:本发明弹性压力传感器矩阵柔性印刷电路板下极板示意图；
[0027]图5:本发明弹性压力传感器矩阵立体结构示意图；
[0028]图6:本发明平面型弹性压力传感器矩阵的侧面剖切示意图；
[0029]图7:本发明曲面型弹性压力传感器矩阵的侧面剖切示意图；
[0030]图8:本发明探头立体结构示意图1 ;
[0031]图9:本发明探头立体结构示意图2 ;
[0032]图中:1.弹性压力传感器单元；2.定型背衬；3.弹性压力传感器矩阵；4.经导线；
5.纬导线；6.线缆；7.柔性膜；8.裂片槽；9.柔性印刷电路板下极板上面的下电极单元；
10.展裂线；11.纬压焊板片；12.柔性印刷电路板下极板；13.硅弹性薄膜；14.把手。
【具体实施方式】
[0033]实施例1:
[0034]如图1-6所示，一种弹性压力传感器矩阵，包括弹性压力传感器单元1，所述弹性压力传感器单元I紧密固定于硬性定型背衬2之上，该弹性压力传感器单元I纵列、横列连接，纵列的弹性压力传感器单元I通过经导线4连接，横列的弹性压力传感器单元I通过纬导线5连接，经导线4、纬导线5由线缆6导出。所述弹性压力传感器单元I以单晶硅为基础材料，弹性压力传感器单元的厚度为0.2-3mm。具体地，所述弹性压力传感器单元I的上极板为硅基材料，厚度为0.05-lmm，弹性压力传感器单元I的上极板上面沉积的金属膜片为0.1-1mm的正方形单元,金属膜片厚度为0.0001-0.05mm。金属膜片下面是石圭弹性薄膜13,厚度为0.01-0.1mm。硅弹性薄膜13的正下方为0.15-lmm见方的空腔，高度为0.05-lmm。在石圭基上极板背面沉积的金属膜片厚度为0.0001-0.003mm,经过金属的湿法腐蚀,形成石圭基上极板背面金属膜片焊接单兀-0.02-0.5mm宽,外边长为0.19_2mm的金属方框。娃基上极板上面的上电极单元通过相同材料的导线纵向连接，柔性印刷电路板下极板上面的下电极单元9也通过相同材料的导线横向链接。上极板背面的金属膜片焊接单元与下极板上面的下电极单元键合焊接后，在硅基材料上极板内形成高度为0.05-lmm的空腔。所述弹性压力传感器单元I为边长1_5_的正方形，厚度为0.2-3_。所述弹性压力传感器单元I之间采用单面微距切割展裂的方式，纵列、横列共同排列组成弹性压力传感器矩阵3。纵列弹性压力传感器单元I为奇数列，奇数列的弹性压力传感器单元I数量至少为7个；横列弹性压力传感器单元I为偶数列，偶数列的弹性压力传感器单元I数量至少为8个。优选将偶数列传感矩阵单元以单一轴向方式进行均匀曲面化处理。所述连接弹性压力传感器单元I的经导线4、纬导线5为铜导丝、金导丝、转印的石墨烯导丝中的一种，经导线4、纬导线5相互绝缘，并分别连接至经压焊板片、纬压焊板片11。所述弹性压力传感器单元I的密度最高达250个/cm2，单点采样频率250Hz，压力传感矩阵的量程为O-1OOOkPa之间，压力综合测量误差彡5% F.S。
[0035]如图7-9所示，一种用于检测组织弹性的探头，包括柔性膜7、弹性压力传感器矩阵3和把手14所述弹性压力传感器矩阵3上面均匀紧密地覆盖有柔性膜7，所述弹性压力传感器矩阵3由上述弹性压力传感器矩阵3组成。当然，为便于人手握持，在探头上部设有把手14。所述柔性膜7为派瑞林、TPU、派瑞林与TPU复合膜中的一种。所述柔性膜7的厚度为0.001-0.5_，覆盖柔性膜7的弹性压力传感器矩阵3整体撕裂强度达15/15N。所述探头表面可设计为平面或曲面，曲率最小至l/5mm。
[0036]具体材料选择和工艺制作:选择厚度为0.2mm,晶向为100的4寸硅片为上极板，正面沉积金膜，厚度0.0002mm ;在金膜上涂胶、光刻、显影，再进行湿法腐蚀金，去除光刻胶后，形成上极板上面的上电极单元和经导线4。硅片背面沉积抗碱性氮化硅，厚度
0.0005mm,然后涂胶、光刻、显影,干法刻蚀氮化娃，去除光刻胶后娃片背面形成氮化娃保护窗口和裂片槽8开口。在硅片背面沉积金属金膜，厚度0.0002mm,在金膜上涂胶、光刻、显影，再进行金的湿法腐蚀，去除光刻胶后形成硅基上极板背面的金膜片焊接单元-0.05mm宽，外边长为0.2mm的金属方框。用抗碱胶做正面保护，将硅片放入70°C，33%的KOH溶液中浸泡、腐蚀3.5小时，背面窗口的硅被腐蚀掉0.18mm左右，余留厚度0.02mm左右的硅，实现了弹性硅膜。同时因裂片槽开口宽带只有0.14mm, 100晶向硅片KOH的腐蚀角度为53.V，所以腐蚀深度到底0.1mm左右时即自行终止，还留下0.1mm左右的硅作为连接。
[0037]下极板选用0.5mm厚的柔性印刷电路板，在柔性印刷电路板的上面沉积金膜,通过刻蚀形成下极板上面的下电极单元和纬导线5。将硅片上极板背面的金膜片焊接单元与柔性印刷电路板下极板12上面的下电极单元进行键合焊接，形成上极板经向排列、下极板纬向排列连接的弹性压力传感器矩阵3。通过硅片晶向裂解的方法，沿裂片槽8及展裂线10展裂上极板，实现单一轴向弯曲的弹性压力传感器矩阵3。再通过经导线4、纬导线5末端的压焊板片分别引出经线缆、维线缆，汇集成总线缆6后连接至控制分析电路。
[0038]弹性压力传感器矩阵3表面进行派瑞林表面涂层，进而在硅基矩阵表面形成密度均匀、表面平滑的被膜层，厚度为0.05mm。派瑞林之外的表面覆膜材料为TPU，该材料紧密贴合在传感器矩阵的表面。被覆在弹性压力传感器矩阵3表面的派瑞林及TPU，共同构成了传感器矩阵抵抗温度、湿度、静电感应、电磁感应、漏电感应，射频干扰等影响因素的关键材料。电缆线屏蔽方法采用电缆驱动技术-即保证电缆屏蔽层电位跟踪电容极板电位，使得二者电位的幅值与相位均相同，以消除屏蔽线的分布电容影响。弹性压力传感器矩阵3优选使用电荷放大器而不是电压放大器，使仪器灵敏度与压力传感器内外电缆长度无关。
[0039]弹性压力传感器矩阵3的背衬材料选用防静电，硬度均匀适中，适合机械加工的材料，为了使传感器工作中耦合性提高，背衬材料与传感器矩阵接触面设计采用3D matrix或solid works软件设计为适形性一致的外形和曲率。制备Z轴的曲率为l/10mm, X轴长度为24臟，Y轴长度为21mm的探头。其中硅基材料上极板中的空腔厚度为0.18mm。弹性压力传感器矩阵3的压力测量范围为0-100kPa。矩阵中的弹性压力传感器单元1，即压力感应点的点阵密度为56个/cm2，单点采样频率250Hz，压力综合测量误差彡5% F.S。
【主权项】
1.一种弹性压力传感器矩阵，包括弹性压力传感器单元(I)，其特征在于，所述弹性压力传感器单元(I)紧密固定于硬性定型背衬(2)之上，该弹性压力传感器单元(I)纵列、横列连接，纵列的弹性压力传感器单元(I)通过经导线(4)连接，横列的弹性压力传感器单元(I)通过纬导线(5)连接，经导线(4)、纬导线(5)由线缆(6)导出。2.根据权利要求1所述的弹性压力传感器矩阵，其特征在于，所述弹性压力传感器单兀(I)以单晶5圭为基础材料。3.根据权利要求2所述的弹性压力传感器矩阵，其特征在于，所述弹性压力传感器单元(I)为边长l_5mm的正方形,厚度为0.2_3mm。4.根据权利要求3所述的弹性压力传感器矩阵，其特征在于，所述弹性压力传感器单元(I)之间采用单面微距切割展裂的方式，通过硅片晶向裂解的方法，沿裂片槽(8)展裂压力传感器单元上极板，并将压力传感器单元紧密粘接固定于单一轴向硬性定型背衬之上，进而由传感器单元纵横并列连接成为单一轴向弯曲的弹性压力传感器矩阵(3)。5.根据权利要求4所述的弹性压力传感器矩阵，其特征在于，纵列弹性压力传感器单元⑴为奇数列，奇数列的弹性压力传感器单元⑴数量至少为7个；横列弹性压力传感器单元(I)为偶数列，偶数列的弹性压力传感器单元(I)数量至少为8个。6.根据权利要求5所述的弹性压力传感器矩阵，其特征在于，将偶数列传感矩阵单元以单一轴向方式进行均匀曲面化处理。7.根据权利要求1所述的弹性压力传感器矩阵，其特征在于，所述连接弹性压力传感器单元(I)的经导线(4)、纬导线(5)为铜导丝、金导丝、转印的石墨烯导丝中的一种，经导线(4)、纬导线(5)相互绝缘，并分别连接至经压焊板片、纬压焊板片。8.根据权利要求1所述的弹性压力传感器矩阵，其特征在于，所述弹性压力传感器单元(I)的密度最高达250个/cm2，单点采样频率250Hz，压力传感矩阵的量程为O-1OOOkPa之间，压力综合测量误差< 5% F.S。9.一种用于检测组织弹性的探头，包括柔性膜(7)、弹性压力传感器矩阵(3)和把手(14)，所述弹性压力传感器矩阵(3)上面均匀紧密地覆盖有柔性膜(7)，其特征在于，所述弹性压力传感器矩阵(3)为上述权利要求1-8任一所述。10.根据权利要求9所述的用于检测组织弹性的探头，其特征在于，所述柔性膜(7)为派瑞林、TPU、派瑞林与TPU复合膜中的一种。11.根据权利要求10所述的用于检测组织弹性的探头，其特征在于，所述探头表面可设计为平面或曲面，曲率最小至l/5mm。
【专利摘要】本发明提供一种弹性压力传感器矩阵及用于检测组织弹性的探头，以硅基MEMS弹性压力传感器单元为基本构成单位，通过硅片晶向裂解的方法，沿裂片槽展裂压力传感器单元上极板，并将压力传感器单元紧密粘接固定于单一轴向硬性定型背衬之上，进而由传感器单元纵横并列连接成为单一轴向弯曲的弹性压力传感器矩阵。纵列、横列压力传感器单元，分别通过经导线、纬导线连接后，以线缆形式导出。柔性膜均匀紧密地覆盖于压力传感器矩阵上面和把手表面，即构成检测组织弹性的探头。
【IPC分类】A61B5/00
【公开号】CN105595959
【申请号】CN201410546030
【发明人】王洪超, 卢狄克, 高国华, 李树峰, 曹建
【申请人】王洪超
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2014年10月16日