專利名稱：具耦合型與多向性的軟性應(yīng)力傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種耦合型與多向性的軟性應(yīng)力傳感裝置，特別是有關(guān)于一種傳感正向
力和剪應(yīng)力的軟性應(yīng)力傳感裝置。
背景技術(shù)：
應(yīng)力傳感器大多數(shù)采用塊體狀(Bulk)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，故應(yīng)用于不規(guī)格表面?zhèn)鞲猩喜⒉贿m合，此外，以應(yīng)用于大面積矩陣傳感而言，現(xiàn)今多數(shù)的應(yīng)力傳感單元僅可用于單一功能的傳感，亦即是僅可獨(dú)立傳感正向應(yīng)力(NormalStress)或剪應(yīng)力(Shear Stress)其一。
美國專利號US6951143提出一種耦合型的傳感器，其是在一四角錐體(Pyramid)的四側(cè)邊上各設(shè)置一應(yīng)變計(jì)(Strain Gauge)。當(dāng)傳感器受到一剪應(yīng)力作用時(shí)，在兩邊上的應(yīng)變計(jì)的形變量將不同，其中一應(yīng)變計(jì)受到拉伸，而另一應(yīng)變計(jì)則受到壓縮，借此可計(jì)算出剪應(yīng)力的大小及方向；若是傳感器受到一正向應(yīng)力作用時(shí)，四個(gè)應(yīng)變計(jì)將具有相同的應(yīng)變量，借此可計(jì)算出正向應(yīng)力的大小。 美國專利號RE37065提出以超聲波反射原理檢測正向應(yīng)力與剪應(yīng)力的傳感器，其主要是由超聲波換能器(Ultrasonic Transducer)與半球形組件構(gòu)成。當(dāng)半球形組件被施加一側(cè)向剪應(yīng)力時(shí)，由于受力后的位置改變，造成超聲波在兩邊行經(jīng)路線會有所變化，即超聲波換能器發(fā)射后所檢測到反射回來超聲波的時(shí)間不同，利用此差異性可測量剪應(yīng)力的大小及方向。當(dāng)施加一正向應(yīng)力時(shí)，兩邊超聲波行徑路相同，意謂超聲波換能器發(fā)射超聲波后所檢測到反射回來的時(shí)間相同，故可測量正向應(yīng)力的大小及受力的方向性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的應(yīng)力傳感裝置包括一基板、一支撐層、一薄膜基材、多個(gè)薄膜傳感部、多個(gè)傳感電極、多個(gè)傳感塊、多個(gè)凸塊物、以及一填充物。支撐層設(shè)置在軟性基板上，薄膜基材由支撐層所支撐，薄膜傳感部由薄膜基材延伸而出，傳感電極對應(yīng)置于薄膜傳感部上，傳感塊對應(yīng)涂布在傳感電極上，而填充物包覆支撐層、薄膜基材、薄膜傳感部、傳感電極、以及傳感塊。 為使本發(fā)明的內(nèi)容更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實(shí)施例并配合附圖做詳細(xì)說明。


圖1是依據(jù)本發(fā)明的軟性應(yīng)力傳感裝置的其中一實(shí)施例的示意圖。
圖2A、圖2B、圖2C顯示圖1的軟性應(yīng)力傳感裝置的第一部分的制作方式。
圖3A、圖3B、圖3C、圖3D顯示圖1的軟性應(yīng)力傳感裝置的第二部分的制作方式。
圖4為圖3B的薄膜基材的上視圖。
圖5為圖3D的薄膜基材的立體圖。 圖6A、圖6B是將軟性應(yīng)力傳感裝置的第一、二部分組合及封裝的示意圖。
主要組件符號說明
3
21 軟性基板 22 支撐層 23 支撐±央 31 薄膜基材 32 傳感電極 33 開孔 34 薄膜傳感部 35 傳感塊 61 填充物 63 凸塊物
具體實(shí)施例方式
請參閱圖1，圖1是依據(jù)本發(fā)明的軟性應(yīng)力傳感裝置的其中一實(shí)施例的示意圖，圖中僅顯示軟性應(yīng)力傳感裝置的其中一傳感單元，然而在實(shí)際應(yīng)用中，可采用多個(gè)傳感單元并排列成矩陣形式，以達(dá)到大面積傳感的目的。如圖所示，軟性應(yīng)力傳感裝置包括軟性基板21、支撐層22、支撐塊23、薄膜傳感部34、傳感電極32、傳感塊35、凸塊物63與填充物61。以下先說明此軟性應(yīng)力傳感裝置的制作方式。 軟性應(yīng)力傳感裝置大致上可分成兩部分，圖2A、圖2B、圖2C所示為第一部分的制作方式，圖3A、圖3B、圖3C、圖3D所示為第二部分的制作方式。 第一部分的制作方式，首先如圖2A所示，提供一軟性基板21。接著如圖2B所示，以粘合制程(亦可用貼合、印制或點(diǎn)膠等方式)在軟性基板21上制作出支撐層22。然后如圖2C所示，以印制或點(diǎn)膠方式并經(jīng)加溫固化后制作出一個(gè)支撐塊23，在本實(shí)施例中，此支撐塊23為半球狀。 第二部分的制作方式，首先如圖3A所示，在具有金屬箔的薄膜基材31上，以蝕刻方式作出傳感電極(與電極走線)32。然后如圖3B所示，以沖壓(Punching)或其它加工方式在薄膜基材31上產(chǎn)生開孔33，以便定義出薄膜傳感部34，圖4為圖3B的薄膜基材的上視圖，由圖可知沖壓產(chǎn)生的薄膜傳感部34為懸臂(Cantilever Beam)形式，且由薄膜基材31延伸而出。接著如圖3C所示，以印制或點(diǎn)膠制程將傳感塊35制作在傳感電極32上，此傳感塊35的材料可為一電阻材料、一壓阻材料、一壓電材料、一電感材料、一電磁材料或一熱電材料。然后如圖3D所示，施予加溫烘烤，由于薄膜傳感部34與傳感塊35采二種不同熱膨脹系數(shù)材料，可使薄膜傳感部34產(chǎn)生翹曲弧狀，圖5清楚顯示薄膜傳感部34的翹曲情形。 接著將制作完成的第一部分(圖2C)以及第二部分(圖3D)組裝在一起，如圖6A所示，組裝過程中將支撐塊23精確置于翹曲弧狀薄膜傳感部34的正下方，并通過此半球狀支撐塊23將翹曲弧狀薄膜傳感部34頂出，使每根的薄膜傳感部34具有相同的翹曲角度與高度。隨后如圖6B所示，以高分子填充物61通過射出或灌膠的制程技術(shù)進(jìn)行封裝， 一般而言填充物61與支撐塊23可為相同的高分子材料。最后再以印制制程技術(shù)于薄膜傳感部34的頂端制作凸塊物63，須注意填充物61固化后的軟性應(yīng)比薄膜傳感部34低，以免降低傳感裝置的靈敏度，此外封裝的高度應(yīng)與翹曲后的薄膜傳感部34相同，另外凸塊物63的硬度須遠(yuǎn)大于薄膜傳感部34與填充物61的硬度。 在操作時(shí)，利用翹曲的薄膜傳感部34以及與傳感塊35同時(shí)進(jìn)行傳感，可區(qū)別出正向應(yīng)力與剪應(yīng)力大小，而薄膜傳感部34采成對(In Pairs)設(shè)計(jì)，可依照各對傳感塊35的受力差異，判別來源力量的方向性。 —般而言，單純以熱膨脹方式是很難使薄膜傳感部34的翹曲角度與高度達(dá)到一致性，因此本實(shí)施例以軟性半球狀支撐塊23來控制薄膜傳感部34的翹曲，可準(zhǔn)確使其機(jī)械形變量達(dá)到相同。然而可以了解到，支撐塊可改為矩形或者多邊形等，亦可達(dá)成相同功效。
此外，當(dāng)軟性應(yīng)力傳感裝置經(jīng)高分子填充物61封裝后，其觸摸翹曲薄膜傳感部34的感度與靈敏度會降低，故本發(fā)明在翹曲薄膜傳感部34頂端上制作一個(gè)凸塊物63，以改善此現(xiàn)象。凸塊物的形狀不限，可為半球狀、矩形、或者多邊形等。 當(dāng)觸摸到封裝層時(shí)，由于凸塊物63受到外力擠壓，使薄膜傳感部34的頂端處會產(chǎn)生應(yīng)力集中特性，因而造成翹曲的薄膜傳感部34有往下的位移形變量，由于翹曲的薄膜傳感部34與凸塊物63相連結(jié)，使得薄膜傳感部34的位移慣性矩增加，故其可降低薄膜傳感部34的破壞應(yīng)力分布，并且增加薄膜傳感部34的回復(fù)彈性力。 本發(fā)明的軟性應(yīng)力傳感裝置并非以半導(dǎo)體或微機(jī)電制程所制作而成的硬質(zhì)微傳感組件，而是以簡易軟性電子印制技術(shù)來制作，故其可避免傳感組件脆裂產(chǎn)生、降低制程成本與復(fù)雜性。 雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何其所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作任意的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種應(yīng)力傳感裝置，包括一基板；一支撐層，設(shè)置在該基板上；一薄膜基材，由該支撐層所支撐；多個(gè)薄膜傳感部，由該薄膜基材延伸而出；多個(gè)傳感電極，對應(yīng)設(shè)置于在所述薄膜傳感部上；多個(gè)傳感塊，對應(yīng)設(shè)置在所述傳感電極上；及一填充物，包覆該支撐層、該薄膜基材、所述薄膜傳感部、所述傳感電極、以及所述傳感塊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力傳感裝置，其中所述薄膜傳感部以成對方式設(shè)置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力傳感裝置，其中所述薄膜傳感部為翹曲弧狀。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)力傳感裝置，其還包括一支撐塊，設(shè)置在該基板上，并且同 時(shí)支撐所述薄膜傳感部。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)力傳感裝置，其中該支撐塊為半球狀、矩形、或者多邊形。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力傳感裝置，其中所述傳感塊的材料為一電阻材料、一壓 阻材料、 一壓電材料、 一 電感材料、 一 電磁材料或一熱電材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力傳感裝置，其還包括多個(gè)凸塊物，對應(yīng)連結(jié)在所述薄膜 傳感部的頂端。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)力傳感裝置，其中所述凸塊物為半球狀、矩形、或者多邊形。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力傳感裝置，其中填充物與支撐塊可為相同的高分子材料。
全文摘要
一種具耦合型與多向性的軟性應(yīng)力傳感裝置，包括一軟性基板、一支撐層、一薄膜基材、多個(gè)薄膜傳感部、多個(gè)傳感電極、多個(gè)傳感塊、多個(gè)凸塊物、以及一填充物。支撐層設(shè)置在軟性基板上，薄膜基材由支撐層所支撐，薄膜傳感部由薄膜基材延伸而出，傳感電極對應(yīng)設(shè)置在薄膜傳感部上，傳感塊對應(yīng)涂布在傳感電極上，而填充物包覆支撐層、薄膜基材、薄膜傳感部、傳感電極、以及傳感塊。
文檔編號G01L1/20GK101788351SQ20091000297
公開日2010年7月28日 申請日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日
發(fā)明者張文陽, 林恒如, 沈煜棠 申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院