不应该理解为是对本发明的限制。在本发 明的构思下的任何数量的传感器都在本发明的预期范围内。图2中示出的9个传感器布置为 3行3列的阵列，其中，传感器1-1、1-2和1-3横向对齐，传感器2-1、2-2和2-3横向对齐，传感 器3-1、3-2和3-3横向对齐，传感器1-1、2-1和3-1纵向对齐，传感器1-2、2-2和3-2纵向对齐， 以及传感器1-3、2-3和3-3纵向对齐。

图2中示出的印刷电路可选地包括多条导线(标号分别为1-1’、1-2’、1-3’、2-1’、 2-2’、2-3’、3-1’、3-2’、3-3’、1、2、3)和多个电极(标号分别为1-1a、1-2a、1-3a、2-1a、2-2a、 2-3a、3-1a、3-2a、3-3a、1-1b、1-2b、1-3b、2-1b、2-2b、2-3b、3-1b、3-2b、3-3b)，其中，电极1- 1a与电极1-1b为一对，电极1-2a与电极1-2b为一对，以此类推。可选地，标号中包括a的电极 连接至对应传感器的高电位电极，标号中包括b的电极连接至对应传感器的低电位电极。如 图2所示，电极1-1a通过导线1-1’连接至输出信号集成总线，电极1-2a通过导线1-2’连接至 输出信号集成总线，电极1-3a通过导线1-3’连接至输出信号集成总线，以此类推。如图2所 示，电极1-1b、1-2b、1-3b连接至导线1，电极2-1b、2-2b、2-3b连接至导线2，电极3-1b、3-2b、 3-3b连接至导线3，并且导线1、2和3都连接至接地端。根据本发明的实施例，将柔性传感器 网络集成在柔性膜上，有效实现传感网络模块化、集成化、轻量化，易于与构件一体化共型。

可选地，印刷电路包括与图2中示出的9个传感器一一对应的位置标记(未在图中 示出)，将9个传感器相应设置在其对应的位置标记上，其中，每一个位置标记中设置一个传 感器，从而使得9个传感器布置为3行3列的阵列。可选地，位置标记可以包括与传感器的形 状相适应的标记框。

图3示出了根据本发明的实施例制造传感器装置的方法的流程图。方法开始于步 骤301，其中，根据实际工程需求(例如，包括对于传感器的类型、传感器的数量、电路的分布 等)，在第一柔性膜上确定传感器布置位置、印刷导线位置分布等，即设置传感器的位置标 记、导线的位置标记等。方法进行至步骤302，利用柔性印刷技术在第一柔性膜的同一侧上 印制导线，并且根据传感器的形状在传感器的位置标记上印制与传感器形状相符的轮廓， 诸如印制传感器位置标记框，其中，传感器位置标记框布置为横向、纵向分别对齐的阵列。 步骤302还包括制作传感器输出电极(例如，包括高电位电极、低电位电极)的操作，其中，利 用焊接技术制作传感器的输出电极。方法进行至步骤303，将传感器固定在传感器位置标记 框上以形成传感器阵列，其中每一个位置标记框中设置一个传感器，并且例如，通过强力电 绝缘胶将传感器与柔性膜平整固定，并且持续一段时间，诸如约10分钟至约15分钟。可选 地，本发明的实施例中的传感器为柔性传感器。步骤303还包括将传感器电极与在步骤302 中制作的输出电极电连接的操作，其中，通过导电胶将传感器电极与相应高电位电极、低电 位电极电连接，并且持续一段时间，诸如约15分钟至约20分钟，或者可选地实施烘干操作。 步骤303还可以可选地包括用万用表欧姆档检测电路导通情况的操作，以确保电路完好。方 法进行至步骤304，将第二空白柔性膜与第一柔性膜接合，其中，通过在设置传感器阵列的 一侧上涂覆电绝缘胶，使第二空白柔性膜与第一柔性膜平整胶合，并且持续一段时间，诸如 约10分钟至约20分钟。之后，根据实际安装要求，将多余的柔性膜切除，以完成传感器装置 的制作过程。

根据本发明的实施例的柔性传感器的整体封装工艺，极大简化了传感器阵列布置 工序，提高了传感器输出精度。利用柔性印刷电路，将传感器与传感电路集成在柔性膜上， 实现了传感网络与待测结构的共形，实现了结构一体化的传感器。使用柔性印刷电路代替 传统布线电路，使网络分布更加简单、清晰，同时，通过优化传感器布局可以有效减少传感 器数量。

根据本发明的实施例，将柔性传感器网络集成在柔性膜上，有效实现传感网络模 块化、集成化、轻量化，易于与构件一体化共型。

上面论述了若干实施例的部件，使得本领域普通技术人员可以更好地理解本发明 的各个方面。本领域普通技术人员应该理解，可以很容易地使用本发明作为基础来设计或 更改其他用于达到与这里所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点的处理和结构。本 领域普通技术人员也应该意识到，这种等效构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不 背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。