專利名稱：力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及力傳感器，具體的涉及用于壓力、觸力、物體質(zhì)量、重量檢測(cè) 的傳感器，以及用于觸覺(jué)信息獲取的傳感器，屬微電子機(jī)械系統(tǒng)領(lǐng)域，但不僅 極限于此。
背景技術(shù)：
目前，公知的同類傳感器是由彈性體，附在彈性體上的壓力敏感電阻，以
及觸桿構(gòu)成；在一種商品化的小型觸力傳感器中，觸力傳感器是通過(guò)不銹鋼球 形觸頭，將所受外力直接傳遞到硅感應(yīng)元件上，硅感應(yīng)元件在受到外力時(shí)而發(fā) 生彎曲變形，硅感應(yīng)元件阻抗隨所受外力同比例變化，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的電路得到與 變化力值相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)；該類力傳感器制造難度高，成本高，產(chǎn)品規(guī)格系列 化難度高，因此產(chǎn)品相對(duì)單一，不能滿足應(yīng)用需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的力傳感器，克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足。 本發(fā)明通過(guò)下述途徑實(shí)現(xiàn)
第一種力傳感器，包括開(kāi)口殼體，壓力敏感元件，柔性材料構(gòu)成的力傳 遞體，其特征在于所述力傳遞體不與所述壓力^i:感元件、所述殼體內(nèi)壁粘結(jié)， 所述殼體適于將所述力傳遞體容納，從而使所述力傳遞體不會(huì)脫離殼體。
第二種力傳感器，包括開(kāi)口殼體，壓力敏感元件，力傳遞體，力導(dǎo)入部 件，其特征在于所述力傳遞體是柔軟度適宜的柔性材料，所述力導(dǎo)入部件通 過(guò)彈性體連接在所述殼體端口上。
第三種力傳感器，包括活塞、活塞筒，壓力敏感元件，力傳遞體，其中， 所述力傳遞體是柔軟度適宜的柔性材料。
其中，第二、三種力傳感器進(jìn)一步包括所述力傳遞體不與所述壓力敏感 元件、所述殼體內(nèi)壁粘結(jié)。
以上所述的三種力傳感器還進(jìn)一步包括所述力傳遞體是柔軟度適宜的柔性絕緣材料。
包括所述力傳遞體是凝膠類柔性材料。
所述壓力敏感元件具有用于電輸入輸出的鍵合引線，所述鍵合引線周圍固
化有絕緣材料。
所述力傳遞體與所述壓力敏感元件之間設(shè)置有薄膜。 所述壓力敏感元件是壓阻式壓力敏感元件或電容式壓力敏感元件。 所述壓阻式壓力敏感元件是硅壓阻式壓力敏感元件。 所述的力傳遞體在預(yù)定的壓力范圍內(nèi)不會(huì)對(duì)壓力敏感元件造成擠壓損壞。 本發(fā)明的有益效果是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，成本低，靈敏度、精確度高,
使用壽命長(zhǎng)，有利于傳感器的微型化、薄型化。
下面結(jié)合最佳實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一 步說(shuō)明
圖1是本發(fā)明的一種集成電路力傳感器剖視結(jié)構(gòu)示意圖；其中，11剛性絕 緣開(kāi)口殼體，開(kāi)口殼體11外端口截面小于其內(nèi)腔體截面；其中，玻璃基座12、 硅膜13，而硅膜13上布置有半導(dǎo)體材料形成的壓阻電橋，鍵合引線14，電導(dǎo) 線腳15構(gòu)成了本發(fā)明所述的硅膜壓阻壓力敏感元件；玻璃基座12粘結(jié)在殼體 11的底部，硅膜13粘結(jié)在玻璃基座12上，電導(dǎo)線腳15粘結(jié)在殼體11上并 引出殼體，鍵合引線14將硅膜13上的壓阻電橋與電導(dǎo)線腳15進(jìn)行電連接； 其中，鍵合引線14周圍通過(guò)滴注填充的方式固化有絕緣材料16,以保護(hù)鍵合 引線14不會(huì)受到損壞；絕緣材料16可以是凝膠類材料或絕緣樹(shù)脂，如硅橡 膠，松香，環(huán)氧樹(shù)脂等；力傳遞體17由凝膠類材料通過(guò);f莫具注成，然后通過(guò) 壓入的方式裝入殼體11內(nèi)部，于是力傳遞體17 ^皮容納在開(kāi)口殼體11內(nèi)而不 會(huì)脫離殼體；被測(cè)量物體及其載荷直接抵觸在力傳遞體17上而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。


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圖l是本發(fā)明的 圖2是本發(fā)明的 圖3是本發(fā)明的 圖4是本發(fā)明的
種集成電路力傳感器剖視結(jié)構(gòu)示意圖; 種活塞式力傳感器剖視結(jié)構(gòu)示意圖； 種平封頭力傳感器剖視結(jié)構(gòu)示意種凸形封頭力傳感器剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
4圖1所示是力傳感器的基礎(chǔ)，它為傳感器的擴(kuò)展應(yīng)用提供了基本條件。在
力傳遞體17的外端可粘結(jié)一凸形剛性力導(dǎo)入部件，使本發(fā)明變得比較實(shí)用。 如下圖2-4所述的力傳感器可根據(jù)圖1擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)。另外，所述的殼體ll亦可 以為直筒形，在力傳遞體放入殼體后，在筒形殼體的端口用一彈性卡環(huán)卡在殼 體端口內(nèi)，并限定力傳遞體不脫離而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
另外，可在硅膜下端設(shè)置通向大氣的孔C，使傳感器在測(cè)量力值時(shí)所測(cè)量 的力值是表壓力值；如果測(cè)量力值要求是絕對(duì)壓力時(shí)，將所述孔C封閉并在硅 膜下端形成壓力參考腔。
圖2是本發(fā)明的一種活塞式力傳感器剖視結(jié)構(gòu)示意圖；31為加強(qiáng)厚度的PCB 電路板，21為殼體，29為剛性活塞，30為剛性觸桿；其中，基板28、環(huán)形 玻璃基座22、硅膜23,而硅膜23上布置有半導(dǎo)體材料形成的壓阻電橋，鍵合 引線24,電導(dǎo)線腳25等構(gòu)成了一通過(guò)改造的硅膜壓阻壓力敏感芯片或集成電 路；殼體21粘結(jié)在PCB電路板31上，構(gòu)成了一個(gè)活塞筒；玻璃基座22粘結(jié) 在基板28上，硅膜23粘結(jié)在基座22上，電導(dǎo)線腳25—端粘結(jié)在基板28上、 另一端焊接在PCB電路板31的銅線上；鍵合引線24將硅膜23上的壓阻電橋 與電導(dǎo)線腳25進(jìn)行電連接；PCB電路板31上設(shè)置有適于的導(dǎo)電線路32,使硅 膜23上壓阻電橋能夠與外界電相通；其中，鍵合引線24周圍通過(guò)滴注填充的 方式固化有絕緣材料26,以保護(hù)鍵合引線24不會(huì)受到損壞；絕緣材料26可 以是凝膠類材料或絕緣樹(shù)脂，如硅橡膠，松香，環(huán)氧樹(shù)脂等；力傳遞體27 由凝膠類材料通過(guò);f莫具注成，然后裝入殼體21內(nèi)部；剛性活塞29與剛性觸桿 30粘結(jié)；被測(cè)量物體及其載荷直接抵觸在剛性觸桿30上而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。當(dāng)然， 拆除剛性觸桿30，被測(cè)量物體及其載荷直接抵觸在剛性活塞29上亦可實(shí)現(xiàn)本 發(fā)明。另外，殼體21亦可以是剛性絕緣活塞筒，PCB電路板31在活塞筒內(nèi)。
圖3是本發(fā)明的一種平封頭力傳感器剖;f見(jiàn)結(jié)構(gòu)示意圖；51為加強(qiáng)厚度的PCB 電路板，41為剛性環(huán)形殼體，50為環(huán)形波紋彈性片、其可以由彈性材料制成、 如橡膠類材料，49為剛性力導(dǎo)入部件；其中，基板48、環(huán)形玻璃基座42、硅 膜43,而硅膜43上布置有半導(dǎo)體材料形成的壓阻電橋，鍵合引線44,電導(dǎo)線 腳45等構(gòu)成了一通過(guò)改造的硅膜壓阻壓力敏感芯片或集成電路；殼體41粘結(jié) 在PCB電路板51上，玻璃基座42粘結(jié)在基板48上，硅膜43粘結(jié)在基座42 上，電導(dǎo)線腳45—端粘結(jié)在基板48上、另一端焊接在PCB電路板51的銅線上；鍵合引線44將硅膜43上的壓阻電橋與電導(dǎo)線腳45進(jìn)行電連接；PCB電 路板51上設(shè)置有適于的導(dǎo)電線路52，使珪膜43上壓阻電橋能夠與外界電相 通；其中，鍵合引線44周圍通過(guò)滴注填充的方式固化有絕緣材料46,以保護(hù) 鍵合引線44不會(huì)受到損壞；絕緣材料46可以是凝膠類材料或絕緣樹(shù)脂，如 硅橡膠，松香，環(huán)氧樹(shù)脂等；力傳遞體47由凝膠類材料通過(guò)模具注成，然后 裝入殼體41內(nèi)部；彈性片50將力導(dǎo)入部件49連接在殼體41端口上；被測(cè)量 物體及其載荷直接;f氐觸在力導(dǎo)入部件49上而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。所述的力傳遞體47 亦可以使用其它方式形成。
圖4是本發(fā)明的一種凸形封頭力傳感器剖視結(jié)構(gòu)示意圖；71為加強(qiáng)厚度的 PCB電路板，61為剛性環(huán)形殼體，70為環(huán)形彈性片、其可以用彈性材料制成、 如橡膠類材料，69剛性凸形力導(dǎo)入部件；其中，基板68、環(huán)形玻璃基座62、 硅膜63，而硅膜63上布置有半導(dǎo)體材料形成的壓阻電橋，鍵合引線64,電導(dǎo) 線腳65等構(gòu)成了一通過(guò)改造的硅膜壓阻壓力敏感芯片或集成電路；殼體61粘 結(jié)在PCB電路板71上，玻璃基座62粘結(jié)在基板68上，硅膜63粘結(jié)在基座62 上，電導(dǎo)線腳65 —端粘結(jié)在基板68上、另一端焊接在PCB電路板71的銅線 上；鍵合引線64將硅膜63上的壓阻電橋與電導(dǎo)線腳65進(jìn)行電連接；PCB電 路板71上設(shè)置有適于的導(dǎo)電線路72，使硅膜63上壓阻電橋能夠與外界電相 通；其中，鍵合引線64周圍通過(guò)滴注填充的方式固化有絕緣材料66,以保護(hù) 鍵合引線64不會(huì)受到損壞；絕緣材料66可以是凝膠類材料或絕緣樹(shù)脂，如 硅橡膠，松香，環(huán)氧樹(shù)脂等；力傳遞體67由凝膠類材料通過(guò)^^莫具注成，然后 裝入殼體61內(nèi)部；彈性片70將力導(dǎo)入部件69連接在殼體61端口上；被測(cè)量 物體及其載荷直接抵觸力導(dǎo)入部件69上而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在PCB電路板71的外 側(cè)面可以設(shè)置放大電路，調(diào)零電路，恒流源或恒壓源電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，安 裝電接插端口等，使本發(fā)明所述的傳感器構(gòu)成一體化的數(shù)字傳感器；同圖1~ 3。其中，PCB電路板71亦可以是剛性絕緣板；圖2、 3可依此改進(jìn)。同時(shí)， 應(yīng)當(dāng)知道，凸形體69亦可以改進(jìn)為由彈性材料制造，如橡膠類材料，圖3亦 可以依此方法改進(jìn)。其中，殼體61可以改為直桶形殼體，并將PCB電路板71 設(shè)置在直桶形殼體的桶底內(nèi)部，圖3亦可以依此方法改進(jìn)。
圖1~4中，所述鍵合引線周圍通過(guò)滴注填充的方式固化的絕緣材料是為 防止其中的電連接線容易受到損壞而填充的；當(dāng)所述的壓力敏感元件、芯片或集成電路無(wú)鍵合引線時(shí)，無(wú)需填充固化的絕緣材料；當(dāng)鍵合引線被隱藏或被其 它連接取代或不會(huì)被力傳遞體擠壓損壞時(shí)，無(wú)需填充固化的絕緣材料。
以上所述力傳遞體最好選擇膨脹系數(shù)小的材料；或者，所述力傳遞體最好 體積適中，以防止環(huán)境溫度增高，體膨脹而帶來(lái)的零點(diǎn)偏移現(xiàn)象。
以上所述力傳遞體與硅膜之間可以增設(shè)薄膜，如塑料薄膜，或聚乙烯薄膜， 以減少力傳遞體對(duì)硅膜的磨損或沖擊破壞。其薄膜最好是絕緣薄膜，薄膜最好 處于松弛狀態(tài)。
本發(fā)明所述力傳遞體的最佳選擇是凝膠類柔性材料，如硅膠，硅橡膠， 發(fā)軟橡膠，等其它特別柔軟橡膠類材料。所述力傳遞體是凝膠類柔性材料時(shí)， 最好采用裝配的方式安裝在傳感器中，即最好不要采用灌注方式，避免凝膠類 柔性材料與硅膜13、 23、 43、 63和殼體11、 21、 41、 61的內(nèi)壁等粘結(jié)，從而 避免影響測(cè)量的靈敏度和準(zhǔn)確性；但是，所述力傳遞體可以粘結(jié)或不粘結(jié)在力 導(dǎo)入部件上。另外，所述力傳遞體還可以選擇粉狀，膏狀，泥狀，棉狀，布 狀或塊狀、片狀柔性材料中的至少一種。
本發(fā)明所述力傳遞體最好是絕緣材料，并且，最好是無(wú)腐蝕性的材料，不 會(huì)對(duì)傳感器進(jìn)行腐蝕；當(dāng)然，最好是無(wú)毒的，不會(huì)對(duì)人體進(jìn)行損害。
本發(fā)明圖1~4中只是例舉了由硅膜壓阻壓力敏感元件、芯片、集成電路 為壓力敏感元件的實(shí)施例，但是，應(yīng)當(dāng)清楚地知道，本發(fā)明所述的壓力敏感元 件包括其它結(jié)構(gòu)的硅壓阻式壓力敏感元件，如硅梁、硅杯結(jié)構(gòu)的硅壓阻式壓 力敏感元件；同時(shí)，亦包括其它半導(dǎo)體壓力敏感元件在內(nèi)，如陶瓷壓阻壓力傳 感器，電容式壓力傳感器芯片、集成電路，等等，它們均可以取代圖1~4中 所述的硅膜壓阻壓力敏感元件、芯片、集成電路而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明和構(gòu)成本發(fā)明。
以上所述只是本發(fā)明特定的舉例，在不偏離本發(fā)明廣義方面時(shí)，顯然可能 對(duì)本發(fā)明進(jìn)行可以想象到的修改和變異，因此，本發(fā)明的權(quán)利范圍不應(yīng)當(dāng)受到 特定舉例和具體實(shí)施例的限制；本發(fā)明旨在涵蓋所有類似的修改和變異，落在 本發(fā)明所述權(quán)利要求書(shū)的精神和范圍之列的變異均屬于本發(fā)明的權(quán)利范圍。
權(quán)利要求
1、一種力傳感器，包括開(kāi)口殼體，壓力敏感元件，柔性材料構(gòu)成的力傳遞體，其特征在于所述力傳遞體不與所述壓力敏感元件、所述殼體內(nèi)壁粘結(jié)，所述殼體適于將所述力傳遞體容納，從而使所述力傳遞體不會(huì)脫離殼體。
2、 一種力傳感器，包括開(kāi)口殼體，壓力敏感元件，力傳遞體，力導(dǎo)入 部件，其特征在于所述力傳遞體是柔軟度適宜的柔性材料，所述力導(dǎo)入部件 通過(guò)彈性體連接在所述殼體端口上。
3、 一種力傳感器，包括活塞、活塞筒，壓力敏感元件，力傳遞體，其 特征在于所述力傳遞體是柔軟度適宜的柔性材料。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的力傳感器，其特征在于所述力傳遞體不 與所述壓力敏感元件、所述殼體內(nèi)壁粘結(jié)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述的力傳感器，其特征在于所述力傳遞體 是柔軟度適宜的柔性絕緣材料。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述的力傳感器，其特征在于所迷力傳遞體 是凝膠類柔性材料。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述的力傳感器，其特征在于所述壓力敏感 元件具有用于電輸入輸出的鍵合引線，所述鍵合引線周圍固化有絕緣材料。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述的力傳感器，其特征在于所述力傳遞體 與所述壓力敏感元件之間設(shè)置有薄膜。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述的力傳感器，其特征在于所述壓力敏感 元件是壓阻式壓力每文感元件或電容式壓力每文感元件。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述的力傳感器，其特征在于所述壓力敏 感元件是硅膜壓阻壓力敏感元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及力傳感器，特別是微小型力傳感器，它包括殼體，壓力敏感元件，力傳遞體；所述力傳遞體是柔性材料；所述力傳遞體不與所述壓力敏感元件、所述殼體內(nèi)壁粘結(jié)；所述壓力敏感元件的電輸入輸出鍵合引線周圍固化有絕緣材料；所述力傳遞體與所述壓力敏感元件之間設(shè)置有薄膜；所述壓力敏感元件是壓阻式壓力敏感元件或電容式壓力敏感元件；所述壓阻式壓力敏感元件是硅壓阻式壓力敏感元件。
文檔編號(hào)B81B7/02GK101532889SQ20091009433
公開(kāi)日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者許建平 申請(qǐng)人:許建平