电阻式应变片的封装结构的制作方法

本实用新型涉及传感器封装技术领域，尤其涉及一种电阻式应变片的封装结构。

背景技术：

随着应用于人体的生物医疗器械、可穿戴式电子等装置的普及，相应的对应变式传感器的柔软性和大尺度测量范围等性能指标也提出了更高的要求。目前应变传感器主要包括光纤应变式传感器、压电材料应变式传感器、电阻应变式传感器等几种类型其中，光纤应变式传感器布置较困难，成本高；压电材料很难满足对于传感器柔软性和大尺度测量范围的需求。因此目前较常采用的应变式传感元件是电阻应变式传感器。

电阻应变式传感器，基于电阻应变效应,即被测构件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变片一起变形，电阻应变片再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量拉力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。现有的电阻应变片的功能层材料主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。由于金属材料柔软性较差，其最大缺点是灵敏度低、测量范围小，通常只能测量约百分之几的应变值。例如，铂的应变值为±8％，钨具有约±0.3％的应变范围，铜镍合金具有±5％的应变值范围；半导体应变计最主要的缺点是受温度影响大，制备工艺复杂，制备成本高，且其能够可逆伸缩的变形量也只有约百分之几的应变值。因此，传统的金属和半导体材料在用于应变传感器的用途上时受到很大限制，特别是很难实现大尺度应变的测量。

为了满足柔软性和大尺度应变测量的需求，研发出一种在柔性基底上制备具有微裂纹结构的金薄膜传感芯片，该传感器可以测量大于200％应变的物理量变化。但是大尺度的拉伸性能往往使得应变片非常薄，因此柔性基底容易断裂，同时在信号检测分析过程中导电薄膜表面结构容易被破坏划伤进而影响电学性能。由此，本领域亟需开发一种柔性可拉伸应变片的封装结构，有效提升应变片的使用寿命，保证应变片的使用性能。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种电阻式应变片的封装结构，以满足电阻式应变片柔软性和大尺度拉伸需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种电阻式应变片的封装结构，该封装结构能够满足应变片柔软性和大尺度拉伸的需求，提升应变片的使用寿命，保证应变片的使用性能。

本实用新型的目的是这样实现的，一种电阻式应变片的封装结构，所述电阻式应变片的封装结构包括一柔性封装底片，所述柔性封装底片上方设置有电阻式应变片，所述电阻式应变片的两端上方分别抵靠且电连接有一刚性导电装置，两个所述刚性导电装置上方分别固定且抵靠电连接有一向所述电阻式应变片的外部延伸设置的外导电片，所述柔性封装底片的上方封装有柔性绝缘保护材料单元，所述柔性绝缘保护材料单元包覆所述电阻式应变片外露于所述柔性封装底片的部位和两个所述刚性导电装置。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述刚性导电装置包括上下平行间隔、且固定设置的上导电层和下导电层，所述上导电层和所述下导电层之间形成有嵌胶层，所述下导电层的底面与所述电阻式应变片的两端上方抵靠电连接，所述上导电层的顶面与所述外导电片抵靠电连接。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述上导电层和所述下导电层呈圆形，所述嵌胶层包括固定设置于所述上导电层和所述下导电层之间的连接柱，所述连接柱的直径小于所述上导电层和所述下导电层的直径，所述连接柱径向外侧与所述上导电层、所述下导电层之间形成有环形嵌胶空间。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述外导电片、所述刚性导电装置、所述电阻式应变片的两端和所述柔性封装底片的两端设置有上下贯通的锁紧过孔，所述锁紧过孔中固定穿设有锁紧装置。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述外导电片上设置有上下贯通的第一锁紧过孔，所述刚性导电装置上设置有与所述第一锁紧过孔同轴连通的、且上下贯通的第二锁紧过孔，所述电阻式应变片的两端部设置有与所述第二锁紧过孔同轴连通的、且上下贯通的第三锁紧过孔，所述柔性封装底片的两端部设置有与所述第三锁紧过孔同轴连通的、且上下贯通的第四锁紧过孔，所述第四锁紧过孔、所述第三锁紧过孔、所述第二锁紧过孔、所述第一锁紧过孔的孔径相等，所述第四锁紧过孔、所述第三锁紧过孔、所述第二锁紧过孔、所述第一锁紧过孔中自下而上穿设所述锁紧装置。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述锁紧装置的底端设置有能卡止于所述柔性封装底片的底面的限位部，所述锁紧装置的上部设置有连接螺纹段，所述第一锁紧过孔为与所述连接螺纹段匹配的连接螺纹孔，所述锁紧装置的上部固定于所述连接螺纹孔中。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述外导电片上设置有导电凸起结构，所述导电凸起结构的外包络线范围小于所述上导电层的外包络线范围，所述连接螺纹孔设置于所述导电凸起结构的中心处。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述外导电片远离所述电阻式应变片的一端设置有拉伸固定结构。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述拉伸固定结构为所述外导电片上设置的贯通的连接孔组。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述柔性封装底片为橡胶或硅胶封装底片；所述柔性绝缘保护材料单元为橡胶或硅胶绝缘保护材料单元。

由上所述，本实用新型提供的电阻式应变片的封装结构，具有如下有益效果：

(1)本实用新型提供的电阻式应变片的封装结构将电阻式应变片的两个信号输出端分别固定连接于刚性导电装置上，电阻式应变片和刚性导电装置外部固定封装有能拉伸的柔性绝缘保护材料单元，刚性导电装置采用的三层一体结构使得绝缘保护材料能够注入刚性导电装置的内部，提升了电阻式应变片被拉伸时的受力的均匀与稳定性；

(2)本实用新型提供的电阻式应变片的封装结构中，电阻式应变片的信号输出端通过刚性导电装置连接有外导电片，外导电片具有信息传导和锁紧固定的功能，进一步方便了电阻式应变片的拔插使用以及与其他设备的集成；

(3)本实用新型提供的电阻式应变片的封装结构制造成本低，能够稳定连接应变片，提高了电学性能的稳定性和拉伸时应变片信号输出端受力的稳定性；

(4)本实用新型提供的电阻式应变片的封装结构为电阻式应变片提供了有效地保护，大大提高了产品的使用寿命；

(5)本实用新型提供的电阻式应变片的封装结构便于测试安装以及随身携带，方便集成于其他仪器以及可穿戴式设备。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1a：为本实用新型的电阻式应变片的封装结构的结构示意图。

图1b：为本实用新型的电阻式应变片的封装结构的仰视图。

图1c：为本实用新型的刚性导电装置安装位置示意图。

图1d：为本实用新型的刚性导电装置被封装后的结构示意图。

图2：为本实用新型的刚性导电装置结构示意图。

图3：为本实用新型的外导电片的结构示意图。

图4：为本实用新型的柔性封装底片的结构示意图。

图5：为本实用新型的电阻式应变片的结构示意图。

图中：

100、电阻式应变片的封装结构；

11、柔性封装底片；111、第四锁紧过孔；

2、刚性导电装置；

21、上导电层；

22、嵌胶层；221、连接柱；222、环形嵌胶空间；

23、下导电层；

24、第二锁紧过孔；

3、外导电片；31、第一锁紧过孔；32、导电凸起结构；33、拉伸固定结构；

4、柔性绝缘保护材料单元；

5、锁紧装置；51、限位部；

9、电阻式应变片；91、第三锁紧过孔。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1a、图1b、图1c所示，本实用新型提供的一种电阻式应变片的封装结构100，包括一柔性封装底片11(其结构如图4所示)，柔性封装底片11上方设置有电阻式应变片9(其结构如图5所示)，电阻式应变片9满足柔软性和大尺度应变测量的需求，柔性封装底片11能够与电阻式应变片9同步拉伸变形，柔性封装底片11采用柔性可拉伸的橡胶或者硅胶材料；电阻式应变片9的两端分别为信号输出端，电阻式应变片9的两端上方分别抵靠且电连接有一位于柔性封装底片11上的刚性导电装置2，两个刚性导电装置2上方分别固定且抵靠电连接有一向电阻式应变片9的外部延伸设置的外导电片3，外导电片3具有信息传导和锁紧固定的功能，进一步方便了电阻式应变片9的拔插使用以及与其他设备的集成；柔性封装底片11的上方封装有柔性绝缘保护材料单元4，柔性绝缘保护材料单元4包覆电阻式应变片9外露于所述柔性封装底片的部位和两个刚性导电装置2。在本实施方式中，柔性绝缘保护材料单元4采用的材料为橡胶或硅胶材料，柔性绝缘保护材料单元4具有柔性可拉伸性，能够满足应变片拉伸变形的需求。

进一步，如图1c、图1d、图2所示，刚性导电装置2采用三层一体结构，刚性导电装置2包括上下平行间隔、且固定设置的上导电层21和下导电层23，上导电层21和下导电层23之间形成有嵌胶层22，下导电层23的底面与电阻式应变片的两端上方抵靠抵靠电连接，上导电层21的顶面与外导电片3抵靠电连接。在本实施方式中，上导电层21的顶面为暴露导电面，不被柔性绝缘保护材料单元4覆盖，能够与外导电片3形成良好的接触，上导电层21的顶面可以高于柔性绝缘保护材料单元4的顶面，或者平行于柔性绝缘保护材料单元4的顶面，还可以低于柔性绝缘保护材料单元4的顶面。刚性导电装置2采用金属导电材料或者非金属导电材料，在本实施方式中，刚性导电装置2采用不锈钢材料。

进一步，如图2所示，上导电层21和下导电层23呈圆形，嵌胶层22包括固定设置于上导电层21和下导电层23之间的连接柱221，连接柱221的直径小于上导电层21和下导电层23的直径，连接柱221径向外侧与上导电层21、下导电层23之间形成有环形嵌胶空间222。柔性封装底片11上的电阻式应变片9、和两个刚性导电装置2进行封装时，液态的绝缘保护材料能够进入到环形嵌胶空间222中，使得刚性导电装置2能够牢固地固定于电阻式应变片9、柔性封装底片11上。

进一步，如图1a、图1b所示，外导电片3、刚性导电装置2、电阻式应变片9的两端和柔性封装底片11的两端上设置有上下贯通的锁紧过孔，锁紧过孔中固定穿设有锁紧装置5，锁紧装置5能够将柔性封装底片11、电阻式应变片9、刚性导电装置2和外导电片3固定连接。

进一步，如图1a、图1b、图2、图3、图4、图5所示，外导电片3上设置有上下贯通的第一锁紧过孔31，刚性导电装置2上设置有与第一锁紧过孔31同轴连通的、且上下贯通的第二锁紧过孔24，电阻式应变片9的两端部设置有与第二锁紧过孔24同轴连通的、且上下贯通的第三锁紧过孔91，柔性封装底片11的两端部设置有与第三锁紧过孔同轴连通的、且上下贯通的第四锁紧过孔111，第四锁紧过孔111、第三锁紧过孔91、第二锁紧过孔24、第一锁紧过孔31中自下而上穿设有锁紧装置5。第一锁紧过孔31、第二锁紧过孔、第三锁紧过孔、第四锁紧过孔的孔径相等，并且与锁紧装置5的直径相匹配。

进一步，如图1b所示，锁紧装置5的底端设置有能卡止于柔性封装底片11的底面的限位部51，锁紧装置5的上部设置有连接螺纹段，第一锁紧过孔31为与连接螺纹段匹配的连接螺纹孔，锁紧装置5的上部固定于第一锁紧过孔31中。在本实施方式中，锁紧装置5为一端设有螺帽的螺钉。

进一步，如图1a、图3所示，外导电片3上设置有导电凸起结构32，为实现良好的导电接触，导电凸起结构32的外包络线范围小于上导电层21的外包络线范围，第一锁紧过孔31设置于导电凸起结构32的中心处。导电凸起结构32能防止刚性导电装置2与外导电片3之间的虚接。外导电片3采用金属导电材料或者非金属导电材料，在本实施方式中，外导电片3采用不锈钢材料。

进一步，如图3所示，外导电片3远离电阻式应变片9的一端设置有拉伸固定结构33。在本实施方式中，拉伸固定结构33为外导电片3上设置的贯通的连接孔组。外导电片3通过拉伸固定结构33固定在被测量物体上。

使用本实用新型的电阻式应变片的封装结构100时，将两端的外导电片3的自由端接入信号处理装置(现有技术，图中未示出)，通过拉伸固定结构33将外导电片3固定于被测量物体上，应变片拉伸时，两端的刚性导电装置2中间敏感区域发生形变，形变后电阻发生的变化通过刚性导电装置2传导至外导电片3，再通过外导电片3传导至信号处理设备进行数据分析。

由上所述，本实用新型提供的电阻式应变片的封装结构，具有如下有益效果：

(1)将电阻式应变片的两个信号输出端分别固定连接于刚性导电装置上，电阻式应变片和刚性导电装置外部固定封装有能拉伸的柔性绝缘保护材料单元，刚性导电装置采用的三层一体结构使得绝缘保护材料能够注入刚性导电装置的内部，提升了电阻式应变片被拉伸时的受力的均匀与稳定性；

(2)电阻式应变片的信号输出端通过刚性导电装置连接有外导电片，外导电片具有信息传导和锁紧固定的功能，进一步方便了电阻式应变片的拔插使用以及与其他设备的集成；

(3)本实用新型提供的电阻式应变片的封装结构制造成本低，能够稳定连接应变片，提高了电学性能的稳定性和拉伸时应变片信号输出端受力的稳定性；

(4)本实用新型提供的电阻式应变片的封装结构为电阻式应变片提供了有效地保护，大大提高了产品的使用寿命；

(5)本实用新型提供的电阻式应变片的封装结构便于测试安装以及随身携带，方便集成于其他仪器以及可穿戴式设备。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。