示例性实施方案提供了集成传感器组件的材料、设备和阵列，以及用于形成及在传感系统中使用这种设备和阵列的方法。在一个实施方案中，所述集成传感器组件可以包括一个互连构件以及与该互连构件在其任意位置相连接的至少一个传感器构件。所述传感器构件和所述互连构件之每一个可以包括芯元件和聚合物。用于传感器构件的芯元件和用于互连构件的芯元件可以电互连。各种实施方案也可以包括连接至所述互连构件的连接器构件，其用于从或向所述传感器构件传输传感信号。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术总体涉及传感材料、设备和系统，更具体而言，涉及非金属性集成传感器互 连材料(non-metallic integratedsensor-interconnect materials)、设备禾口阵歹[J，以及 其制造方法和其应用。
技术介绍
人们一直相当关注的是，将高价值(high value)触头(contacts)、互连件 (interconnects)、传感器、探针等用在医疗、娱乐、电子及其它相关产业中的各式各样的电 测试、测量和控制应用中。例如，十年前，科研人员将纯碳纤维制成的细直径的(finediameter)导线状微 探针或微电极插入犬科动物对象的胃中，以研究科研人员关注的消化过程的电化学特 性。更近期，包含碳纤维阵列的微电极已经被用来探查兔子视网膜中的光激发电活动 (opticallystimulated electric activity)。美国专利5，291，888和5，348，006公开了通过定位元件——诸如弹性帽——保持 并贴靠在人类头部的非磁性接触传感器(non-magnetic contact sensors)阵列。所述传 感器用于测量人脑的解剖结构或功能。美国专利7，220，131公开了包含金属包覆碳纤维 (metal overcoated carbon fibers)的电气互连设备，其用在用于测量去往及来自电子器 件——诸如半导体芯片及相关封装组件——的电信号的探针阵列中。常规的碳纤维相关传感器设备在小直径的绝缘导线(insulatedconductive wire)的一端包括一个接触传感器，该接触传感器可以包括复丝碳纤维芯元件 (multifilament carbon fiber core element)。该连接线(connecting wire)在其另一末 端配置有一个金属引脚(Pin)连接器。该接触传感器被放置并安装在相对大直径的挠性橡 胶壳(pod)内，这帮助在传感器接触尖端(tip)和测试对象之间提供接触载荷力(contact loading force) 0超声及热焊接被用来将该接触传感器接合(join)至该导线的芯导体的 自由端。然而，由于以下原因出现了一些问题。首先，由于接合点相对薄弱且易受损坏，所 以被用来将该导线的芯与接触传感器接合——且很可能将接触传感器与橡胶壳接合—— 的声或热焊接是不健壮(robust)的。这可能会导致许多电学和机械故障，并造成所述组件 的短寿命，从而需要大量高成本的替换零件。例如，一些传感器组件在最初被配置成想要的 阵列时就发生故障，而其它传感器组件则不堪正常操纵、清洁和使用而过早发生故障。其 次，焊接处理被证明适合少量的、实验室规模的制造，但对于提供大规模生产则存在挑战。因此，需要提供一种非金属性集成传感器互连组件及相关阵列，以及其制造方法和用于传感系统的应用。
技术实现思路
根据各种实施方案，本教导包括一种集成传感器组件，其包括互连构件；以及至少一个传感器构件，其在沿着所述互连构件的任何位置从所述互连构件伸出并与所述互连构件电互连。所述至少一个传感器构件和所述互连构件之每一个可以包括聚合物和基本上 非金属性(non-metallic)的芯元件。优选地，所述组件还包括连接器构件，其连接至所述互连构件以用于传输信号。优选地，其中所述连接器构件包括集成的、富含纤维的复合连接器。优选地，其中所述至少一个传感器构件和所述互连构件之每一个包括如下的复合 物，该复合物由所述芯元件和所述聚合物复合而成。优选地，其中所述至少一个传感器构件和所述互连构件之每一个包括如下的结 构，该结构包括由聚合物制成并包围所述芯元件的护层。优选地，其中用于所述至少一个传感器构件和所述互连构件之每一个的芯元件包 括单股细丝和多股细丝，其中每个细丝包括下列中的一种或多种纤维、导线、针、线、纱、织 物、或其组合。优选地，其中每个细丝还包括下列中的一个或多个纳米管、纳米线、纳米板、纳米 棒、纳米纤维、或在至少一个维度为约100纳米或更小的其它纳米结构。优选地，其中用于所述至少一个传感器构件和所述互连构件之每一个的芯元件包 括下列材料中的一种或多种碳、硅、硼、掺杂硅、硼-碳、硼-氮、碳化合成纤维、浙青碳纤 维、聚丙烯腈碳纤维、或石墨。优选地，其中用于所述至少一个传感器构件和所述互连构件之每一个的芯元件具 有约500微米或更小的尺度。优选地，其中用于所述传感器构件和所述互连构件之每一个的聚合物包括下列中 的一种或多种环氧树脂、缩醛、聚酯、离子橡胶、非离子橡胶、离子聚氨酯、非离子聚氨酯、 聚醚砜、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚氯 乙烯、聚苯醚、聚碳酸酯、丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯三元共聚物、硅树脂、含氟聚合物、聚烯 烃、或其组合。根据各种实施方案，本教导也包括一种包含所述组件的传感系统，该传感系统还 包括连接至所述互连构件的信号处理设备，以处理由所述集成传感器组件的传感器构件检 测到的传感信号。优选地，其中所述信号处理设备包括电阻器、液晶显示器(IXD)、多芯片模块、印 刷电路板(PCB)、和/或印刷布线板(PWB)。优选地，所述组件还包括集成传感器组件阵列，其中该阵列包括约2至约3000个 集成传感器组件。根据各种实施方案，本教导也包括一种用于形成集成传感器组件的方法。在 该方法中，首先可以提供具有第一段(section)和第二段的芯元件。所述芯元件也可 以包括一个或多个如下的细丝所述细丝基本上是非金属性的，并可以具有，例如，从约 1 X IOexp (-4)至约IX IOexp (10) ohm-cm的电阻率。然后可以将所述芯元件的第一段与聚 合物复合；而可以围绕所述芯元件的第二段形成至少一个护带(jacket band)。优选地，所述方法还包括在形成所述至少一个护带之前，将所述芯元件的第二段 塑形为包括薄的平坦的带状结构。优选地，其中用于复合所述芯元件的第一段的聚合物还包括挥发性溶剂。优选地，其中所述芯元件包括一个或多个碳纤维丝束。优选地，所述方法还包括二次处理，以将传感器构件塑形，该传感器构件包括围绕 所述芯元件的第二段的至少一个护带，其中所述二次处理使用机械剪切机、喷水切割或激 光切割。根据各种实施方案，本教导也包括一种用于形成集成传感器组件 的方法。在该方 法中，可以形成一个包括芯元件和一种或多种粘合剂聚合物的复合元件，其中所述芯元件 可以包括一个或多个非金属性纤维丝束(tows)。然后可以通过减小一个或多个维度，将所 述复合元件的一段塑形；并可以将一个或多个护带包覆在所述复合元件的已塑形段上，以 形成传感器构件。优选地，所述方法还包括用作芯元件的一个或多个碳纤维丝束，其占所述复合元 件重量的约95%至约98%，其中所述一种或多种粘合剂聚合物占所述复合元件重量的约 2%至约5%。优选地，其中所述复合元件的塑形段具有为初始直径的约至约99%的缩小的直径。根据各种实施方案，本教导也包括一种用于形成集成传感器组件的方法。该方法 可以包括形成一种聚合物包裹构件(polymer encasedmember)，其包括芯元件上的聚合物 包覆物，其中所述芯元件可以包括一个或多个细丝，每个细丝由至少一种非金属性纳米结 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种集成传感器组件，包括：互连构件；以及至少一个传感器构件，其在沿着所述互连构件的任何位置从所述互连构件伸出并与所述互连构件电互连；其中所述至少一个传感器构件和所述互连构件之每一个包括聚合物和基本上非金属性的芯元件。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：JA斯威夫特，SJ华莱士，RL布洛克，
申请(专利权)人：施乐公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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