一种容栅位移传感器及其制作方法技术

本发明专利技术的容栅位移传感器，基片Ａ上的８Ｎ条发射电极栅均分别用一引线连到８Ｎ个导通盘，基片Ｃ上有对应的导通盘串连成８串，导通盘中定点分布有导电料，用粘胶对位粘合基片Ａ与Ｃ，使同相位Ｎ条发射电极栅互连导通。引线可制作得比发射栅条更细，垂直于测量的位移方向排成一列的８个导通盘，在测量的位移方向的尺寸就可制作得比一发射栅条更宽，制作分辨率０．００１ｍｍ的容栅传感器，粘合的对位精度仅为０．１ｍｍ。本发明专利技术首创用市售的ＩＴＯ导电膜玻璃作基片和用市售的表面镀金的塑料微球作弹性压触的导电料来制作容栅传感器，可沿用液晶显示器的制作工艺技术，尤为适于工业化生产。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于测量直线位移与角位移的传感器领域，尤指用容栅原理制作的传感器。容栅位移传感器不必经A/D转换可直接数字化，同时具有体积小、功耗低的优点，在位移检测中得到了广泛的应用。容栅传感器的分辨率取决于相邻栅极的间距。通常的8路驱动鉴相式容栅传感器的分辨为0.01mm，相邻发射电极栅条的间距为0.635mm，一组栅极为8根，实际传感器用多组栅极并联，组间距为5.08mm，将各组中相同相位的栅极互联，目前常规是用印刷线路板(PCB板)双面布线的方法通过金属化小孔来实现。用现有的8路驱动鉴相式IC，容栅传感器若要达到0.001mm的分辩率，则相邻发射栅的间距应减小到0.0635mm，现今的光刻技术将栅刻细到0.0635mm以下是没有问题，但是在如此细的栅条上过孔连接就很困难，通常的PTH法(在印刷线路板上钻孔再金属化小孔)是不可能实现，用新近的多层印刷线路板技术IVH法(在未硬化的基板上光刻小孔并填充导电材料再将基板与铜箔层压成复合板)以及B2IT法(在铜箔上印导电桩，待干燥后再与未硬化的基板层压使导电桩穿透基板连通到另一铜箔)来制作0.001mm分辩率的栅片也非常困难，即使能制作出来，也由于所用的覆铜板基材不可避免地包含有环氧、酚醛等树脂材料，这些材料热膨胀系数大，且易吸潮，使得制成的栅片尺寸稳定性差，传感器精度难以提高。为了克服上述困难，中国专利CN1047436C公布了一种在陶瓷或玻璃基片上制作容栅传感器栅片的叠层法，一定程度上把栅作得更细了。该方法是先在陶瓷或玻璃基片上蒸镀金属层并做出栅条，再在金属层上制作绝缘层并在绝缘层上开窗口，最后在绝缘层上蒸镀第二金属层来连接同相位的栅条，这种一层叠一层的制作方法类似于在硅片上制作多层电路的IC工艺，需要进行多次对位光刻，第一次光刻细栅不困难，第二次光刻窗口必需对位(窗口对准细栅)，这需要有昂贵的精密对位光刻机，使得叠层法难以扩广应用。用一般的对位设备目前仅制作出了0.127mm间距的细栅，分辩率为0.002mm。叠层法的另一个缺点是两个蒸镀金属层通过窗口的电气连接常常不可靠，补救的办法是在制成的产品的每一个电气连接窗口处再施加压力，这样作了之后，可以使一些不导通的点导通，但也不能完全解决可靠性问题。本专利技术的目的是要克服上述问题，另辟新径来制作容栅传感器，使分辩率达到0.001mm。现有的将同相位的发射电极栅互连通的方法，无论是叠层法还是多层印刷线路板技术的PTH，IVH与B2IT法，均要在同一基片进行多次光刻，如叠层法的在蒸镀金属层上制作栅条，在绝缘层上开窗口，以及在第二蒸镀金属层上制作出8根不同相位的连线条，是在同一基片上一次又一次地对位刻蚀出来的。再如多层印刷电路的PTH，IVH和B2IT法，尽管连接两层铜箔的方法不同(PTH法是先层压铜箔成双面PCB板再钻孔并金属化小孔，IVH法是先在未硬化的树脂板上光刻内孔并填充导电料再将两铜箔与之层压成双面PCB板，B2IT法是先在一铜箔上制作导电桩，待导电桩干燥后，再将它与未硬化树脂板和另一铜箔压层成双面PCB板)，但是双面PCB板上两个铜箔面的电路是层压好之后再刻蚀的，同样要在同一基片上多次光刻。第二次光刻必需与第一次光刻的图形对准位置，才能实现层间的电气连接，发射电极栅愈细，对位精度要求愈高。夲专利技术首先是要突破制作高分辨率的容栅传感器依赖于精密对位的光刻设备的现状。本专利技术的技术方案是组成容栅位移传感器除了通常的可相对位移的制作了栅状电极的基片A和基片B之外还有第三个基片C，用粘胶将制作有发射电极栅的基片A与制作有连线电路的基片C对位叠合并加热(或用紫外光照射)和加压力固化而联成一体，同时由定点分布的导电料来连通基片A上电路的某些指定点与基片C上的电路中对应的指定点，使同相位的发射栅极互连导通。本专利技术的层间连线方法与以往的方法本质不同之处在于本专利技术的被连接的两面电路是分别在两个基片上各自独立地制作出来的，每个基片均只需光刻一次，不再需要对位光刻，从而避免了对精密对位光刻设备的依赖，用普通的光刻机就可制作了。当然，两面电路导通点的对准是必需的，也就是说，对位这一不可少的步骤从光刻过程转移到了叠合过程，对位叠合也是发射电极栅条愈细，对位的精度要求愈高。本专利技术为解决细栅不易在叠合中对位的问题，巧妙地避开直接由发射电极栅条向上导通到连线电路，而是用比栅条更细的引线将每组8条沿测量的位移方向排列的发射电极栅条，连到每组8个沿与测量的位移方向成一定角度(最好成90度)排列的导通盘上，由于引线比栅条更细，导通盘沿测量的位移方向的尺寸就比栅条的宽度大很多，例如，栅条的宽度为0.0635mm(包括缝宽)，每组8条发射电极栅沿测量的位移方向的总宽度为0.508mm，可实现的引线的宽度为0.03mm(包括缝宽)，导通盘沿测量的位置方向的宽度可作到(0.508-7×0.03)≈0.3mm。导通盘在垂直于测量的相对位移方向的尺寸可以自由选取(只受传感器指定的外形尺寸的限制)，例如选取为0.5mm。层间连通是由基片A上与发射电极栅相连的导通盘向上经导电料连接到基片C上的对应的导通盘，基片C上的导通盘可与基片A的导通盘制作得同样大小，将基片C上同相位的导通盘互联成8串，就实现了同相位的发射栅极的互连通。本专利技术的重要特征之一的导通盘的引入，使得制作0.001mm分辨率的容栅传感器栅片，叠合对位精度可降低到0.1mm，用通常的目视对位也能满足要求，用放大镜或CCD光学对位当然更好。本专利技术中定点分布在上、下导通盘之间的导电料可以是导电粉，如银粉、镍粉、金粉、碳粉等，推荐的最佳导电料是表面镀导电层(表面镀镍或镀镍层上再镀金)的塑料微球，导电微球直径从2μ到20μ均有商品供应，建议选用5μ到15μ范围的表面有镀金层的镀镍塑料微球以便于工业化生产。本专利技术用于粘合基片A与基片C的粘胶，可以是热固性粘接剂如环氧树脂、酚醛树脂等，也出可以是光固性粘接剂如UV胶等，通过加热或紫外光照射使之固化，为保证层间电气连接的可靠性并加强粘合牢度，固化过程应适当加压力，让导电微球压缩10％到15％成为椭球，以增加导电微球与导通盘的电接触面积并形成为弹性压触，压力下粘胶与基片表面的的粘接牢度也会更大。本专利技术将导电料定点分布在各导通盘中的方法有多种(1)将导电料掺入到粘胶中成导电胶，用印刷的方法将导电胶仅印在各导通盘上，基片A和C的粘合可以单由导电胶实现，也可以在导通盘之外再印未掺导电料的粘胶用以保护細小的引线和加强粘合牢度。(2)在基片C或基片A上的各导通盘的周围印上粘胶，用模板将导电料撒布在导通盘中，模板可以是金属薄板打孔，也可以是菲林网板，模板的孔位应对准导通盘。(3)在基片A和基片C中之一的导通盘上印导电胶或撒上导电料，在另一基片上均布粘胶，用较大压力叠合，使导通盘上的导电料贯穿另一基片的导通盘上的粘胶实现上、下导通盘的互导通。本专利技术用作基片的材料为具有导电膜的绝缘材料片，可以在绝缘材料片上自已制作导电膜，例如在玻璃或陶瓷片上蒸镀、溅射或化学镀导电层，如镀铝、镍、铬、银、金以及不锈钢等金属膜，推荐的最佳选择是用商品导电膜基材，如透明的ITO(氧化铟-氧化锡)导电膜玻璃、铬板玻璃、覆铜树脂玻璃纤维布层压板以及柔性印刷电路板等，因为大规模生产的商品本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种容栅位移传感器，包括有集成电路（ＩＣ）和容栅，容栅由制作有栅状电极并可相对位移的基片组成，可相对位移的栅状电极面面相对保持一微小的间隙，其特征在于：所说的容栅位移传感器由基片Ａ和基片Ｂ以及基片Ｃ三者所组成，基片Ａ、Ｂ、Ｃ均为具有导电膜的绝缘材料片；基片Ａ上至少制作有容栅传感器的发射电极栅集合，每条发射电极栅均用引线连接到一个对应的导通盘，基片Ｃ上制作有互连通成许多串的导通盘，基片Ｃ上的各导通盘与基片Ａ上的导通盘位置一一对应，用粘胶将基片Ｃ和基片Ａ对位粘合，再在适当的物理条件下让粘胶固化，同时通过定点分布在基片Ｃ与基片Ａ的对应导通盘之间的导电料，使基片Ａ上的导通盘与基片Ｃ上的对应导通盘电气相连通，实现同相位的发射电极栅的互连导通；基片Ｂ上制作有相应的接收电极栅或感应电极栅；在基片上还制作有发射电极、接收电极和屏蔽地电极的引出脚，用常规的液晶显示器连线工艺将众电极连接到传感器集成电路（ＩＣ）的对应引线脚上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈紹光，陈其良，
申请(专利权)人：陈其良，陈紹光，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]