悬式膜压力传感阵列制造技术

描述了一种精确且低成本的宏压力传感器。该压力传感器包括形成在导体集交叉处的电容性传感元件阵列。下传感器集合由衬底支承，而上传感器集合被支承在柔性的聚合物膜上。电容性传感元件形成在上集合中的导体交迭下集合中的隔片之处。分隔件使上述的膜离开衬底有一间距，该间距因膜的挠曲而与向膜施加的压力相关地变化。结果，每个单元中导体的间距——并且因此电容——响应于所施加的压力而变化。通过使膜贴附到分隔件并随意任选地在膜中处于电容性传感元件之间的地方使用缝隙，就能使在每个电容性传感元件中进行的测量机械地解耦。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】悬式膜压力传感阵列 政府利益 与本申请有关的研究得到美国国立卫生研究所在R44DK069131号基金下的支持。 美国政府在本专利技术中具有某些权利。 相关申请 本申请在35U. S. C. § 119 (e)下要求2007年4月23日以代理人案巻号 no. S1489. 70009US00提交的题为"SUSPENDED MEMBRANE PRESSURESENSING ARRAY"的美国 临时专利申请S/N. 60/925， 720的权益，其全部内容藉援引纳入于此。 使用领域 本专利技术的实施例针对电容性二维压力传感阵列。 背景 压力传感阵列可用来测量空间压力分布。 一些压力传感阵列纳入测量施加于表面的外部压力的传感器，其手段是电容性地将所施加的压力联系到电信号。 一些电容性压力 传感器检测施加于外导体的压力，其手段是测量由顺应性层分隔的外导体与内导体之间的 电容的改变。因向外导体施加压力致使内导体与外导体之间的分隔发生改变，故顺应性的 非流体分隔层收縮，进而改变内导体与外导体之间的电容。 不同形式的电容性压力传感器采用使外导体悬在内导体之上的膜，其中外导体和 内导体由缺口分隔。半导体和/或微机电系统(MEMS)加工技术已被用来制作称为"悬式膜 挠曲"传感器的这些类型的压力传感器。通过蚀刻和沉积材料，就能形成与衬底导体分隔有 缺口的导电性膜。此类传感器通过测量由缺口的大小的改变引起的膜导体与衬底导体之间 电容的改变来检测外部压力，而缺口大小的改变是随着压力被施加于膜而改变的。 概要 本专利技术涉及一种用于电容性地传感力或压力的装置，该装置纳入多维电容性传感 元件阵列。相应地，在本专利技术的一些实施例中，提供了一种制作电容性多维传感装置的方 法。该方法包括提供具有多个伸长的衬底电极的衬底、分隔层、以及具有多个伸长的膜电极 的膜。此分隔层包括一个或更多个分隔件以及一个或更多个开放部分。该方法进一步包括 使膜相对于衬底来取向，以使得这多个伸长的膜电极里至少两个之中的每一个与这多个衬 底电极里至少两个之中的每一个交叉，从而形成在每个交叉处具有电容性元件的多维电容 性元件阵列。将衬底取向为使得分隔层的开放部分与这些电容性元件对齐。该方法还包括 使分隔层贴附到膜。 在本专利技术的其他实施例中，提供了一种用于电容性地测量多维区域之上的力或压 力的装置。该装置包括具有多个伸长的衬底电极的衬底、具有多个伸长的膜电极的膜、以及 具有一个或更多个分隔件的分隔层。该分隔层固定地连接并分隔衬底与膜。膜被配置成响 应于所施加的压力而挠曲。膜和衬底被取向为使得这多个膜电极里至少两个之中的每一个 与这多个衬底电极里至少两个之中的每一个交叉，从而形成在每个交叉处具有电容性元件 的多维电容性元件阵列。这多个分隔件形成该装置的多个传感器区。每个传感器区包括 至少一个电容性元件，并且每个传感器区的膜部分与每个毗邻传感器区的膜部分机械地解 在本专利技术的其他实施例中，提供了一种操作电容性多维传感装置的方法。该方法 包括提供电容性多维传感装置。该装置具有衬底和膜，其中衬底具有多个衬底电极，而膜具 有多个膜电极。这些衬底电极里至少两个之中的每一个与这多个膜电极里一个以上的膜电 极交叉，从而形成在每个交叉处具有电容性元件的多维电容性元件阵列。该装置还包括具 有与多个传感器区对应的开放部分的分隔层。 该方法还包括通过以第一压力使对应于第一传感器区的第一膜部分伸展来使该 第一膜部分朝着衬底挠曲，同时在至少一个方向上使对应于毗邻传感器区的膜部分与第一 膜部分的挠曲机械地隔绝。该方法还包括测量衬底电极与膜电极之间的电容与第一膜部分 的挠曲对应的改变。 附图简要描述 当结合附图考虑以下详细描述时，本专利技术的其他优点、新颖特征以及目的及其方 面和实施例将变得明了，附图是示意性的且并非旨在按比例绘制。在图中，在各图中解说的 每个相同或几乎相同的组件由单个标号表示。为清楚起见，在并非需要解说才能允许本领 域普通技术人员理解本专利技术的场合，不是每个图中的每个组件都被标示，也不是本专利技术的 每个实施例或方面的每个组件都被示出。 附图说明图1A概略地描绘根据本专利技术一实施例的示例性电容性二维传感装置的平面视 图； 图IB概略地描绘图1A中所示的该二维传感阵列的局部的侧截面视图； 图2A是作为图1A和IB中所描绘的该二维传感装置的组件的衬底、膜和分隔件的分解概略平面视图； 图2B概略地描绘根据本专利技术一些实施例的分隔件贴附到衬底的平面视图； 图2C概略地描绘根据本专利技术其他实施例的具有弹性体覆盖物的示例性电容性二 维传感装置的平面视图； 图3A概略地描绘根据本专利技术其他实施例的电容性二维传感装置的侧截面视图， 该电容性二维传感装置具有在与衬底一体的支承元件之间包括有粘性元件的分隔件； 图3B概略地描绘根据本专利技术其他实施例的传感阵列装置的侧截面视图，该传感 阵列装置具有包括粘性元件和与衬底一体的支承元件的分隔件； 图3C概略地描绘根据本专利技术其他实施例的电容性二维传感装置的侧截面视图， 该电容性二维传感装置的膜贴附到与衬底一体的支承元件； 图3D概略地描绘根据本专利技术其他实施例的电容性二维传感装置的侧截面视图， 该电容性二维传感装置的每个分隔件包括毗邻粘性元件的刚性隔片； 图4A概略地描绘根据本专利技术其他实施例的电容性二维传感装置的平面视图，该 电容性二维传感装置的分隔件取向成与衬底电极的取向平行； 图4B概略地描绘根据本专利技术其他实施例的电容性二维传感装置的平面视图，该电容性二维传感装置与图4A中所描绘的装置相比，分隔件的空间频率更大； 图4C概略地描绘根据本专利技术其他实施例的电容性二维传感装置的平面视图，该电容性二维传感装置具有形成二维传感器区阵列的分隔层； 图4D概略地描绘图4C中所示的装置的分隔层的平面视7 图5A概略地描绘根据本专利技术其他实施例的电容性二维传感装置的平面视图，该 电容性二维传感装置的膜具有与膜电极平行对齐的多个连续的缝隙； 图5B概略地描绘根据本专利技术其他实施例的电容性二维传感装置的平面视图，该 电容性二维传感装置的膜具有与膜电极平行对齐的多个分段的缝隙； 图5C概略地描绘根据本专利技术其他实施例的电容性二维传感装置的平面视图，该 电容性二维传感装置的膜具有与膜电极垂直对齐的多个分段的缝隙； 图6A概略地描绘根据本专利技术其他实施例的圆柱形多维电容性传感装置的侧视图，该圆柱形多维电容性传感装置包括巻绕有柔性矩形膜的圆柱形衬底； 图6B概略地描绘图6A中所示的圆柱形多维电容性传感装置的轴向端视图； 图7A概略地描绘根据本专利技术的一些实施例的从衬底脱离后展平的膜的平面图； 图7C是图7A中描绘的膜的局部的放大平面图； 图8A概略地描绘根据本专利技术一些实施例的圆柱形衬底的侧视图； 图8B是图8A中所示的圆柱形衬底的概略放大细节视图； 图9是根据本专利技术的一些实施例的贴附有膜的圆柱形衬底的概略放大截面视图； 图10是示出根据本专利技术的一些实施例构造的膜电极以及取向成与膜电极平行的 分段缝隙的膜的平面图； 图IIA示出根据本专利技术的一些实施例构造的包括搭载在具有连接布线的手柄上 的圆柱形传感器阵列的探针的立体视图； 图11B示出图11A中所示的探针的立体图，该探针具有根据本专利技术的一些实施例 构造本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制作电容性多维传感装置的方法，所述方法包括：提供具有多个伸长的衬底电极的衬底、包括一个或更多个分隔件和一个或更多个开放部分的分隔层、以及具有多个伸长的膜电极的膜；使所述膜相对于所述衬底来取向以使得所述多个伸长的膜电极里至少两个之中的每一个与所述多个衬底电极里至少两个之中的每一个交叉，从而形成多维电容性元件阵列，并且使得所述分隔层的开放部分与所述电容性元件对齐；以及将所述分隔层贴附到所述膜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：TR帕克斯，C曹，
申请(专利权)人：赛勒科学仪表股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]