[發(fā)明專利]非金屬性集成傳感器互連設(shè)備、制造方法以及相關(guān)應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010130762.5
• 申請日: 2010-03-11
• 公開（公告）號: CN101832796A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·A·斯威夫特;S·J·華萊士;R·L·布洛克
• 申請（專利權(quán)）人: 施樂公司
• 主分類號: G01D11/00
• 分類號: G01D11/00;H01B3/30;H01B3/40;H01B3/42;H01B3/28;H01B3/44;H01B3/46;H01B3/08;H01B3/12;H01B3/48;H01B1/04;H01B1/02;B81B7/00;B82B1/0
• 代理公司: 北京北翔知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11285
• 代理人: 鄭建暉;楊勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體涉及傳感材料、設(shè)備和系統(tǒng)，更具體而言，涉及非金屬性集成傳感器互連材料(non-metallic?integratedsensor-interconnect?materials)、設(shè)備和陣列，以及其制造方法和其應(yīng)用。

背景技術(shù)

人們一直相當(dāng)關(guān)注的是，將高價值(high?value)觸頭(contacts)、互連件(interconnects)、傳感器、探針等用在醫(yī)療、娛樂、電子及其它相關(guān)產(chǎn)業(yè)中的各式各樣的電測試、測量和控制應(yīng)用中。

例如，十年前，科研人員將純碳纖維制成的細(xì)直徑的(finediameter)導(dǎo)線狀微探針或微電極插入犬科動物對象的胃中，以研究科研人員關(guān)注的消化過程的電化學(xué)特性。更近期，包含碳纖維陣列的微電極已經(jīng)被用來探查兔子視網(wǎng)膜中的光激發(fā)電活動(opticallystimulated?electric?activity)。

美國專利5,291,888和5,348,006公開了通過定位元件——諸如彈性帽——保持并貼靠在人類頭部的非磁性接觸傳感器(non-magnetic?contact?sensors)陣列。所述傳感器用于測量人腦的解剖結(jié)構(gòu)或功能。美國專利7,220,131公開了包含金屬包覆碳纖維(metal?overcoated?carbon?fibers)的電氣互連設(shè)備，其用在用于測量去往及來自電子器件——諸如半導(dǎo)體芯片及相關(guān)封裝組件——的電信號的探針陣列中。

常規(guī)的碳纖維相關(guān)傳感器設(shè)備在小直徑的絕緣導(dǎo)線(insulatedconductive?wire)的一端包括一個接觸傳感器，該接觸傳感器可以包括復(fù)絲碳纖維芯元件(multifilament?carbon?fiber?core?element)。該連接線(connecting?wire)在其另一末端配置有一個金屬引腳(pin)連接器。該接觸傳感器被放置并安裝在相對大直徑的撓性橡膠殼(pod)內(nèi)，這幫助在傳感器接觸尖端(tip)和測試對象之間提供接觸載荷力(contact?loading?force)。超聲及熱焊接被用來將該接觸傳感器接合(join)至該導(dǎo)線的芯導(dǎo)體的自由端。

然而，由于以下原因出現(xiàn)了一些問題。首先，由于接合點(diǎn)相對薄弱且易受損壞，所以被用來將該導(dǎo)線的芯與接觸傳感器接合——且很可能將接觸傳感器與橡膠殼接合——的聲或熱焊接是不健壯(robust)的。這可能會導(dǎo)致許多電學(xué)和機(jī)械故障，并造成所述組件的短壽命，從而需要大量高成本的替換零件。例如，一些傳感器組件在最初被配置成想要的陣列時就發(fā)生故障，而其它傳感器組件則不堪正常操縱、清潔和使用而過早發(fā)生故障。其次，焊接處理被證明適合少量的、實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的制造，但對于提供大規(guī)模生產(chǎn)則存在挑戰(zhàn)。

因此，需要提供一種非金屬性集成傳感器互連組件及相關(guān)陣列，以及其制造方法和用于傳感系統(tǒng)的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)各種實(shí)施方案，本教導(dǎo)包括一種集成傳感器組件，其包括：互連構(gòu)件；以及至少一個傳感器構(gòu)件，其在沿著所述互連構(gòu)件的任何位置從所述互連構(gòu)件伸出并與所述互連構(gòu)件電互連。所述至少一個傳感器構(gòu)件和所述互連構(gòu)件之每一個可以包括聚合物和基本上非金屬性(non-metallic)的芯元件。

優(yōu)選地，所述組件還包括連接器構(gòu)件，其連接至所述互連構(gòu)件以用于傳輸信號。

優(yōu)選地，其中所述連接器構(gòu)件包括集成的、富含纖維的復(fù)合連接器。

優(yōu)選地，其中所述至少一個傳感器構(gòu)件和所述互連構(gòu)件之每一個包括如下的復(fù)合物，該復(fù)合物由所述芯元件和所述聚合物復(fù)合而成。

優(yōu)選地，其中所述至少一個傳感器構(gòu)件和所述互連構(gòu)件之每一個包括如下的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括由聚合物制成并包圍所述芯元件的護(hù)層。

優(yōu)選地，其中用于所述至少一個傳感器構(gòu)件和所述互連構(gòu)件之每一個的芯元件包括單股細(xì)絲和多股細(xì)絲，其中每個細(xì)絲包括下列中的一種或多種：纖維、導(dǎo)線、針、線、紗、織物、或其組合。

優(yōu)選地，其中每個細(xì)絲還包括下列中的一個或多個：納米管、納米線、納米板、納米棒、納米纖維、或在至少一個維度為約100納米或更小的其它納米結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，其中用于所述至少一個傳感器構(gòu)件和所述互連構(gòu)件之每一個的芯元件包括下列材料中的一種或多種：碳、硅、硼、摻雜硅、硼-碳、硼-氮、碳化合成纖維、瀝青碳纖維、聚丙烯腈碳纖維、或石墨。

優(yōu)選地，其中用于所述至少一個傳感器構(gòu)件和所述互連構(gòu)件之每一個的芯元件具有約500微米或更小的尺度。