CN108362199A - 应变感测装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种应变感测装置及其制造方法。应变感测装置包括衬底与至少一感测电极。衬底具有多个孔洞。至少一感测电极位于衬底上，其中与衬底接触的感测电极延伸至衬底的多个孔洞中。至少一感测电极具有平行于衬底的表面的长轴。由于感测电极延伸至衬底的多个孔洞中，故感测电极与衬底之间可具有良好的附着性，进而可提高应变感测装置的准确度。

Description

应变感测装置及其制造方法

技术领域

本发明是有关于一种感测装置，且特别是有关于一种应变感测装置及其制造方法。

背景技术

应变感测装置的工作原理为利用感测电极的电阻值变化来测量应变。具体而言，感测电极的电阻值会随着其应变量而成正比地改变，因此由感测电极的电阻值变化可得知其应变量，进而可推知感测电极下方的衬底的应变量。然而，在现有的应变感测装置中，衬底与感测电极之间的附着性不佳。因此，感测电极的应变难以准确地反应出衬底的应变。

发明内容

本发明提供一种应变感测装置及其制造方法，可提升应变感测装置的准确度。

本发明的应变感测装置包括衬底与至少一感测电极。衬底具有多个孔洞。至少一感测电极位于衬底上，其中与衬底接触的感测电极延伸至衬底的多个孔洞中。至少一感测电极具有平行于衬底的表面的长轴。

在本发明的一实施例中，上述的应变感测装置中，至少一感测电极的形状可包括连续曲折形。

在本发明的一实施例中，上述的应变感测装置中，至少一感测电极可包括多个感测电极，其堆叠在衬底上。每一相邻的感测电极的长轴的延伸方向可相互交错。

在本发明的一实施例中，上述的应变感测装置还可包括具有多个孔洞的至少一中间层。每一中间层位于多个感测电极的相邻两者之间，且接触在每一中间层上方的每一感测电极延伸至每一中间层的多个孔洞中。

在本发明的一实施例中，上述的应变感测装置中，衬底的材料与至少一中间层的材料可包括纳米纤维素。

在本发明的一实施例中，上述的应变感测装置还可包括封装层。封装层包覆至少一感测电极的最上方者。封装层的材料可包括纳米纤维素。

本发明的应变感测装置的制造方法包括下列步骤。在载体上形成衬底，其中衬底具有多个孔洞。在衬底上形成至少一感测电极，其中与衬底接触的感测电极延伸至衬底的多个孔洞中，且至少一感测电极具有平行于衬底的表面的长轴。

在本发明的一实施例中，上述的应变感测装置的制造方法中，形成衬底与至少一感测电极的方法可包括打印过程。

在本发明的一实施例中，上述的应变感测装置的制造方法中，至少一感测电极可包括多个感测电极，其堆叠在衬底上。每一相邻的感测电极的长轴的延伸方向可相互交错。

在本发明的一实施例中，上述的应变感测装置的制造方法还可包括形成具有多个孔洞的至少一中间层。每一中间层位于多个感测电极的相邻两者之间，且接触在每一中间层上方的每一感测电极延伸至每一中间层的多个孔洞中。形成至少一中间层的方法包括打印过程。

在本发明的一实施例中，上述的应变感测装置的制造方法中，在形成至少一感测电极之后还可包括在至少一感测电极上形成封装层。形成封装层的方法可包括打印过程。

基于上述，由于本发明的应变感测装置的感测电极延伸至衬底的多个孔洞中，故感测电极可与衬底的结构产生机械互锁(或称为锚定作用)。因此，可提升感测电极与衬底之间的附着性。如此一来，可使感测电极的电阻值变化准确地反应出衬底的应变，故可提高应变感测装置的准确度。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A至图1C是本发明一实施例的应变感测装置的制造流程的立体透视图；

图2是本发明的另一实施例的应变感测装置的立体透视图。

附图标记说明：

载体：100、200；

衬底：102、202；

感测电极：104、204、208；

封装层：106、210；

应变感测装置：108；212；

中间层：206。

具体实施方式

图1A至图1C是本发明一实施例的应变感测装置的制造流程的立体透视图。

请参照图1A，本实施例的应变感测装置的制造方法包括以下的步骤。首先，在载体100上形成具有多个孔洞的衬底102。在一实施例中，衬底102的材料可包括纳米纤维素。纳米纤维素由多条交错的纤维组成，其中多条纤维之间具有多个间隙，以在衬底102中形成多个孔洞。形成衬底102的方法可包括打印过程。在一实施例中，打印过程例如是三维打印。更具体地说，形成衬底102的方法可包括将用以形成衬底102的墨水形成在载体100上，再进行固化以去除此墨水中的溶剂而形成衬底102。在一实施例中，载体100可为如图1A所示的平板状，但本发明并不以载体的表面形貌或材料为限，所属领域中技术人员可依照设计的需求而选用适当的载体。

请参照图1B，接着在衬底102上形成感测电极104。形成感测电极104的方法可包括打印过程。在一实施例中，打印过程可为三维打印。特别来说，形成感测电极104的方法包括下列步骤。首先，将用以形成感测电极104的墨水形成在衬底102上。此墨水形成在衬底102上，且更会扩散至衬底102的多个孔洞中。接着，进行固化以去除此墨水中的溶剂以形成感测电极104。据此，感测电极104与衬底102接触，且更延伸至衬底102的多个孔洞中，其放大剖视图如图1B的虚线区域所示出。如此一来，衬底102的结构会与感测电极104产生机械互锁，或称为锚定作用。因此，可提升感测电极104与衬底102之间的附着性。

感测电极104可形成为特定的形状，以使得感测电极104具有平行于衬底102的表面的长轴。在一实施例中，感测电极104的形状可为连续曲折形(serpentine)，其长轴的延伸方向如图1B的第一方向D1所示。当载体100受到应力而产生在第一方向D1上的应变时，可使形成在其上方的感测电极104也产生在第一方向D1上的应变，而使其电阻值改变。在一实施例中，载体100与感测电极104产生在第一方向D1上的张应变，使得感测电极104在第一方向D1上的长度增加，进而提高感测电极104的电阻值。反之，载体100与感测电极104受到应力而产生在第一方向D1上的压应变，使得感测电极104在第一方向D1上的长度缩短，进而降低感测电极104的电阻值。因此，可通过测量感测电极104的电阻值变化而推知衬底102的应变，也即可推知载体100的应变。在一实施例中，载体100可为交通工具的机身或用于精密制造的工件。如此一来，可通过测量感测电极104的电阻值变化而监测此机身或工件的应变。

在一实施例中，载体100以及衬底102的温度变化也会造成感测电极104的热胀冷缩。换言之，感测电极104的电阻值会随着载体100及衬底102的温度变化而改变，故可具有感测温度的功能。

请参照图1C，接着可选择性地在感测电极104上形成封装层106。至此，已完成应变感测装置108的制造。在一实施例中，封装层106的材料与形成方法可与衬底102的材料及形成方法相同。换言之，封装层106的材料可包括纳米纤维素，且封装层106的形成方法可包括例如是三维打印的打印过程。由于纳米纤维素具有高机械强度，故可保护其下方的感测电极104，以避免感测电极104损坏。另外，通过设置封装层106，可阻挡感测电极104与环境中的水氧产生反应而改变感测电极104的电阻值。因此，可进一步地提高应变感测装置108的准确度及可靠度。

以下，将参照图1C来说明本发明的应变感测装置108的结构。请参照图1C，应变感测装置包括衬底102以及感测电极104。衬底102具有多个孔洞。在一实施例中，衬底102的材料可包括纳米纤维素。感测电极104位于衬底102上，其中与衬底102接触的感测电极104延伸至衬底102的多个孔中，且感测电极104具有平行于衬底102的表面的长轴。在一实施例中，感测电极104的形状可包括连续曲折形。在一实施例中，应变感测装置108还可包括封装层106，其包覆感测电极104。另外，封装层106的材料也可包括纳米纤维素。

由于感测电极104延伸至衬底102的多个孔洞中，故感测电极104可与衬底102的结构产生机械互锁(或称为锚定作用)。因此，可提升感测电极104与衬底102之间的附着性。如此一来，感测电极104的电阻值变化可准确地反应出衬底102的应变，故可提高应变感测装置108的准确度。

图2是本发明的另一实施例的应变感测装置的立体透视图。图2的应变感测装置212与图1C的应变感测装置108类似，差异处将详细说明如下，相同处则不再赘述。

请参照图2，应变感测装置212具有双层的感测电极。具体而言，感测电极204与感测电极208堆叠在衬底202上，且衬底202形成在载体200上。应变感测装置212还可包括中间层206，其位于相邻的感测电极204与感测电极208之间。中间层206具有多个孔洞，且接触在中间层206上方的感测电极208延伸至中间层206的多个孔洞中。

在一实施例中，中间层206的材料与形成方法可与衬底202的材料及形成方法相同。换言之，中间层206的材料可包括纳米纤维素，且中间层206的形成方法可包括例如是三维打印的打印过程。由于感测电极208延伸至中间层206的多个孔洞中，故感测电极208可与其下方的中间层206形成机械互锁(或称为锚定作用)。因此，感测电极208与中间层206之间可具有良好的附着力。

感测电极204与感测电极208可形成为特定的形状，以使感测电极204与感测电极208分别具有平行于衬底202的表面的长轴。在一实施例中，感测电极204与感测电极208的形状可包括连续曲折形，其分别沿着如图2所示的第一方向D1与第二方向D2延伸。第二方向D2与第一方向D1交错。在一实施例中，第二方向D2可与第一方向D1垂直。如此一来，应变感测装置212可感测在不同方向上的应变。另外，感测电极204、感测电极208及其之间的中间层206还可形成电容结构，以作为压力传感器。具体而言，当应变感测装置212受到在衬底202的表面的法线方向上的压力时，中间层206受到挤压而使其厚度降低，而使此电容结构的电容值上升。因此，可通过测量感测电极204与感测电极208之间的电容值而推知应变感测装置212所受到的压力。

图2所示的封装层210与图1C所示的封装层106相似，差异仅在于封装层210是形成在双层的感测电极上。相似地，封装层210可保护其下方的感测电极204与感测电极208，以阻挡感测电极204和感测电极208与环境中的水氧产生反应。因此，可进一步地提高应变感测装置212的可靠度。

在另一实施例中，应变感测装置可包括三个以上相互堆叠在衬底上的感测电极，且每一相邻的感测电极的长轴的延伸方向相互交错。另外，应变感测装置还可包括具有多个孔洞的多个中间层。每一中间层位于多个感测电极的相邻两者之间，且接触在每一中间层上方的每一感测电极延伸至每一中间层的多个孔洞中。据此，上述的应变感测装置可感测多个方向的应变。

综上所述，由于本发明的应变感测装置的感测电极延伸至衬底的多个孔洞中，故在感测电极与衬底之间可产生良好的附着性。如此一来，可使感测电极的电阻值变化准确地反应出衬底的应变，故可提高应变感测装置的准确度。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (11)

1.一种应变感测装置，其特征在于，所述感测装置包括：

衬底，具有多个孔洞；以及

至少一感测电极，位于所述衬底上，其中与所述衬底接触的感测电极延伸至所述衬底的所述多个孔洞中，且所述至少一感测电极具有平行于所述衬底的表面的长轴。

2.根据权利要求1所述的应变感测装置，其特征在于，所述至少一感测电极的形状包括连续曲折形。

3.根据权利要求1所述的应变感测装置，其特征在于，所述至少一感测电极包括多个感测电极，所述多个感测电极堆叠在所述衬底上，其中每一相邻的感测电极的长轴的延伸方向相互交错。

4.根据权利要求3所述的应变感测装置，其特征在于，还包括具有多个孔洞的至少一中间层，其中每一中间层位于所述多个感测电极的相邻两者之间，且接触在所述每一中间层上方的每一感测电极延伸至所述每一中间层的所述多个孔洞中。

5.根据权利要求4所述的应变感测装置，其特征在于，所述衬底的材料与所述至少一中间层的材料包括纳米纤维素。

6.根据权利要求1所述的应变感测装置，其特征在于，还包括封装层，所述封装层包覆所述至少一感测电极的最上方者，其中所述封装层的材料包括纳米纤维素。

7.一种应变感测装置的制造方法，其特征在于，包括：

在载体上形成衬底，其中所述衬底具有多个孔洞；

在所述衬底上形成至少一感测电极，其中与所述衬底接触的感测电极延伸至所述衬底的所述多个孔洞中，且所述至少一感测电极具有平行于所述衬底的表面的长轴。

8.根据权利要求7所述的应变感测装置的制造方法，其特征在于，形成所述衬底与所述至少一感测电极的方法包括打印过程。

9.根据权利要求7所述的应变感测装置的制造方法，其特征在于，所述至少一感测电极包括多个感测电极，所述多个感测电极堆叠在所述衬底上，且每一相邻的感测电极的长轴的延伸方向相互交错。

10.根据权利要求9所述的应变感测装置的制造方法，其特征在于，还包括形成具有多个孔洞的至少一中间层，其中每一中间层位于所述多个感测电极的相邻两者之间，且接触在所述每一中间层上方的每一感测电极延伸至所述每一中间层的所述多个孔洞中，其中形成所述至少一中间层的方法包括打印过程。

11.根据权利要求7所述的应变感测装置的制造方法，其特征在于，在形成所述至少一感测电极之后，还包括在所述至少一感测电极上形成封装层，其中形成所述封装层的方法包括打印过程。