本发明涉及传感器,尤其涉及一种压阻式传感器及其制作方法、传感器阵列。
背景技术:
1、力传感器可以用于实时检测力的大小等参数,广泛应用于工业自动化、汽车制造、医疗机械等领域。其中压阻式力传感器利用半导体材料的压阻效应,通过构成惠斯通电桥(wheatstone bridge)实现压力检测。目前压阻式力传感器还存在平面尺寸较大、检测灵敏度较低等问题。
技术实现思路
1、本发明提供一种压阻式传感器及其制作方法、传感器阵列,用以降低压阻式传感器的平面尺寸和提高检测灵敏度。
2、本发明的第一方面,提供一种压阻式传感器,压阻式传感器包括至少一个惠斯通电桥;惠斯通电桥包括第一压敏电阻、第二压敏电阻、第三压敏电阻和第四压敏电阻;压阻式传感器还包括:
3、基底;
4、第一压敏层,位于基底之上;第一压敏层包括第一压敏电阻;
5、绝缘层,位于第一压敏层背离基底的一侧;
6、第二压敏层,位于绝缘层背离第一压敏层的一侧;第二压敏层包括第二压敏电阻;第三压敏电阻通过贯穿绝缘层的过孔第一过孔分别与第一压敏电阻的一端和第二压敏电阻的一端电连接;第四压敏电阻通过贯穿绝缘层的第二过孔分别与第一压敏电阻的另一端和第二压敏电阻的另一端电连接;
7、第二压敏电阻在基底上的正投影与第一压敏电阻在基底上的正投影至少部分交叠。
8、在本发明提供的压阻式传感器中,第二压敏电阻在基底上的正投影与第一压敏电阻在基底上的正投影完全重叠。
9、在本发明提供的压阻式传感器中,第三压敏电阻包括位于第一压敏层中的第一部分和位于第二压敏层中的第二部分;第一部分的一端与第一压敏电阻的一端电连接;第二部分的一端与第二压敏电阻的一端电连接;第一部分的另一端与第二部分的另一端通过第一过孔电连接;
10、第四压敏电阻包括位于第一压敏层中的第三部分和位于第二压敏层中的第四部分;第三部分的一端与第一压敏电阻的另一端电连接;第四部分的一端与第二压敏电阻的另一端电连接;第三部分的另一端和第四部分的另一端通过第二过孔电连接。
11、在本发明提供的压阻式传感器中,第一压敏电阻和第二压敏电阻沿第一方向延伸;
12、第三压敏电阻的第一部分和第二部分沿第二方向延伸;第二方向与第一方向之间形成夹角;
13、第四压敏电阻的第三部分和第四部分沿第三方向延伸;第三方向与第一方向之间形成夹角。
14、在本发明提供的压阻式传感器中,第二方向与第三方向平行,且与第一方向垂直。
15、在本发明提供的压阻式传感器中,第一部分、第二部分、第三部分和第四部分在基底上的正投影,全部位于其电连接的第一压敏电阻和第二压敏电阻在基底上的正投影的同一侧。
16、在本发明提供的压阻式传感器中,第一部分在基底上的正投影与第二部分在基底上的正投影完全重叠;
17、第三部分在基底上的正投影与第四部分在基底上的正投影完全重叠。
18、在本发明提供的压阻式传感器中,第三压敏电阻还包括位于第一过孔中的五部分;第五部分的两端分别与第一部分和第二部分电连接;
19、第四压敏电阻还包括位于第二过孔中的第六部分;第六部分的两端分别与第三部分和第四部分电连接。
20、在本发明提供的压阻式传感器中,压阻式传感器包括四个惠斯通电桥,分别为第一惠斯通电桥、第二惠斯通电桥、第三惠斯通电桥和第四惠斯通电桥;
21、压阻式传感器还包括受力结构,受力结构位于第二压敏层背离绝缘层的一侧;受力结构包括延伸方向相互交叉的第一受力部和第二受力部;第一惠斯通电桥和第二惠斯通电桥沿第一受力部的延伸方向排列;第一惠斯通电桥和第二惠斯通电桥在受力结构上的正投影落入第一受力部之内,且与第二受力部互不交叠;第三惠斯通电桥和第四惠斯通电桥沿第二受力部的延伸方向排列;第三惠斯通电桥和第四惠斯通电桥在受力结构上的正投影落入第二受力部之内,且与第一受力部互不交叠。
22、在本发明提供的压阻式传感器中,受力结构的第一受力部和第二受力部存在交叠区域;第一惠斯通电桥和第二惠斯通电桥在受力结构上的正投影分别位于交叠区域的两侧;第三惠斯通电桥和第四惠斯通电桥在受力结构上的正投影分别位于交叠区域的两侧。
23、在本发明提供的压阻式传感器中,第一受力部的延伸方向与第二受力部的延伸方向相互垂直;
24、第一惠斯通电桥的第一压敏电阻和第二压敏电阻的延伸方向以及第二惠斯通电桥的第一压敏电阻和第二压敏电阻的延伸方向,与第一受力部的延伸方向垂直;第三惠斯通电桥的第一压敏电阻和第二压敏电阻的延伸方向以及第四惠斯通电桥的第一压敏电阻和第二压敏电阻的延伸方向,与第二受力部的延伸方向垂直。
25、本发明的第二方面,提供一种传感器阵列,包括多个上述任一项的压阻式传感器。
26、在本发明提供的传感器阵列中,传感器阵列中的各个惠斯通电桥呈阵列排布;
27、位于同一列的各惠斯通电桥的输入端连接至同一输入信号线;位于同一行的各惠斯通电桥的输出信号端连接至同一输出信号线;
28、或者,位于同一列的各惠斯通电桥的输入端连接至同一输入信号线;位于同一行的各惠斯通电桥的输出信号端连接至各自的输出信号线。
29、本发明的第三方面,提供一种压阻式传感器的制作方法,压阻式传感器包括至少一个惠斯通电桥;惠斯通电桥包括第一压敏电阻、第二压敏电阻、第三压敏电阻和第四压敏电阻;方法包括:
30、在基底上制作第一压敏层,第一压敏层包括第一压敏电阻;
31、在第一压敏层背离基底的一侧制作绝缘层,绝缘层开设有第一过孔和第二过孔;第一过孔用于第三压敏电阻分别与第一压敏电阻的一端和第二压敏电阻的一端电连接;第二过孔用于第四压敏电阻分别与第一压敏电阻的另一端和第二压敏电阻的另一端电连接;
32、在绝缘层背离基底的一侧制作第二压敏层,第二压敏层包括第二压敏电阻;第二压敏电阻在基底上的正投影与第一压敏电阻在基底上的正投影至少部分交叠。
33、本发明有益效果如下:
34、本发明提供了一种压阻式传感器及其制作方法、传感器阵列,压阻式传感器包括至少一个惠斯通电桥;惠斯通电桥包括第一压敏电阻、第二压敏电阻、第三压敏电阻和第四压敏电阻;压阻式传感器还包括:基底、第一压敏层、绝缘层和第二压敏层。第一压敏层位于基底之上,第一压敏层包括第一压敏电阻。绝缘层位于第一压敏层背离基底的一侧。第二压敏层位于绝缘层背离第一压敏层的一侧,第二压敏层包括第二压敏电阻。第三压敏电阻通过贯穿绝缘层的过孔第一过孔分别与第一压敏电阻的一端和第二压敏电阻的一端电连接,第四压敏电阻通过贯穿绝缘层的第二过孔分别与第一压敏电阻的另一端和第二压敏电阻的另一端电连接。第二压敏电阻在基底上的正投影与第一压敏电阻在基底上的正投影至少部分交叠。本发明提供的压阻式传感器中,将第一压敏电阻和第二压敏电阻沿垂直于基底的方向叠层设置,使第一压敏电阻和第二压敏电阻设置于不同的平面中,从而可以实现第二压敏电阻在基底上的正投影与第一压敏电阻在基底上的正投影的交叠设置,进而有利于降低压阻式传感器的平面尺寸,并且有利于提高压阻式传感器的灵敏度。
1.一种压阻式传感器,其特征在于,包括至少一个惠斯通电桥;所述惠斯通电桥包括第一压敏电阻、第二压敏电阻、第三压敏电阻和第四压敏电阻;所述压阻式传感器还包括:
2.如权利要求1所述的压阻式传感器,其特征在于,所述第二压敏电阻在所述基底上的正投影与所述第一压敏电阻在所述基底上的正投影完全重叠。
3.如权利要求1所述的压阻式传感器,其特征在于,所述第三压敏电阻包括位于所述第一压敏层中的第一部分和位于所述第二压敏层中的第二部分;所述第一部分的一端与所述第一压敏电阻的一端电连接;所述第二部分的一端与所述第二压敏电阻的一端电连接;所述第一部分的另一端与所述第二部分的另一端通过所述第一过孔电连接;
4.如权利要求3所述的压阻式传感器,其特征在于,所述第一压敏电阻和所述第二压敏电阻沿第一方向延伸;
5.如权利要求4所述的压阻式传感器,其特征在于,所述第二方向与所述第三方向平行,且与所述第一方向垂直。
6.如权利要求4所述的压阻式传感器,其特征在于,所述第一部分、所述第二部分、所述第三部分和所述第四部分在所述基底上的正投影,全部位于其电连接的所述第一压敏电阻和所述第二压敏电阻在所述基底上的正投影的同一侧。
7.如权利要求4所述的压阻式传感器,其特征在于,所述第一部分在所述基底上的正投影与所述第二部分在所述基底上的正投影完全重叠;
8.如权利要求3所述的压阻式传感器,其特征在于,所述第三压敏电阻还包括位于所述第一过孔中的五部分;所述第五部分的两端分别与所述第一部分和所述第二部分电连接;
9.如权利要求1~8任一项所述的压阻式传感器,其特征在于,所述压阻式传感器包括四个惠斯通电桥,分别为第一惠斯通电桥、第二惠斯通电桥、第三惠斯通电桥和第四惠斯通电桥;
10.如权利要求9所述的压阻式传感器,其特征在于,所述受力结构的所述第一受力部和所述第二受力部存在交叠区域;所述第一惠斯通电桥和所述第二惠斯通电桥在所述受力结构上的正投影分别位于所述交叠区域的两侧;所述第三惠斯通电桥和所述第四惠斯通电桥在所述受力结构上的正投影分别位于所述交叠区域的两侧。
11.如权利要求10所述的压阻式传感器,其特征在于,所述第一受力部的延伸方向与所述第二受力部的延伸方向相互垂直;
12.一种传感器阵列,其特征在于,包括多个如权利要求1~11任一项所述的压阻式传感器。
13.如权利要求12所述的传感器阵列,其特征在于,所述传感器阵列中的各个所述惠斯通电桥呈阵列排布;
14.一种压阻式传感器的制作方法,其特征在于,所述压阻式传感器包括至少一个惠斯通电桥;所述惠斯通电桥包括第一压敏电阻、第二压敏电阻、第三压敏电阻和第四压敏电阻;所述方法包括: