一種接觸非磨擦型傳感器電阻板及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種接觸非磨擦型傳感器電阻板，包括依次粘接的PCB基板（2）、接觸電阻層（3）、空腔層（7）（導磁軟條層（4））和絕緣保護層（5），同時還提供了該傳感器電阻板的制作方法，包括：S1在PCB基板（2）上依次形成有導體線路層（203）、焊盤（201）、過孔（202）和正面電阻層（205）；S2在柔性基材上形成接觸電阻層（3）；S3先制成導磁軟條，再形成空腔層（7）并將導磁軟條放置在空腔層（7）內固定；S4形成絕緣保護層（5）；S5最后通過粘膠層（8）將各層依次粘合在一起。本發(fā)明所提供的電阻板，其耐磨工作壽命、電壓輸出線性以及抗電磁干擾能力得到大幅度提升，且制作流程簡單，適合大規(guī)模化生產。
【專利說明】一種接觸非磨擦型傳感器電阻板及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種接觸非磨擦型電阻板，尤其是提供一種用于傳感器、電子尺、電位器的接觸非磨擦型傳感器電阻板及其制作方法。
【背景技術】
[0002]在目前的各類位置傳感器、電子尺、電位器中，其中核心技術有兩類技術方向，一類方向是接觸磨擦型。是使用電刷觸點在電阻膜上接觸滑動，通過電刷觸點與電阻膜的接觸及滑動位置變化，來獲取電阻值信號(或電壓信號)隨電刷觸點位置的變化而變化。第二類方向是非接觸型。是使用磁敏元件(如霍爾元件)與磁性材料(如永磁鐵)。通過霍爾元件等磁敏元器件在來感應各個位置中磁場的變化，來獲取電壓信號隨位置(磁場)的變化而變化。
[0003]在第一類技術方向中，電阻膜材料一般是碳電阻膜、玻璃釉電阻膜以及導電塑料類物質，電刷觸點材料一般為賤金屬類的銅、鎳(如:鈹青銅、磷青銅類)合金材料，以及貴金屬類的銀、鈀、鉬合金材料。由于在工作過程中，電刷觸點與電阻膜需保持一定壓力的接觸及機械磨擦，長時間工作后，電刷觸點和電阻膜層都會被磨損壞，產品存在耐磨壽命問題，其工作原理如圖1所示。
[0004]而第二類技術方向中，雖然產品的工作壽命較第一類技術要長。但如圖2所示，由于磁敏元件如霍爾元件(100)，容易被周圍電磁場影響，造成電磁干擾問題，使得產品的輸出線性度和輸出精度容易被外界的電磁干擾而變得不穩(wěn)定，其工作原理如圖2所示。
[0005]因此，以上兩類技術方向均由于自身的技術缺陷而存在不足。
【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明的目的是通過特殊的多層結構設計、不同功能層使用不同特性的材料，并通過特殊的制造方法，提供一種接觸非磨擦型電阻板及其配套部件，從而能有效解決現(xiàn)有接觸磨擦型傳感器的使用壽命短、非接觸型磁敏元件型傳感器的輸出電壓精度受抗電磁干擾問題。
[0007]本發(fā)明所提供的接觸非磨擦型傳感器電阻板，其分解示意圖如圖5所示，包括PCB基板(2)、接觸電阻層(3)、導磁軟條層(4)和絕緣保護層(5)，其特征在于:所述PCB基板(2)正面通過粘接層設有接觸電阻層(3)，接觸電阻層(3)上通過粘接層設有空腔層(7)以及位于空腔層(7)內的導磁軟條層(4)，空腔層(7)上通過粘接層設有絕緣保護層(5)。
[0008]所述PCB基板(2)部分的結構如圖3所示，PCB基板(2)上設有導體線路層(203)、導體線路層(203)端部的焊盤(201)、焊盤(201)內的過孔(202)，所述導體線路層(203)包括輸出組梳狀電極(203A)和抽頭組梳狀電極(203B)，導體線路層(203)的焊盤上連接有正面電阻層(205)。
[0009]所述PCB基板(2)可以是矩形、圓形或圓弧形，其導體線路也可以是直線形、圓形或圓弧形。[0010]所述PCB基板(2)背面配置有永磁鐵(1)，永磁鐵(I)外形可以是圓柱形或方形。
[0011]本發(fā)明還提供了該接觸非磨擦型傳感器電阻板的制作方法，包括如下步驟: 步驟一:在PCB基板(2)上依次形成有導體線路層(203)、焊盤(201)、過孔(202)，再利
用厚膜成膜技術，如絲網(wǎng)印刷工藝，在導體線路層(203)形成有正面電阻層(205)；
其中，PCB基板(2)的材料可以是FR4 (玻璃纖維板)等常用PCB板基材，導體線路層(203)、焊盤(201)和過孔(202)的材料從里到外分別采用銅、鎳、金，銅，導體線路層(203)的制作是先將銅箔粘結在PCB基板(2)上，再通過掩膜、黃光微影、蝕刻等半導體制程，形成相應的線路層，然后通過化學電鍍方法，在銅線路層上先后鍍上鎳、金。正面電阻層(205)材料的主要成份是碳、酚醛樹脂；
步驟二:利用厚膜成膜技術，在柔性基材上形成接觸電阻層(3)，為了取得低的接觸電阻(接近零歐姆)，可使用雙層結構，先在柔性基材上形成銀導體漿料，再在銀導體漿料上形成碳電阻漿料；其中，柔性基材可以是聚酰亞胺類常用柔性印制線路板(FPC)基材，底層銀導體漿料的主要成份是銀、酚醛樹脂，表層碳電阻漿料的主要成份則是碳、酚醛樹脂，該接觸電阻層(3)使用銀層+碳層的雙層結構設計，既可取得低的接觸電阻，又可避免銀電極被氧化腐蝕；
步驟三:位于第三層的導磁軟條層(4)，是將鐵粉、粘合劑、抗氧化劑等材料混合后，通過流延工藝而制成導磁軟條，該導磁軟條本身無磁性。然后將導磁軟條放置在一個空腔層
(7)內固定，該空腔層(7)可以是采用PCB板、塑料或聚酰亞胺材料，通過機械沖切或銑邊工藝而形成具有一定尺寸的空腔，其結構如圖5所示；
步驟四:位于第四層的絕緣保護層(5)，用于密封第三層的空腔，該絕緣保護層(5)可以是采用塑料膜或聚酰亞胺材料，通過通過機械模沖切、銑邊工藝或激光工藝技術而形成具有一定尺寸外形并與空腔層(7)尺寸匹配的絕緣保護層(5)；
步驟五:通過粘膠層(8)將PCB基板(2)半成品、接觸電阻層(3)半成品、導磁軟條層(4 )半成品、空腔層(7 )半成品、絕緣保護層(5 )依次粘合在一起。
[0012]本發(fā)明的工作原理如圖4所示，當永磁鐵(I)貼近PCB基板(2)的底部時，第三層的導磁軟條層(4)在磁場力的作用下，產生“V”形狀的形變，該形變先是傳遞到第二層的接觸電阻層(3)，使得該接觸電阻層(3)向下，將第一層中導體線路層(203)的輸出組梳狀電極(203A)和抽頭組梳狀電極(203B)短接，從而在輸出端(6)輸出電阻信號(或電壓信號)，該電阻信號(或電壓信號)的變化是隨著永磁鐵(I)在PCB底部的移動位置的變化而呈線性變化。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下創(chuàng)新優(yōu)點和積極效果:
1、本發(fā)明中，產品的輸出是通過接觸產生的，但該接觸只是點接觸，而且該接觸并沒有產生機械磨擦。故產品的機械壽命與接觸磨擦型產品相比，工作壽命得到革命性提高，能大幅度提升廣品的耐磨壽命。
[0014]2、本發(fā)明中，導磁軟條層(4)本身沒有磁性，而且本發(fā)明的傳感器電阻板屬于被動元件，基本不受電磁干擾的影響，故與非接觸型產品相比，本發(fā)明的抗電磁干擾能力得到大幅度提升。
[0015]3、本發(fā)明所制備的產品，其耐磨工作壽命、電壓輸出線性等指標，都明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術及其產品相比，使得位置傳感器、電子尺、電位器等產品的性能指標得到大幅度的提升，而且本發(fā)明的流程簡單，適合于大規(guī)模生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為接觸摩擦型電阻板的使用示意圖。
[0017]圖2為使用磁敏元件的非接觸型電阻板的結構示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明中PCB基板部分的結構示意圖。
[0019]圖4為本發(fā)明中所述的接觸非磨擦型傳感器電阻板的使用示意圖。
[0020]圖5為本發(fā)明中所述的接觸非磨擦型傳感器電阻板的分解示意圖。
[0021]圖中，1-永磁鐵，2-PCB基板，3-接觸電阻層，4-導磁軟條層，5-絕緣保護層，6-輸出端，7-空腔層，8-粘膠層，100-霍爾元件，201-焊盤，202-過孔，203-導體線路層，203A-輸出組梳狀電極，203B-抽頭組梳狀電極，204-印刷定位點，205-正面電阻層。
【具體實施方式】
[0022]以下以一個具體實施例進行描述本發(fā)明的實施過程，但本發(fā)明不僅限于該實施例。本發(fā)明的內容涵蓋任何在本發(fā)明核心內容上做修改、等效、替換的各種方案。
[0023]本發(fā)明的基本結構如圖3和圖5所示，其制造方法具體包括以下步驟:
SI利用黃光微影技術，在PCB基板(2)上形成有焊盤(201)、過孔(202)、導體線路層(203)，其中過孔(202)需作金屬化處理，用于連接正面和背面的焊盤(201)，同時PCB基板(2)正面設計有印刷定位點(204)，這些印刷定位點(204)有助于后續(xù)正面電阻層(205)的印刷及以銑邊分割時的精確定位；
S2運用厚膜絲網(wǎng)印刷的成膜技術，將樹脂系固化型碳電阻漿料印刷在PCB基板(2)上，形成正面電阻層(205)，該正面電阻層(205)的兩端與PCB基板(2)的正面焊盤(201)搭接，同時覆蓋于導體線路層(203)的抽頭組梳狀電極之上；
S3將具有正面電阻層(205)的PCB基板(2)，放入200°C左右的固化爐或固化箱中進行固化，固化時間為20至60分鐘，以形成性能穩(wěn)定的電阻功能層；
S4對經(jīng)過步驟S3所制備的半成品，進行電阻值匹配性檢測和外觀檢查；
S5對經(jīng)過步驟S4所制備的電阻值和外觀合格產品，利用CNC銑邊工藝技術，將半成品分割成符合設計尺寸要求的單個產品，留待后續(xù)的粘合成型；
S6利用厚膜成膜技術，在柔性基材上印刷形成接觸電阻層(3)；
S7將步驟S6所制備的接觸電阻層(3)放入200°C左右的固化爐或固化箱中進行固化，固化時間為20至60分鐘，以形成性能穩(wěn)定的接觸電阻層(3)功能層；
S8將經(jīng)過步驟S7制備的半成品，利用模切工藝技術或激光工藝技術，將半成品分割成符合設計尺寸要求的單個產品，留待后續(xù)的粘合成型；
S9將鐵粉、粘合劑、抗氧化劑等材料混合后，通過流延工藝而制成導磁軟條，該導磁軟條本身無磁性，再利用模切工藝技術或激光工藝技術，將半成品分割成符合設計尺寸要求的單個廣品，留待后續(xù)的粘合成型；
SlO使用CNC銑邊工藝技術、模切工藝技術或激光工藝技術，將PCB板、塑料或聚酰亞胺材料，加工形成具有一定尺寸的空腔層(7)，留待后續(xù)的粘合成型；
Sll使用機械模沖切工藝技術或激光工藝技術，將塑料或聚酰亞胺材料，加工形成具有一定尺寸的絕緣保護層(5)，留待后續(xù)的粘合成型；
S12使用機械模沖切工藝技術或激光工藝技術，將多層粘膠材料，加工形成與PCB基板
(2)、接觸電阻層(3)、空腔層(7)、絕緣保護層(5)尺寸和形狀匹配的粘膠層(8);
S13將步驟S5獲得的PCB基板(2)半成品、步驟S8獲得的接觸電阻層(3)半成品、步驟S9獲得的導磁軟條層(4)半成品、步驟SlO獲得的空腔層(7)半成品、步驟Sll獲得的絕緣保護層(5)、步驟S12獲得的多層粘膠半成品，按照PCB基板(2)、多層粘膠層(8)、接觸電阻層(3)、多層粘膠層(8)、空腔層(7)(內設導磁軟條層(4))、多層粘膠層(8)和絕緣保護層
(5)的順序，依次粘合在一起；
S14將經(jīng)過步驟S13獲得的成品，進行性能測試、外觀檢查、包裝，入庫。
【權利要求】
1.一種接觸非磨擦型傳感器電阻板的制作方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟一:在PCB基板(2)上依次形成有導體線路層(203)、焊盤(201)、過孔(202)，再利用厚膜成膜技術，如絲網(wǎng)印刷工藝，在導體線路層(203)形成有正面電阻層(205)； 步驟二:利用厚膜成膜技術，在柔性基材上形成接觸電阻層(3)； 步驟三:位于第三層的導磁軟條層(4)，是將鐵粉、粘合劑、抗氧化劑等材料混合后，通過流延工藝而制成導磁軟條，然后將導磁軟條放置在一個空腔層(7 )內固定，該空腔層(7 )是通過機械沖切或銑邊工藝而形成具有一定尺寸的空腔層(7); 步驟四:位于第四層的絕緣保護層(5)，是通過機械模沖切、銑邊工藝或激光工藝技術而形成具有一定尺寸外形并與空腔層(7)尺寸匹配的絕緣保護層(5)； 步驟五:通過粘膠層(8)將PCB基板(2)半成品、接觸電阻層(3)半成品、導磁軟條層(4)半成品、空腔層(7)半成品、絕緣保護層(5)依次粘合在一起。
2.根據(jù)權利要求1所述的接觸非磨擦型傳感器電阻板的制作方法，其特征在于:所述步驟一中，包括如下子步驟: SI利用黃光微影技術，在PCB基板(2)上形成有焊盤(201)、過孔(202)、導體線路層(203)，其中過孔(202)需作金屬化處理，用于連接正面和背面的焊盤(201)，同時PCB基板(2)正面設計有印刷定位點(204)； S2運用厚膜絲網(wǎng)印刷的成膜技術，將樹脂系固化型碳電阻漿料印刷在PCB基板(2)上，形成正面電阻層(205)，該正面電阻層(205)的兩端與PCB基板(2)的正面焊盤(201)搭接，同時覆蓋于導體線路層(203)的抽頭組梳狀電極之上； S3將具有正面電阻層(205 )的PCB基板(2 )，放入200 V左右的固化爐或固化箱中進行固化，固化時間為20至60分鐘，以形成性能穩(wěn)定的電阻功能層；S4對經(jīng)過步驟S3所制備的半成品，進行電阻值匹配性檢測和外觀檢查； S5對經(jīng)過步驟S4所制備的電阻值和外觀合格產品，利用CNC銑邊工藝技術，將半成品分割成符合設計尺寸要求的單個產品，留待后續(xù)的粘合成型。
3.根據(jù)權利要求1所述的接觸非磨擦型傳感器電阻板的制作方法，其特征在于:所述步驟二中，包括如下子步驟: S6利用厚膜成膜技術，在柔性基材上印刷形成接觸電阻層(3)； S7將步驟S6所制備的接觸電阻層(3)放入200°C左右的固化爐或固化箱中進行固化，固化時間為20至60分鐘，以形成性能穩(wěn)定的接觸電阻層(3)功能層； S8將經(jīng)過步驟S7制備的半成品，利用模切工藝技術或激光工藝技術，將半成品分割成符合設計尺寸要求的單個產品，留待后續(xù)的粘合成型。
4.根據(jù)權利要求1所述的接觸非磨擦型傳感器電阻板的制作方法，其特征在于:所述步驟三中，包括如下子步驟: S9將鐵粉、粘合劑、抗氧化劑等材料混合后，通過流延工藝而制成導磁軟條，該導磁軟條本身無磁性，再利用模切工藝技術或激光工藝技術，將半成品分割成符合設計尺寸要求的單個廣品，留待后續(xù)的粘合成型； SlO使用CNC銑邊工藝技術、模切工藝技術或激光工藝技術，將PCB板、塑料或聚酰亞胺材料，加工形成具有一定尺寸的空腔層(7)，留待后續(xù)的粘合成型。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的接觸非磨擦型傳感器電阻板的制作方法，其特征在于:所述步驟一中，導體線路層(203)、焊盤(201)和過孔(202)的材料從里到外分別采用銅、鎳、金，銅，導體線路層(203)的制作是先將銅箔粘結在PCB基板(2)上，再通過掩膜、黃光微影、蝕刻等半導體制程，形成相應的線路層，然后通過化學電鍍方法，在銅線路層上先后鍍上鎳、金，正面電阻層(205)材料的主要成份是碳、酚醛樹脂。
6.根據(jù)權利要求1或3所述的接觸非磨擦型傳感器電阻板的制作方法，其特征在于:所述步驟二中，制作時先在柔性基材上形成銀導體漿料，再在銀導體漿料上形成碳電阻漿料，其中，柔性基材可以是聚酰亞胺類基材，底層銀導體漿料的主要成份是銀、酚醛樹脂，表層碳電阻漿料的主要成份則是碳、酚醛樹脂。
7.根據(jù)權利要求1所述的接觸非磨擦型傳感器電阻板的制作方法，其特征在于:所述步驟五中，包括如下子步驟: S12使用機械模沖切工藝技術或激光工藝技術，將多層粘膠材料，加工形成與PCB基板(2)、接觸電阻層(3)、空腔層(7)、絕緣保護層(5)尺寸和形狀匹配的粘膠層(8); S13將步驟S5獲得的PCB基板(2 )半成品、步驟S8獲得的接觸電阻層(3 )半成品、步驟S9獲得的導磁軟條層(4)半成品、步驟SlO獲得的空腔層(7)半成品、步驟四獲得的絕緣保護層(5)、步驟S12獲得的多層粘膠半成品，按照PCB基板(2)、多層粘膠層(8)、接觸電阻層(3)、多層粘膠層(8)、空腔層(7)(內設導磁軟條層(4))、多層粘膠層(8)和絕緣保護層(5)的順序，依次粘合在一起； S14將經(jīng)過步驟S13獲得的成品，進行性能測試、外觀檢查、包裝，入庫。
8.一種接觸非磨擦型傳感器電阻板，包括PCB基板(2)、接觸電阻層(3)、導磁軟條層(4)和絕緣保護層(5)，其特 征在于:所述PCB基板(2)正面通過粘接層設有接觸電阻層(3)，接觸電阻層(3)上通過粘接層設有空腔層(7)以及位于空腔層(7)內的導磁軟條層(4),空腔層(7)上通過粘接層設有絕緣保護層(5)。
9.根據(jù)權利要求8所述的接觸非磨擦型傳感器電阻板，其特征在于:所述PCB基板(2)上設有導體線路層(203)、導體線路層(203)端部的焊盤(201)、焊盤(201)內的過孔(202)，所述導體線路層(203)包括輸出組梳狀電極(203A)和抽頭組梳狀電極(203B)，導體線路層(203)上設有正面電阻層(205)。
10.根據(jù)權利要求8所述的接觸非磨擦型傳感器電阻板，其特征在于:所述PCB基板(2)背面配置有圓柱形或方形的永磁鐵(1)，所述空腔層(7)采用PCB板、塑料或聚酰亞胺材料，所述絕緣保護層(5)采用塑料或聚酰亞胺材料。
【文檔編號】G01D5/16GK103759745SQ201410048825
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年2月12日 優(yōu)先權日:2014年2月12日
【發(fā)明者】鄧進甫, 蘭昌云, 梁立新, 陳宇浩, 謝宇明 申請人:東莞市東思電子技術有限公司