本實用新型涉及傳感器封裝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電阻式應(yīng)變片的封裝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著應(yīng)用于人體的生物醫(yī)療器械、可穿戴式電子等裝置的普及，相應(yīng)的對應(yīng)變式傳感器的柔軟性和大尺度測量范圍等性能指標也提出了更高的要求。目前應(yīng)變傳感器主要包括光纖應(yīng)變式傳感器、壓電材料應(yīng)變式傳感器、電阻應(yīng)變式傳感器等幾種類型其中，光纖應(yīng)變式傳感器布置較困難，成本高；壓電材料很難滿足對于傳感器柔軟性和大尺度測量范圍的需求。因此目前較常采用的應(yīng)變式傳感元件是電阻應(yīng)變式傳感器。

電阻應(yīng)變式傳感器，基于電阻應(yīng)變效應(yīng),即被測構(gòu)件受到所測量的力而產(chǎn)生變形，并使附著其上的電阻應(yīng)變片一起變形，電阻應(yīng)變片再將變形轉(zhuǎn)換為電阻值的變化，從而可以測量拉力、壓力、扭矩、位移、加速度和溫度等多種物理量。現(xiàn)有的電阻應(yīng)變片的功能層材料主要有金屬和半導(dǎo)體兩類，金屬應(yīng)變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。由于金屬材料柔軟性較差，其最大缺點是靈敏度低、測量范圍小，通常只能測量約百分之幾的應(yīng)變值。例如，鉑的應(yīng)變值為±8％，鎢具有約±0.3％的應(yīng)變范圍，銅鎳合金具有±5％的應(yīng)變值范圍；半導(dǎo)體應(yīng)變計最主要的缺點是受溫度影響大，制備工藝復(fù)雜，制備成本高，且其能夠可逆伸縮的變形量也只有約百分之幾的應(yīng)變值。因此，傳統(tǒng)的金屬和半導(dǎo)體材料在用于應(yīng)變傳感器的用途上時受到很大限制，特別是很難實現(xiàn)大尺度應(yīng)變的測量。

為了滿足柔軟性和大尺度應(yīng)變測量的需求，研發(fā)出一種在柔性基底上制備具有微裂紋結(jié)構(gòu)的金薄膜傳感芯片，該傳感器可以測量大于200％應(yīng)變的物理量變化。但是大尺度的拉伸性能往往使得應(yīng)變片非常薄，因此柔性基底容易斷裂，同時在信號檢測分析過程中導(dǎo)電薄膜表面結(jié)構(gòu)容易被破壞劃傷進而影響電學(xué)性能。由此，本領(lǐng)域亟需開發(fā)一種柔性可拉伸應(yīng)變片的封裝結(jié)構(gòu)，有效提升應(yīng)變片的使用壽命，保證應(yīng)變片的使用性能。

由此，本發(fā)明人憑借多年從事相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗與實踐，提出一種電阻式應(yīng)變片的封裝結(jié)構(gòu)，以滿足電阻式應(yīng)變片柔軟性和大尺度拉伸需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種電阻式應(yīng)變片的封裝結(jié)構(gòu)，該封裝結(jié)構(gòu)能夠滿足應(yīng)變片柔軟性和大尺度拉伸的需求，提升應(yīng)變片的使用壽命，保證應(yīng)變片的使用性能。

本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的，一種電阻式應(yīng)變片的封裝結(jié)構(gòu)，所述電阻式應(yīng)變片的封裝結(jié)構(gòu)包括一柔性封裝底片，所述柔性封裝底片上方設(shè)置有電阻式應(yīng)變片，所述電阻式應(yīng)變片的兩端上方分別抵靠且電連接有一剛性導(dǎo)電裝置，兩個所述剛性導(dǎo)電裝置上方分別固定且抵靠電連接有一向所述電阻式應(yīng)變片的外部延伸設(shè)置的外導(dǎo)電片，所述柔性封裝底片的上方封裝有柔性絕緣保護材料單元，所述柔性絕緣保護材料單元包覆所述電阻式應(yīng)變片外露于所述柔性封裝底片的部位和兩個所述剛性導(dǎo)電裝置。

在本實用新型的一較佳實施方式中，所述剛性導(dǎo)電裝置包括上下平行間隔、且固定設(shè)置的上導(dǎo)電層和下導(dǎo)電層，所述上導(dǎo)電層和所述下導(dǎo)電層之間形成有嵌膠層，所述下導(dǎo)電層的底面與所述電阻式應(yīng)變片的兩端上方抵靠電連接，所述上導(dǎo)電層的頂面與所述外導(dǎo)電片抵靠電連接。

在本實用新型的一較佳實施方式中，所述上導(dǎo)電層和所述下導(dǎo)電層呈圓形，所述嵌膠層包括固定設(shè)置于所述上導(dǎo)電層和所述下導(dǎo)電層之間的連接柱，所述連接柱的直徑小于所述上導(dǎo)電層和所述下導(dǎo)電層的直徑，所述連接柱徑向外側(cè)與所述上導(dǎo)電層、所述下導(dǎo)電層之間形成有環(huán)形嵌膠空間。

在本實用新型的一較佳實施方式中，所述外導(dǎo)電片、所述剛性導(dǎo)電裝置、所述電阻式應(yīng)變片的兩端和所述柔性封裝底片的兩端設(shè)置有上下貫通的鎖緊過孔，所述鎖緊過孔中固定穿設(shè)有鎖緊裝置。

在本實用新型的一較佳實施方式中，所述外導(dǎo)電片上設(shè)置有上下貫通的第一鎖緊過孔，所述剛性導(dǎo)電裝置上設(shè)置有與所述第一鎖緊過孔同軸連通的、且上下貫通的第二鎖緊過孔，所述電阻式應(yīng)變片的兩端部設(shè)置有與所述第二鎖緊過孔同軸連通的、且上下貫通的第三鎖緊過孔，所述柔性封裝底片的兩端部設(shè)置有與所述第三鎖緊過孔同軸連通的、且上下貫通的第四鎖緊過孔，所述第四鎖緊過孔、所述第三鎖緊過孔、所述第二鎖緊過孔、所述第一鎖緊過孔的孔徑相等，所述第四鎖緊過孔、所述第三鎖緊過孔、所述第二鎖緊過孔、所述第一鎖緊過孔中自下而上穿設(shè)所述鎖緊裝置。

在本實用新型的一較佳實施方式中，所述鎖緊裝置的底端設(shè)置有能卡止于所述柔性封裝底片的底面的限位部，所述鎖緊裝置的上部設(shè)置有連接螺紋段，所述第一鎖緊過孔為與所述連接螺紋段匹配的連接螺紋孔，所述鎖緊裝置的上部固定于所述連接螺紋孔中。

在本實用新型的一較佳實施方式中，所述外導(dǎo)電片上設(shè)置有導(dǎo)電凸起結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)電凸起結(jié)構(gòu)的外包絡(luò)線范圍小于所述上導(dǎo)電層的外包絡(luò)線范圍，所述連接螺紋孔設(shè)置于所述導(dǎo)電凸起結(jié)構(gòu)的中心處。

在本實用新型的一較佳實施方式中，所述外導(dǎo)電片遠離所述電阻式應(yīng)變片的一端設(shè)置有拉伸固定結(jié)構(gòu)。

在本實用新型的一較佳實施方式中，所述拉伸固定結(jié)構(gòu)為所述外導(dǎo)電片上設(shè)置的貫通的連接孔組。

在本實用新型的一較佳實施方式中，所述柔性封裝底片為橡膠或硅膠封裝底片；所述柔性絕緣保護材料單元為橡膠或硅膠絕緣保護材料單元。

由上所述，本實用新型提供的電阻式應(yīng)變片的封裝結(jié)構(gòu)，具有如下有益效果：

(1)本實用新型提供的電阻式應(yīng)變片的封裝結(jié)構(gòu)將電阻式應(yīng)變片的兩個信號輸出端分別固定連接于剛性導(dǎo)電裝置上，電阻式應(yīng)變片和剛性導(dǎo)電裝置外部固定封裝有能拉伸的柔性絕緣保護材料單元，剛性導(dǎo)電裝置采用的三層一體結(jié)構(gòu)使得絕緣保護材料能夠注入剛性導(dǎo)電裝置的內(nèi)部，提升了電阻式應(yīng)變片被拉伸時的受力的均勻與穩(wěn)定性；

(2)本實用新型提供的電阻式應(yīng)變片的封裝結(jié)構(gòu)中，電阻式應(yīng)變片的信號輸出端通過剛性導(dǎo)電裝置連接有外導(dǎo)電片，外導(dǎo)電片具有信息傳導(dǎo)和鎖緊固定的功能，進一步方便了電阻式應(yīng)變片的拔插使用以及與其他設(shè)備的集成；

(3)本實用新型提供的電阻式應(yīng)變片的封裝結(jié)構(gòu)制造成本低，能夠穩(wěn)定連接應(yīng)變片，提高了電學(xué)性能的穩(wěn)定性和拉伸時應(yīng)變片信號輸出端受力的穩(wěn)定性；

(4)本實用新型提供的電阻式應(yīng)變片的封裝結(jié)構(gòu)為電阻式應(yīng)變片提供了有效地保護，大大提高了產(chǎn)品的使用壽命；

(5)本實用新型提供的電阻式應(yīng)變片的封裝結(jié)構(gòu)便于測試安裝以及隨身攜帶，方便集成于其他儀器以及可穿戴式設(shè)備。

附圖說明

以下附圖僅旨在于對本實用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實用新型的范圍。其中：

圖1a：為本實用新型的電阻式應(yīng)變片的封裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1b：為本實用新型的電阻式應(yīng)變片的封裝結(jié)構(gòu)的仰視圖。

圖1c：為本實用新型的剛性導(dǎo)電裝置安裝位置示意圖。

圖1d：為本實用新型的剛性導(dǎo)電裝置被封裝后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2：為本實用新型的剛性導(dǎo)電裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3：為本實用新型的外導(dǎo)電片的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4：為本實用新型的柔性封裝底片的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5：為本實用新型的電阻式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

100、電阻式應(yīng)變片的封裝結(jié)構(gòu)；

11、柔性封裝底片；111、第四鎖緊過孔；

2、剛性導(dǎo)電裝置；

21、上導(dǎo)電層；

22、嵌膠層；221、連接柱；222、環(huán)形嵌膠空間；

23、下導(dǎo)電層；

24、第二鎖緊過孔；

3、外導(dǎo)電片；31、第一鎖緊過孔；32、導(dǎo)電凸起結(jié)構(gòu)；33、拉伸固定結(jié)構(gòu)；

4、柔性絕緣保護材料單元；

5、鎖緊裝置；51、限位部；

9、電阻式應(yīng)變片；91、第三鎖緊過孔。

具體實施方式

為了對本實用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖說明本實用新型的具體實施方式。

如圖1a、圖1b、圖1c所示，本實用新型提供的一種電阻式應(yīng)變片的封裝結(jié)構(gòu)100，包括一柔性封裝底片11(其結(jié)構(gòu)如圖4所示)，柔性封裝底片11上方設(shè)置有電阻式應(yīng)變片9(其結(jié)構(gòu)如圖5所示)，電阻式應(yīng)變片9滿足柔軟性和大尺度應(yīng)變測量的需求，柔性封裝底片11能夠與電阻式應(yīng)變片9同步拉伸變形，柔性封裝底片11采用柔性可拉伸的橡膠或者硅膠材料；電阻式應(yīng)變片9的兩端分別為信號輸出端，電阻式應(yīng)變片9的兩端上方分別抵靠且電連接有一位于柔性封裝底片11上的剛性導(dǎo)電裝置2，兩個剛性導(dǎo)電裝置2上方分別固定且抵靠電連接有一向電阻式應(yīng)變片9的外部延伸設(shè)置的外導(dǎo)電片3，外導(dǎo)電片3具有信息傳導(dǎo)和鎖緊固定的功能，進一步方便了電阻式應(yīng)變片9的拔插使用以及與其他設(shè)備的集成；柔性封裝底片11的上方封裝有柔性絕緣保護材料單元4，柔性絕緣保護材料單元4包覆電阻式應(yīng)變片9外露于所述柔性封裝底片的部位和兩個剛性導(dǎo)電裝置2。在本實施方式中，柔性絕緣保護材料單元4采用的材料為橡膠或硅膠材料，柔性絕緣保護材料單元4具有柔性可拉伸性，能夠滿足應(yīng)變片拉伸變形的需求。

進一步，如圖1c、圖1d、圖2所示，剛性導(dǎo)電裝置2采用三層一體結(jié)構(gòu)，剛性導(dǎo)電裝置2包括上下平行間隔、且固定設(shè)置的上導(dǎo)電層21和下導(dǎo)電層23，上導(dǎo)電層21和下導(dǎo)電層23之間形成有嵌膠層22，下導(dǎo)電層23的底面與電阻式應(yīng)變片的兩端上方抵靠抵靠電連接，上導(dǎo)電層21的頂面與外導(dǎo)電片3抵靠電連接。在本實施方式中，上導(dǎo)電層21的頂面為暴露導(dǎo)電面，不被柔性絕緣保護材料單元4覆蓋，能夠與外導(dǎo)電片3形成良好的接觸，上導(dǎo)電層21的頂面可以高于柔性絕緣保護材料單元4的頂面，或者平行于柔性絕緣保護材料單元4的頂面，還可以低于柔性絕緣保護材料單元4的頂面。剛性導(dǎo)電裝置2采用金屬導(dǎo)電材料或者非金屬導(dǎo)電材料，在本實施方式中，剛性導(dǎo)電裝置2采用不銹鋼材料。

進一步，如圖2所示，上導(dǎo)電層21和下導(dǎo)電層23呈圓形，嵌膠層22包括固定設(shè)置于上導(dǎo)電層21和下導(dǎo)電層23之間的連接柱221，連接柱221的直徑小于上導(dǎo)電層21和下導(dǎo)電層23的直徑，連接柱221徑向外側(cè)與上導(dǎo)電層21、下導(dǎo)電層23之間形成有環(huán)形嵌膠空間222。柔性封裝底片11上的電阻式應(yīng)變片9、和兩個剛性導(dǎo)電裝置2進行封裝時，液態(tài)的絕緣保護材料能夠進入到環(huán)形嵌膠空間222中，使得剛性導(dǎo)電裝置2能夠牢固地固定于電阻式應(yīng)變片9、柔性封裝底片11上。

進一步，如圖1a、圖1b所示，外導(dǎo)電片3、剛性導(dǎo)電裝置2、電阻式應(yīng)變片9的兩端和柔性封裝底片11的兩端上設(shè)置有上下貫通的鎖緊過孔，鎖緊過孔中固定穿設(shè)有鎖緊裝置5，鎖緊裝置5能夠?qū)⑷嵝苑庋b底片11、電阻式應(yīng)變片9、剛性導(dǎo)電裝置2和外導(dǎo)電片3固定連接。

進一步，如圖1a、圖1b、圖2、圖3、圖4、圖5所示，外導(dǎo)電片3上設(shè)置有上下貫通的第一鎖緊過孔31，剛性導(dǎo)電裝置2上設(shè)置有與第一鎖緊過孔31同軸連通的、且上下貫通的第二鎖緊過孔24，電阻式應(yīng)變片9的兩端部設(shè)置有與第二鎖緊過孔24同軸連通的、且上下貫通的第三鎖緊過孔91，柔性封裝底片11的兩端部設(shè)置有與第三鎖緊過孔同軸連通的、且上下貫通的第四鎖緊過孔111，第四鎖緊過孔111、第三鎖緊過孔91、第二鎖緊過孔24、第一鎖緊過孔31中自下而上穿設(shè)有鎖緊裝置5。第一鎖緊過孔31、第二鎖緊過孔、第三鎖緊過孔、第四鎖緊過孔的孔徑相等，并且與鎖緊裝置5的直徑相匹配。

進一步，如圖1b所示，鎖緊裝置5的底端設(shè)置有能卡止于柔性封裝底片11的底面的限位部51，鎖緊裝置5的上部設(shè)置有連接螺紋段，第一鎖緊過孔31為與連接螺紋段匹配的連接螺紋孔，鎖緊裝置5的上部固定于第一鎖緊過孔31中。在本實施方式中，鎖緊裝置5為一端設(shè)有螺帽的螺釘。

進一步，如圖1a、圖3所示，外導(dǎo)電片3上設(shè)置有導(dǎo)電凸起結(jié)構(gòu)32，為實現(xiàn)良好的導(dǎo)電接觸，導(dǎo)電凸起結(jié)構(gòu)32的外包絡(luò)線范圍小于上導(dǎo)電層21的外包絡(luò)線范圍，第一鎖緊過孔31設(shè)置于導(dǎo)電凸起結(jié)構(gòu)32的中心處。導(dǎo)電凸起結(jié)構(gòu)32能防止剛性導(dǎo)電裝置2與外導(dǎo)電片3之間的虛接。外導(dǎo)電片3采用金屬導(dǎo)電材料或者非金屬導(dǎo)電材料，在本實施方式中，外導(dǎo)電片3采用不銹鋼材料。

進一步，如圖3所示，外導(dǎo)電片3遠離電阻式應(yīng)變片9的一端設(shè)置有拉伸固定結(jié)構(gòu)33。在本實施方式中，拉伸固定結(jié)構(gòu)33為外導(dǎo)電片3上設(shè)置的貫通的連接孔組。外導(dǎo)電片3通過拉伸固定結(jié)構(gòu)33固定在被測量物體上。

使用本實用新型的電阻式應(yīng)變片的封裝結(jié)構(gòu)100時，將兩端的外導(dǎo)電片3的自由端接入信號處理裝置(現(xiàn)有技術(shù)，圖中未示出)，通過拉伸固定結(jié)構(gòu)33將外導(dǎo)電片3固定于被測量物體上，應(yīng)變片拉伸時，兩端的剛性導(dǎo)電裝置2中間敏感區(qū)域發(fā)生形變，形變后電阻發(fā)生的變化通過剛性導(dǎo)電裝置2傳導(dǎo)至外導(dǎo)電片3，再通過外導(dǎo)電片3傳導(dǎo)至信號處理設(shè)備進行數(shù)據(jù)分析。

由上所述，本實用新型提供的電阻式應(yīng)變片的封裝結(jié)構(gòu)，具有如下有益效果：

(1)將電阻式應(yīng)變片的兩個信號輸出端分別固定連接于剛性導(dǎo)電裝置上，電阻式應(yīng)變片和剛性導(dǎo)電裝置外部固定封裝有能拉伸的柔性絕緣保護材料單元，剛性導(dǎo)電裝置采用的三層一體結(jié)構(gòu)使得絕緣保護材料能夠注入剛性導(dǎo)電裝置的內(nèi)部，提升了電阻式應(yīng)變片被拉伸時的受力的均勻與穩(wěn)定性；

(2)電阻式應(yīng)變片的信號輸出端通過剛性導(dǎo)電裝置連接有外導(dǎo)電片，外導(dǎo)電片具有信息傳導(dǎo)和鎖緊固定的功能，進一步方便了電阻式應(yīng)變片的拔插使用以及與其他設(shè)備的集成；

(3)本實用新型提供的電阻式應(yīng)變片的封裝結(jié)構(gòu)制造成本低，能夠穩(wěn)定連接應(yīng)變片，提高了電學(xué)性能的穩(wěn)定性和拉伸時應(yīng)變片信號輸出端受力的穩(wěn)定性；

(4)本實用新型提供的電阻式應(yīng)變片的封裝結(jié)構(gòu)為電阻式應(yīng)變片提供了有效地保護，大大提高了產(chǎn)品的使用壽命；

(5)本實用新型提供的電阻式應(yīng)變片的封裝結(jié)構(gòu)便于測試安裝以及隨身攜帶，方便集成于其他儀器以及可穿戴式設(shè)備。

以上所述僅為本實用新型示意性的具體實施方式，并非用以限定本實用新型的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本實用新型保護的范圍。