悬式膜压力传感阵列转让专利
申请号 : CN200880021032.2
文献号 : CN101730841A
文献日 : 2010-06-09
发明人 : T·R·帕克斯 , C·曹
申请人 : 赛勒科学仪表股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种制作电容性多维传感装置的方法，所述方法包括：提供具有多个伸长的衬底电极的衬底、包括一个或更多个分隔件和一个或更多个开放部分的分隔层、以及具有多个伸长的膜电极的膜；
使所述膜相对于所述衬底来取向以使得所述多个伸长的膜电极里至少两个之中的每一个与所述多个衬底电极里至少两个之中的每一个交叉，从而形成多维电容性元件阵列，并且使得所述分隔层的开放部分与所述电容性元件对齐；以及将所述分隔层贴附到所述膜。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分隔件包括非顺应性材料。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括将所述一个或更多个分隔件贴附到所述衬底。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供具有多个伸长的衬底电极的衬底、包括一个或更多个分隔件和一个或更多个开放部分的分隔层、以及具有多个伸长的膜电极的膜包括：在所述衬底上沉积所述一个或更多个分隔件的至少一部分。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供具有多个伸长的衬底电极的衬底、包括一个或更多个分隔件和一个或更多个开放部分的分隔层、以及具有多个伸长的膜电极的膜包括：提供衬底主体；以及
在所述衬底主体中形成由脊分隔的槽，其中所述脊形成所述一个或更多个分隔件的至少一部分。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述提供具有多个伸长的衬底电极的衬底、包括一个或更多个分隔件和一个或更多个开放部分的分隔层、以及具有多个伸长的膜电极的膜包括：提供衬底主体；以及
在所述衬底主体上沉积非导电层。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述提供具有多个伸长的衬底电极的衬底、包括一个或更多个分隔件和一个或更多个开放部分的分隔层、以及具有多个伸长的膜电极的膜包括：在所述槽中沉积导电膜以形成衬底电极。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底是圆柱形的。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供具有多个伸长的衬底电极的衬底、包括一个或更多个分隔件和一个或更多个开放部分的分隔层、以及具有多个伸长的膜电极的膜包括：使用柔性电路工艺在柔性膜上图案化出导电电极。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜包括聚酰亚胺和/或聚对苯二甲酸乙二醇酯。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其特征在于，所述提供具有多个伸长的衬底电极的衬底、包括一个或更多个分隔件和一个或更多个开放部分的分隔层、以及具有多个伸长的膜电极的膜包括：在所述膜中形成多个缝隙。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述缝隙被配置成取向为垂直于所述分隔件的取向。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括将隔片元件定位在所述分隔层的开放部分中。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在所述衬底、所述分隔层、以及所述膜被连接之后从所述分隔层的开放部分移除隔片元件。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分隔件在所述膜被贴附到所述分隔层时不塑性形变。
16.一种用于电容性地传感力或压力的装置，所述装置包括：衬底；
设置在所述衬底处的多个伸长的衬底电极；
膜，其配置成响应于施加于所述膜的力或压力而挠曲；
设置在所述膜处的多个伸长的膜电极，其中所述多个膜电极里至少两个之中的每一个与所述多个衬底电极里至少两个之中的每一个交叉，从而形成在每个交叉处具有电容性元件的多维电容性元件阵列；以及多个分隔件，其固定地与所述衬底连接并分隔所述衬底和所述膜，藉此形成所述装置的多个传感器区，其中传感器区定位在所述多个分隔件中的毗邻分隔件之间，每个所述传感器区包括至少一个电容性元件；并且其中每个传感器区的膜部分与每个毗邻传感器区的膜部分机械解耦。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述膜被贴附到所述多个分隔件中的每个分隔件。
18.如权利要求16所述的装置，其特征在于，进一步包括在所述膜中的多个伸长的缝隙，其中每个传感器区由一个或更多个分隔件以及一个或更多个缝隙来限界。
19.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述多个伸长的衬底电极包括多个平行的伸长的衬底电极。
20.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述多个伸长的膜电极包括多个平行的伸长的膜电极。
21.如权利要求16所述的装置，其特征在于，多个衬底电极的取向基本垂直于所述多个膜电极的取向。
22.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述多个分隔件包括多个平行的伸长的分隔件，并且所述传感器区是至少部分地通过将所述膜贴附到所述多个分隔件来被机械解耦的。
23.如权利要求22所述的装置，其特征在于，进一步包括在所述膜中的多个伸长的缝隙，其中所述多个伸长的缝隙中的每个缝隙被取向为垂直于所述多个平行的伸长的分隔件之中的伸长的分隔件的取向。
24.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述衬底面朝所述膜之侧是基本圆柱形弯曲的。
25.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述衬底是圆柱形的，其中心衬底轴沿所述圆柱形的中心延伸。
26.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述膜基本环绕所述圆柱形衬底。
27.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述分隔件基本环绕所述中心衬底轴。
28.如权利要求27所述的装置，其特征在于，所述伸长的衬底电极基本环绕所述中心衬底轴。
29.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述伸长的膜电极基本平行于所述中心衬底轴。
30.如权利要求25所述的装置，其特征在于，
所述衬底包括：
外表面，其包括形成于其中的多个槽，每个槽具有底部；
设置在所述多个槽的底部上的绝缘层，所述多个衬底电极中的每个被设置在绝缘层上；
平行于所述中心衬底轴的内腔；以及
从所述内腔穿过所述衬底到达衬底电极的多个孔。
31.如权利要求30所述的装置，其特征在于，进一步包括：设置在所述内腔内的布线线束，所述布线线束具有从其延伸出的多个接点，每个接点通过所述多个孔之中的孔被电耦合到衬底电极。
32.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述膜包括多个缝隙。
33.如权利要求32所述的装置，其特征在于，所述缝隙被取向为基本平行于所述中心衬底轴。
34.如权利要求25所述的装置，其特征在于，进一步包括环绕所述中心衬底轴并且覆盖所述膜背离所述衬底之侧的弹性体鞘。
35.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述装置是圆柱形的，其直径适合用作要被插入受检者的胃肠道中的器械。
36.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述装置的所述传感器区的总面积至少约为1平方英寸。
37.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述多个膜电极被设置在所述膜的面朝所述衬底之侧上。
38.如权利要求16所述的装置，其特征在于，进一步包括毗邻所述膜的背离所述衬底之侧的弹性体盖。
39.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述膜包括聚酰亚胺和/或聚对苯二甲酸乙二醇酯。
40.一种操作电容性多维传感装置的方法，所述方法包括：提供多维阵列电容性传感装置，其包括：
具有多个衬底电极的衬底；
具有多个膜电极的膜，其中所述衬底电极里至少两个之中的每一个与所述多个膜电极里一个以上的膜电极交叉，所述膜电极与所述衬底电极的交叉形成多维电容器阵列；以及具有对应于多个传感器区的开放部分的分隔层；
通过以第一压力使对应于第一的第一膜部分伸展来使所述第一膜部分朝着所述衬底挠曲，同时使对应于毗邻传感器区的膜部分与所述第一膜部分的挠曲隔绝开；并且测量衬底电极与膜电极之间的电容与所述第一膜部分的所述挠曲对应的改变。
41.如权利要求40所述的方法，其特征在于，进一步包括：在用所述第一压力使所述第一膜部分挠曲的同时，通过用第二压力使对应于第二传感器区的第二膜部分伸展来使所述第二膜部分朝着所述衬底挠曲，同时使对应于毗邻传感器区的膜部分与所述第二压力机械地隔绝开；以及测量衬底电极与膜电极之间的电容与所述第二膜部分的所述挠曲对应的改变。
说明书 :
使用领域
本发明的实施例针对电容性二维压力传感阵列。
背景
压力传感阵列可用来测量空间压力分布。一些压力传感阵列纳入测量施加于表面的外部压力的传感器，其手段是电容性地将所施加的压力联系到电信号。一些电容性压力传感器检测施加于外导体的压力，其手段是测量由顺应性层分隔的外导体与内导体之间的电容的改变。因向外导体施加压力致使内导体与外导体之间的分隔发生改变，故顺应性的非流体分隔层收缩，进而改变内导体与外导体之间的电容。
不同形式的电容性压力传感器采用使外导体悬在内导体之上的膜，其中外导体和内导体由缺口分隔。半导体和/或微机电系统(MEMS)加工技术已被用来制作称为“悬式膜挠曲”传感器的这些类型的压力传感器。通过蚀刻和沉积材料，就能形成与衬底导体分隔有缺口的导电性膜。此类传感器通过测量由缺口的大小的改变引起的膜导体与衬底导体之间电容的改变来检测外部压力，而缺口大小的改变是随着压力被施加于膜而改变的。
概要
本发明涉及一种用于电容性地传感力或压力的装置，该装置纳入多维电容性传感元件阵列。相应地，在本发明的一些实施例中，提供了一种制作电容性多维传感装置的方法。该方法包括提供具有多个伸长的衬底电极的衬底、分隔层、以及具有多个伸长的膜电极的膜。此分隔层包括一个或更多个分隔件以及一个或更多个开放部分。该方法进一步包括使膜相对于衬底来取向，以使得这多个伸长的膜电极里至少两个之中的每一个与这多个衬底电极里至少两个之中的每一个交叉，从而形成在每个交叉处具有电容性元件的多维电容性元件阵列。将衬底取向为使得分隔层的开放部分与这些电容性元件对齐。该方法还包括使分隔层贴附到膜。
在本发明的其他实施例中，提供了一种用于电容性地测量多维区域之上的力或压力的装置。该装置包括具有多个伸长的衬底电极的衬底、具有多个伸长的膜电极的膜、以及具有一个或更多个分隔件的分隔层。该分隔层固定地连接并分隔衬底与膜。膜被配置成响应于所施加的压力而挠曲。膜和衬底被取向为使得这多个膜电极里至少两个之中的每一个与这多个衬底电极里至少两个之中的每一个交叉，从而形成在每个交叉处具有电容性元件的多维电容性元件阵列。这多个分隔件形成该装置的多个传感器区。每个传感器区包括至少一个电容性元件，并且每个传感器区的膜部分与每个毗邻传感器区的膜部分机械地解耦。
在本发明的其他实施例中，提供了一种操作电容性多维传感装置的方法。该方法包括提供电容性多维传感装置。该装置具有衬底和膜，其中衬底具有多个衬底电极，而膜具有多个膜电极。这些衬底电极里至少两个之中的每一个与这多个膜电极里一个以上的膜电极交叉，从而形成在每个交叉处具有电容性元件的多维电容性元件阵列。该装置还包括具有与多个传感器区对应的开放部分的分隔层。
该方法还包括通过以第一压力使对应于第一传感器区的第一膜部分伸展来使该第一膜部分朝着衬底挠曲，同时在至少一个方向上使对应于毗邻传感器区的膜部分与第一膜部分的挠曲机械地隔绝。该方法还包括测量衬底电极与膜电极之间的电容与第一膜部分的挠曲对应的改变。
附图简要描述
当结合附图考虑以下详细描述时，本发明的其他优点、新颖特征以及目的及其方面和实施例将变得明了，附图是示意性的且并非旨在按比例绘制。在图中，在各图中解说的每个相同或几乎相同的组件由单个标号表示。为清楚起见，在并非需要解说才能允许本领域普通技术人员理解本发明的场合，不是每个图中的每个组件都被标示，也不是本发明的每个实施例或方面的每个组件都被示出。
图1A概略地描绘根据本发明一实施例的示例性电容性二维传感装置的平面视图；
图1B概略地描绘图1A中所示的该二维传感阵列的局部的侧截面视图；
图2A是作为图1A和1B中所描绘的该二维传感装置的组件的衬底、膜和分隔件的分解概略平面视图；
图2B概略地描绘根据本发明一些实施例的分隔件贴附到衬底的平面视图；
图2C概略地描绘根据本发明其他实施例的具有弹性体覆盖物的示例性电容性二维传感装置的平面视图；
图3A概略地描绘根据本发明其他实施例的电容性二维传感装置的侧截面视图，该电容性二维传感装置具有在与衬底一体的支承元件之间包括有粘性元件的分隔件；
图3B概略地描绘根据本发明其他实施例的传感阵列装置的侧截面视图，该传感阵列装置具有包括粘性元件和与衬底一体的支承元件的分隔件；
图3C概略地描绘根据本发明其他实施例的电容性二维传感装置的侧截面视图，该电容性二维传感装置的膜贴附到与衬底一体的支承元件；
图3D概略地描绘根据本发明其他实施例的电容性二维传感装置的侧截面视图，该电容性二维传感装置的每个分隔件包括毗邻粘性元件的刚性隔片；
图4A概略地描绘根据本发明其他实施例的电容性二维传感装置的平面视图，该电容性二维传感装置的分隔件取向成与衬底电极的取向平行；
图4B概略地描绘根据本发明其他实施例的电容性二维传感装置的平面视图，该电容性二维传感装置与图4A中所描绘的装置相比，分隔件的空间频率更大；
图4C概略地描绘根据本发明其他实施例的电容性二维传感装置的平面视图，该电容性二维传感装置具有形成二维传感器区阵列的分隔层；
图4D概略地描绘图4C中所示的装置的分隔层的平面视图；
图5A概略地描绘根据本发明其他实施例的电容性二维传感装置的平面视图，该电容性二维传感装置的膜具有与膜电极平行对齐的多个连续的缝隙；
图5B概略地描绘根据本发明其他实施例的电容性二维传感装置的平面视图，该电容性二维传感装置的膜具有与膜电极平行对齐的多个分段的缝隙；
图5C概略地描绘根据本发明其他实施例的电容性二维传感装置的平面视图，该电容性二维传感装置的膜具有与膜电极垂直对齐的多个分段的缝隙；
图6A概略地描绘根据本发明其他实施例的圆柱形多维电容性传感装置的侧视图，该圆柱形多维电容性传感装置包括卷绕有柔性矩形膜的圆柱形衬底；
图6B概略地描绘图6A中所示的圆柱形多维电容性传感装置的轴向端视图；
图7A概略地描绘根据本发明的一些实施例的从衬底脱离后展平的膜的平面图；
图7C是图7A中描绘的膜的局部的放大平面图；
图8A概略地描绘根据本发明一些实施例的圆柱形衬底的侧视图；
图8B是图8A中所示的圆柱形衬底的概略放大细节视图；
图9是根据本发明的一些实施例的贴附有膜的圆柱形衬底的概略放大截面视图；
图10是示出根据本发明的一些实施例构造的膜电极以及取向成与膜电极平行的分段缝隙的膜的平面图；
图11A示出根据本发明的一些实施例构造的包括搭载在具有连接布线的手柄上的圆柱形传感器阵列的探针的立体视图；
图11B示出图11A中所示的探针的立体图，该探针具有根据本发明的一些实施例构造的拟合该阵列外观的薄弹性体套管；
图12是根据本发明的其他实施例的制作电容性多维传感装置的方法的流程图；
图13是根据本发明的其他实施例的使用电容性多维传感装置的方法的流程图。
详细描述
发明人已认识并领会，纳入顺应性分隔层的宏观压力传感器在测量的可重复性方面会显现出问题，因为施加的相同压力由于顺应性分隔层的机械性质上的改变故而可能并不总是导致相同的挠曲。顺应性分隔层的机械性质可能是温度及其他环境条件的函数和/或可能会随该层的年龄或其形变的历史而改变。
发明人也已认识到，基于硅的加工并不十分适合制作必须覆盖很大(宏观)区域的悬式膜挠曲压力传感阵列。进一步，一些应用需要覆盖弯曲表面的压力传感阵列，而这与基于硅的加工一般是不可兼容的。
根据本发明的一些实施例，示例性的电容性多维压力传感装置与采用顺应性层的可对照电容性传感阵列相比显现出改善的压力测量可重复性以及较少的热敏性。示例性的电容性多维压力传感装置可以具有比一些顺应性分隔层设计更低的生产成本，因为示例性装置可能更容易大规模生产。
一些示例性电容性多维压力传感装置可以至少部分地使用柔性电路类型的工艺来制作，与传统的基于硅的加工技术不同，柔性电路类型的工艺允许传感设备能被卷绕在弯曲的或其他非平坦表面上。一些示例性电容性多维压力传感装置可以具有覆盖单个衬底的宏观上很大的区域的传感阵列，而这在传统的基于硅的加工技术下可能是昂贵到令人却步的。
本发明的实施例提供具有多维电容性传感元件阵列的宏电容性压力传感装置、制作该装置的方法以及操作该装置的方法。该装置可以具有例如二维的传感元件阵列。这些电容性传感元件在本文中也可被称为电容性元件或传感器单元。该装置包括衬底、膜、以及分隔衬底与膜的分隔层。
该衬底具有多个伸长的衬底电极，并且该膜支承多个膜电极。在组装此传感装置时，可使膜取向为使得这些膜电极交越或交叉衬底电极。分隔层包括一个或更多个分隔件，它们使膜离开衬底。结果，衬底电极与膜电极的每个交叉便形成电容性元件。膜为聚合物或其他合适的材料，以使得随着正的外部压力被施加于该膜，该膜便伸展从而朝着刚性或半刚性衬底挠曲陷入分隔层中的缺口。当压力被移除时，膜便返回到其原始位置。
可在这些电容性元件之间提供机械解耦。结果，如果使第一传感器区与第二毗邻传感器区机械解耦，那么仅向膜的对应于第一传感器区的部分施加的压力就将不会致使膜的对应于第二传感器区域的部分发生实质性的挠曲或是张力上的改变。机械解耦可通过将膜贴附到分隔件来提供。这一个或更多个分隔件可被定位成至少部分地对电容性传感元件进行限界以形成传感器区，其中每个传感器区包括至少一个电容性元件。通过将膜贴附到分隔件，毗邻传感器区之间的分隔件就使膜的对应于每个毗邻传感器区的部分机械解耦。替换地或补充地，通过在膜中要被解耦的传感器区之间的地方形成缝隙，也能在传感器元件之间提供机械分隔。
膜中的缝隙还可通过增加每个传感器区的膜部分中因施加的压力而导致的膜挠曲来增加该装置的灵敏性。
通过恰适地选择材料和构造，就使衬底电极与膜电极的交叉处的“缺口高度”或“缺口间距”是施加于此交叉处的膜的压力的可重复函数。交叉处的缺口高度或缺口间距与交叉的电极之间的电容有关。结果，施加于交叉处的膜的压力就可从此交叉的测得电容来确定。由此，当这多个膜电极和这多个衬底电极用能测量膜电极与衬底电极的每个交叉处的电容的电子器件连接时，该装置就提供电容性压力传感器阵列。
在一些实施例中，衬底和膜可以是基本平面的。在其他实施例中，该装置可以是圆柱的，具有圆柱形的衬底。这多个衬底电极可以环绕圆柱形衬底，并且这多个膜电极可以与衬底的纵轴平行地延伸。在其他实施例中，衬底可具有各种形状，因为本发明在此方面并不受到限定。通过图案化柔性电路并将该柔性电路图案化成具有被成形并定位为形成膜电极的导体的方式来制作膜，就允许将此传感装置形成为各种各样的形状。不仅如此，以此方式来制作会比生产传统的基于硅的电容性压力传感阵列或其他已知的传感器阵列设计更为经济。
例如，圆柱形压力传感阵列已在能动性视觉化系统(MVS)导管中被使用。可将MVS导管插入到受检者的胃肠道(GI)中以测量括约肌压力。如本领域中所知的，可供对人类受检者使用的典型MVS导管可能需要长度约4-20英寸之间并且圆周长约0.25-2英寸的宏规模压力传感阵列。对采用分立压力传感器阵列的MVS导管的描述出现在题为“HIGH RESOLUTION SOLIDSTATE PRESSURE SENSOR(高分辨率固态压力传感器)”的共同待审的美国专利申请No.10/961,981(作为US 2005/0148884A1公布)中，其全部内容藉援引被纳入于此。如本文中那样制作的压力传感器阵列可用在这些及其他应用中。
一些具有足够大的传感阵列的圆柱形状的示例性宏电容性多维压力传感装置可用于测量胃肠道(GI)中的括约肌压力。其他圆柱形宏电容性压力传感装置可被纳入到测压探针中。
尽管本发明的方面在下面主要是关于压力传感来描述的，但是本领域普通技术人员知道，压力是施加于区域之上的力。由此，同样的装置可被用来测量力和/或压力。
图1A和1B概略地解说根据本发明的实施例的电容性二维压力传感装置。装置10包括衬底20、膜30以及分隔衬底20与膜30的分隔层50。衬底20可由刚性或半刚性材料形成。正如本文中所使用的，术语“非顺应性”材料是指刚性材料、半刚性材料、或者刚性与半刚性材料的组合。在一些实施例中，衬底20由能被机械加工、铸造和/或模塑的材料制成，诸如金属、硬塑料等等。
多个伸长的衬底电极25可由衬底20支承。在一些实施例中，衬底电极25可被沉积在衬底20上，贴附到衬底20、和/或形成在衬底20中，或以任何其他合适的方式或配置来形成，因为本发明在此方面并不受到限定。对于衬底由导电材料形成的实施例，可以使用非导电材料来将电极与衬底的导电部分分隔，诸如通过在衬底之上至少那些要支承衬底电极的区中设涂层来实现。合适的非导电材料包括电介质。
膜30可被配置成因响应于施加于膜30的力或压力发生伸展而挠曲。可使膜30贴附到分隔层50并由其支承。可将分隔层50贴附到衬底20或可使分隔层50与衬底20一体。分隔层50可包括各自被贴附到膜30的一个或更多个分隔件52以及形成“缺口”的多个开放部分51。分隔件52可形成定位在毗邻分隔件52之间的多个传感器区60。
多个伸长的膜电极35可由膜30支承。在一些实施例中，膜电极35可被沉积在膜30上、贴附到膜30、或形成在膜30中。在一些实施例中，膜电极35可被沉积在膜30的面朝衬底20之侧上，正如所描绘的那样。在其他实施例中，膜电极35可被沉积在膜30的面朝背离衬底20之侧上，可延伸贯穿膜30的厚度和/或可被包夹在多层式膜的其他膜层30之间。例如，膜电极35可通过使用已知的柔性电路制作技术在柔性衬底上图案化出导电层来形成。然而，可以使用任何合适的制作技术，因为本发明在此方面并不受到限定。
电容性元件40形成在这多个衬底电极中的衬底电极25与这多个膜电极中的膜电极35交叉之处。传感器电极25与膜电极35的交叉形成多维电容器元件阵列40。如本领域技术人员所明了的，基于几何，至少两个衬底电极25中的每一个必须与至少两个膜电极35中的每一个交叉以形成多维电容性元件阵列40。在一些实施例中，每个衬底电极25与每个膜电极35交叉，正如图1A和1B中所描绘的。然而，不是每一个衬底电极25都需要与每一个膜电极35交叉，只要形成多维电容性元件阵列40即可，因为本发明在此方面并不受到限定。
如将为本领域技术人员所明了的，术语“交叉”正如本文中用来描述电极那样，是指膜电极交迭或交越衬底电极并且从某些视界角看起来与衬底电极“交叉”，反之亦然，正如图1A中所示那样。然而，从其他视界角来看，衬底电极25和膜电极35看起来可能并不交叉，因为它们由缺口所分隔并且并不物理接触。
图1B是图1A中所描绘的装置10的局部的截面视图，其解说了施加的压力Pb如何减小衬底电极25与膜电极35之间的距离hb从而导致电容增大。分隔层50支承膜30并保持衬底电极25与膜电极35之间有标称距离(缺口高度)h0。尽管正如能看到的那样，分隔层50不是实心层。确切而言，分隔层50包括多个分隔件52a、52b、52c，它们之间具有空间，如此使得膜可藉由贴附于诸如分隔件52a、52b、52c之类的构件而被悬在这些空间之上。但是，在其他实施例中，分隔层50可具有包括一个或更多个开放空间的分隔件，因为本发明在此方面并不受到限定。
分隔件52a、52b、52c可用任何合适的方式形成。在一些实施例中，分隔层50的分隔件52a、52b、52c被贴附到衬底20，正如所描绘的那样。在其他实施例中，分隔件52a、52b、52c可与衬底20一体。分隔层50的分隔件52a、52b、52c被贴附到膜30。
分隔件52a、52b、52c与膜30之间的贴附确保在施加的力或压力Pb之下的膜挠曲主要因为膜30的伸展而发生。如果膜30没有被贴附到分隔件52a、52b、52c，那么膜30可能会关于分隔件52a、52b、52c滑移或滑动，这会导致在施加的压力Pb发生改变的情况下产生不想要的机械滞后。
分隔件52a、52b、52c之间或分隔件内的缺口或开放部分51a、51b、51c可由空气或其他气体占据。但是，在一些实施例中，缺口可由液体或其他合适的介质来填充。合适介质的示例包括但并不被限定于空气、氮气、电介质液体、等等。
图1B还解说了分隔件52a、52b、52c如何机械地隔绝毗邻传感器区60a、60b、60c之间的膜挠曲。正如上面所描述的，膜30被贴附到分隔件52a、52b、52c并由其支承，分隔件52a、52b、52c将膜分成膜部分30a、30b、30c等等。当压力Pb被施加于传感器区60b中的膜部分30b时，压力Pb使膜部分30b伸展，从而使其朝着衬底20挠曲。此伸展减小了分隔膜部分30b和衬底20的缺口的高度hb。缺口高度hb的减小增大了传感器区60b中衬底电极与膜电极之间的电容。正如由图1B所解说的，因为传感器区60b中的膜部分30b被固定地贴附在隔片52b和52c处，因此传感器区60a和60c中的毗邻膜部分30a、30c不会响应于压力Pb而挠曲。
图2A解说示例性装置10的组件的分解视图。这些组件包括具有伸长的衬底电极25的衬底20、具有伸长的膜电极35的膜30、以及具有分隔件52的分隔层50。
在一些实施例中，衬底20可以是平面的，正如所示的那样。在其他实施例中，衬底20可以是弯曲的或可具有不同的三维配置，因为本发明在此方面并不受到限定。衬底20可以正如所示那样是矩形的；尽管在其他实施例中衬底20可具有其他形状，因为本发明在此方面并不受到限定。例如，下面关于图6A和6B描绘并在描述了圆柱形衬底。
在一些实施例中，衬底电极25可以彼此基本平行，正如所示那样。在其他实施例中，衬底电极25中可以仅有一些彼此基本平行，或者衬底电极25中可以没有哪个彼此基本平行，因为本发明在此方面并不受到限定。例如，衬底电极25可被配置为平行的导电条带。在一些实施例中，衬底电极25可以是矩形的，正如所示那样；然而，其他实施例可包括具有其他形状的衬底电极25，因为本发明在此方面并不受到限定。
类似地，在一些实施例中，膜电极35可彼此基本平行，正如所示那样。在其他实施例中，膜电极35中可以仅有一些彼此基本平行，或者膜电极35中可以没有哪个彼此基本平行，因为本发明在此方面并不受到限定。在一些实施例中，膜电极35可以是矩形的，正如所示那样；然而，其他实施例可包括具有其他形状的膜电极35，因为本发明在此方面并不受到限定。
在一些实施例中，每个衬底电极25具有电连接27，正如所示那样。类似地，在一些实施例中，每个膜电极35可具有电连接37，正如所示那样。电连接27和37允许电信号被施加于电极对25、35。使用已知的电容测量技术或任何其他合适的测量，在相同电极对上测得的电输出能用来确定该电极对之间的电容。正如上面所描述的，电极25、35之间的电容是这些电极处膜30的挠曲的函数，并且膜30的挠曲是压力的函数。由此，电连接27和37使得能够使用装置10来对位置阵列作出压力测量。
在所解说的实施例中，膜30可使用柔性电路制造技术来制作。电极35以及去往那些电极的连接37可作为该柔性电路制作的一部分来形成。
在所描绘的实施例中，分隔件52被示为与膜电极35平行走向的伸长条带。分隔件52还被示为具有大约有膜电极35之间的距离的间隔。但是，无论此取向还是此间隔都不是对本发明的限定，并且可以使用任何合适的取向或间隔。
分隔件52可用任何合适的材料形成。在所解说的实施例中，在图2A中，分隔件52可由粘性材料形成或涂覆有粘性材料，以允许贴附到衬底20和膜30。合适材料的示例是未经固化的或部分固化的环氧树脂条带。然而，可使用任何合适的材料来涂覆和/或形成分隔件52。
图2B描绘贴附有分隔层50的衬底20。这样的结构可根据在衬底20上形成分隔层50、然后将膜30贴附到分隔层50的工艺来形成。
分隔层50的分隔件52可藉由任何合适的工艺或手段被贴附到衬底20和/或膜30，包括但并不被限定于：粘附、接合、贴附、机械固定、焊接、等等。保持分隔层50的受控高度h0(参见图1B)对于保持电容和施加的压力之间合意的关系并且在由衬底电极25与膜电极35的交叉区形成的电容性元件40间具有均匀的响应而言可能是重要的。在一些实施例中，对高度的这种控制可藉由对分隔层50中的分隔件52使用环氧树脂条带来实行，其中环氧树脂在接合处理期间厚度上具有很小或可预测的改变。尽管在其他实施例中，填充物或其他构件可被纳入到基质中。作为具体示例，分隔件52可由含有诸如玻璃珠之类的间隔粒料的环氧树脂形成。
替换地或补充地，可使用夹具、卡具或其他制作技术来使衬底20和膜30在该装置的组件正被组装时保持在合意位置。例如，可在环氧数字接合操作期间将诸如合意缺口厚度h0的条带之类的临时隔片安装在环氧树脂条带之间，然后在衬底20、分隔层50和膜30已被耦合之后将其移除。在一些实施例中，这些临时隔片可由具有高熔融温度的材料形成，以抵抗接合处理期间的熔融。在一些实施例中，这些临时隔片可由具有低摩擦系数的材料形成以便易于移除。例如，可使用特富龙(teflon)条带作为临时隔片。这些及其他类似的技术允许能控制分隔高度，而该分隔高度原本在接合处理期间当分隔层50可能被放置在压缩负荷下时可能会受到不利的影响。
图2C概略地描绘弹性体外层80，其可被敷设于膜30之上以保护装置10不受诸如微粒、液体或蒸汽之类的介质的污染。而且，该弹性体外层80将装置外面的流体(即，气体或液体)与膜30与衬底20之间的缺口内的流体(即，气体或液体)分隔开，这在膜30包括如以下关于图5A到5C所描述的缝隙时可能是可取的。弹性体外层80可以是装置10的永久性部件，或者弹性体外层80可以是可移除并可更换的。在一些实施例中，弹性体外层80可以如下面关于图11B所述那样是覆盖被纳入到探针中的圆柱形装置110的鞘。在一些实施例中，贴附到膜30的弹性体层80以及一次性鞘两者均可被采用。
在图2A和2B中，分隔层50被形成为与衬底20和膜30两者均是分开的。然而，这样的制作过程并非是必需的，因为根据本发明的实施例，分隔层50可以与衬底20一体、沉积在衬底20上、与膜30形成在一起、等等。图3A-3D概略地解说装置10的其他实施例的侧截面视图，其示出分隔层的不同配置。图3A-3D图解分隔层50无需与衬底20和膜30分开。在一些实施例中，分隔层的部分或全部与衬底一体，正如图3A、3B和3C中所示。
图3A-3D还图解分隔层50的分隔件52无需是既将膜30与衬底20分隔又将膜30紧固到衬底20的单个元件。在一些实施例中，每个分隔件可包括隔片元件和粘性元件，正如图3A、3B和3D中所示。在图3A-3D中的每一图里，描绘了向中心传感器区60b施加压力Pb从而引起中心膜部分30b伸展并朝着衬底挠曲的示例操作条件。
在图3A中，根据本发明的实施例，衬底21被成形为提供控制缺口的未挠曲高度的双“肋型”特征。每个分隔件72包括设置在与衬底21一体的两条“肋”72a形式的隔片元件之间的粘性元件72b。这两条肋72a可以被机械加工在衬底21中或以任何其他合适的方式来形成。粘性元件72b使用任何合适的工艺或手段被贴附到衬底21和膜30，包括但并不被限定于：粘附、接合、贴附、机械固定、焊接、等等。
在图3B中，根据本发明的其他实施例，衬底22被成形为提供控制缺口的未挠曲高度的单“肋型”特征。每个分隔件74可包括与衬底22一体的肋74b以及贴附到膜30和衬底22的粘性元件74b，正如所描绘的那样。
在图3C中，根据本发明的其他实施例，每个分隔件是与衬底23一体的肋76。肋76控制缺口的未挠曲高度，并被贴附到膜30。图3A到3C中所描绘的纳入一体的“肋”特征的实施例在衬底制作期间能精确控制肋高度的情况下就能提供精确的缺口高度。
在图3D中，根据本发明的另一个实施例，每个分隔件78包括隔片元件78a和粘性元件78b。由于隔片元件78a不需要是粘性的，因此它们可由塑料、金属或任何其他合适的材料形成，并能在粘性元件被贴附到或衬底24或膜30的或前或后被紧固到粘性元件78b。在一些实施例中，隔片元件78a可与粘性元件78b具有相同的截面宽度以及高度，正如所描绘的那样。但是，在其他实施例中，隔片元件78a可具有与粘性元件78b不同的宽度和/或隔片元件78a可具有比粘性元件78b更大的高度。
图4A到4D概略地描绘根据本发明的其他实施例的具有不同分隔层配置的装置。在一些实施例中，分隔件54是伸长的，如此使得膜电极35与衬底电极25之间有一个以上的交叉位于毗邻分隔件54之间，从而在每个传感器区60中形成一个以上的电容性元件40，正如图4A中所示。
在一些实施例中，分隔件52可被取向为平行于膜电极35，正如图2B中所示并在上面描述的那样。在一些实施例中，分隔件54可被取向为平行于衬底电极25，正如图4A中所示那样。在其他实施例中，分隔件可以不取向为平行于衬底电极25或膜电极35，因为本发明在此方面并不受到限定。
在一些实施例中，毗邻分隔件54可按与电极大致相同的节距被间隔开，以使得毗邻分隔件54由衬底电极25分隔，正如图4A中所示那样。在其他实施例中，分隔件56a、56b可以比每衬底电极25一个更大的空间频率来设位。例如，在图4B中，一些分隔件56b设在衬底电极25之间，而一些分隔件56b设在衬底电极25上。
尽管上面描绘的实施例包括“类条带”的分隔件是平行的并且或在膜电极35或在衬底电极25之间，但是许多其他的配置落在本发明的范围内。其他配置的示例包括但并不被限定于：由分隔件方格框定衬底电极25与膜电极35的每个交叉、由分隔件的方格或条带以与衬底电极25成某个偏角和/或与膜电极35成某个偏角、等等。
如上面所讨论的，将膜30紧固到分隔件54是通过使一个传感器区60的膜部分与毗邻传感器区26的膜部分机械解耦来减少或消除毗邻毗邻传感器区60之间的机械互耦的一种机制。在含有多个电容性传感元件40的传感器区60内，由于分隔件52的配置，可使电容性传感元件40与至少一个方向上的毗邻电容性传感元件40机械解耦，尽管其并没有与不同方向上的毗邻电容性传感元件40机械解耦。
在一些实施例中，一个或更多个分隔件可形成多维传感器区阵列60。图4C和4D解说根据本发明的一些实施例的分隔衬底172和膜174从而形成二维的传感器区180aa、180ab、180ba、……阵列的栅格形分隔层176。正如所描绘的，分隔层176可由诸如分隔件177之类的单个构件形成。但是，分隔层176可包括许多构件，其合而形成栅格形的分隔层176。
在所解说的实施例中，分隔层176被形成为栅格，其中该栅格的每个方格包封具有单个电容性传感元件的传感器区。正如所图解的，每个传感器区180aa、180ab、180ba、……包括形成在膜电极175与衬底电极173的交叉处的一个电容性传感元件179aa、179ab、179ba、……。但是，在其他实施例中，即使是在分隔层176被形成为栅格时，每个传感器区180aa、180ab、180ba、……也可包括一个以上电容性传感元件179aa、179ab、179ba、……，因为本发明在这一方面并不受到限定。
在其他实施例中，一种装置还可包括缝隙，其也能解耦毗邻传感器区。图5A-5C解说各自包括具有多个缝隙的膜的示例性装置。缝隙100a、100b、……允许减少或消除施加的诸如压力或力之类的负荷中的机械互耦。即，如果在缝隙100b的一侧上的传感器区60ab处施加负荷，那么结果所得的膜挠曲以及膜张力上的增加被很大程度上隔绝于传感器区60ab而不会跨过缝隙100b传播到毗邻传感器区域60aa。例如，图5A中的装置94具有与衬底电极25平行的分隔件57a、57b、……以及与分隔件57a、57b垂直的连续缝隙100a、100b……。传感器区60aa由分隔件57b与传感器区域60ba机械隔绝，并由缝隙100b与传感器区域60ab机械隔绝。这些缝隙100还可用于控制膜31的有效“硬度”。即，它们能使膜31的伸展限于主要在如由箭头105所示的在毗邻分隔条带之间的方向上，而不是双向的。使伸展限于沿一个方向这种做法也能经由膜在给定的施加的压力下挠曲程度的增加来增加电容性元件的灵敏度。灵敏性上的这种增加对于环形弯曲表面尤为明显，其中膜的环箍硬化因而减小。具有环形或弯曲表面的装置在下面关于图6A到11B来详细描述。
图5B概略地解说根据本发明其他实施例的膜33具有二维缝隙阵列104的装置98。这些缝隙104被取向为平行于膜电极35的取向并垂直于分隔件58的取向。
图5C概略地解说根据本发明其他实施例的二维缝隙阵列102且其取向垂直于膜电极36的取向的装置96。这些缝隙102垂直于分隔件59并垂直于膜电极36。在所解说的实施例中，个体的缝隙102并不延伸贯穿膜电极36的整个宽度WE，从而允许膜电极36沿其长度保持电收缩。
示例#1
根据与图5B类似的构造构建了8x8格式的示例性平面传感器阵列，其中非连续缝隙取向为平行于膜电极和弹性体外层。相对于标示为常规换能器(1)和混合式换能器(2)的两个具有较常规的弹性体分隔机制的传感器来测试该平面传感器阵列。常规换能器(1)和混合式换能器(2)两者均采用分隔对电极的顺应性分隔条带。在常规换能器(1)和混合式换能器(2)中，压力致使顺应性分隔条带压缩，这减少了对电极之间的间隔。与此相对，在示例性的平面传感器阵列中，对电极之间的间隔因施加于膜的压力而改变，该压力使膜伸展，令其挠曲陷入缺口。对示例性平面传感器阵列的测试、以及对采用顺应性分隔条带的常规和混合式传感器阵列的测试的结果在表1中给出。示例性设计(3)在基线可重复性上相对于常规换能器(1)和混合式换能器(2)提供约3x的改善。示例性设计(3)相对于较常规的器件(1)和(2)提供了热稳定性上10x到50x的改善以及灵敏性上2x的改善。
表1.第I阶段下对可供用在HD-MVS探针中的触觉阵列圆形的构造和测试
换能器构造方法 描述 基线可重复性 (mmHg) 热稳定性 (mmHg) 灵敏性 (mV/mmHg) 1.常规 顺应性分隔条带没有与电极条带 对齐 4.3，(σ＝0.3) -36.7， (σ＝16.5) 3.5 2.混合式-热 优化的 同上，除了顺应性分隔条带被放置 在电极条带之间 5.3，(σ＝0.4) -10.3， (σ＝5.9) 3.1 3.具有悬式空 气缺口的膜 基底与混合式相同。上部膜电极刚 性悬挂，其几何构造避免电容性空 气缺口。传感电极用为机械解耦而 切割出的缝隙预加张力。 1.8，(σ＝1.3) 0.8， (σ＝1.6) 6.3
在其他示例性实施例中，一种装置可具有圆柱形状因数。关于图6A到11B示出并描述了根据本发明方面的圆柱形电容性压力传感阵列装置110的膜130、分隔结构152以及电互联(例如，衬底电极125、膜电极135和连接137)的详情。
图6A概略地描绘圆柱形装置110的侧视图而图6B概略地描绘其轴向视图。正如图6B的轴向视图中所示的，圆柱形装置110包括卷绕圆柱形衬底120的柔性膜130。图7A的表面视图示出该柔性膜130可包括取向为平行于圆柱形装置110的轴121的缝隙106。
图7A概略地描述展平的矩形膜130在其卷绕圆柱形衬底120之前的平面视图。膜电极135可被取向为平行于圆柱形衬底120的轴121，正如图7A和7B所示。在一些实施例中，膜电极135是沉积在膜上的导电金属膜，无论其是通过图案化金属涂覆还是以任何其他合适的方式来沉积。正如由图7B中所示的膜130的细节131所概略地描绘的那样，膜130的缝隙106可被取向为平行于膜电极135。缝隙106可以是非连续的并被间隔成位于圆柱形衬底120的间隔件之间。膜130可包括将膜电极135连接到其他电组件的连接137。
膜130和膜电极135可用柔性电路类型的工艺来形成。如本领域技术人员所知，柔性电路类型的工艺包括在诸如聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯或其他合适的聚合物之类的柔性材料上沉积导电膜。
如由图8A所解说的，衬底可具有任何合适的形状。例如，衬底120可以是圆柱形管，其中圆周的衬底电极125和圆周的环分隔件152沿管的轴121纵向设置，正如图8A到9中所示那样。衬底120可用任何合适的方式来形成，诸如通过机械加工、铸造、模压等等。例如，衬底120可以由机械加工成合意形状的金属管形成，其中金属上覆盖有介电层。在一些实施例中，合意形状可包括作为环分隔件152的一部分的肋153，正如图9中所示那样。
在一些实施例中，圆柱形衬底120基本上由衬底电极125环绕，衬底电极125被取向为与膜电极135大致垂直，正如图8A中所描述的那样。每个衬底电极125可被沉积在衬底120上在毗邻环分隔件152之间的地方，以使得衬底电极大体呈环形。
不管衬底的配置如何，上面描述的制作技术中的一些或全部可用来形成电容性阵列传感器。正如由图6A和8A所解说的那样，环绕衬底120的环分隔件152被取向为沿圆柱形装置110轴向地机械解耦毗邻传感器区域160aa、160ba。膜130的缝隙106被取向为绕圆柱形装置110方位角地机械解耦毗邻传感器区域160aa、160ab。
图9中的衬底120和膜130的细节截面视图进一步解说分隔件152。尽管所描绘的分隔件152各自包括处在两条肋153之间的粘性元件154，但是分隔件152的其他配置也可以采用，因为本发明在此方面并不受到限定。但是，这些示例仅仅是解说性的，并且可以形成任何合适形状的非顺应性或最低限度顺应性的分隔件。
图8B中衬底120的细节平面视图和图9中衬底和膜的细节侧截面视图两者均进一步解说衬底电极125a、125b、125c以及示例性实施例的其他方面。
正如所解说的，分隔件152不一定需要具有垂直于衬底表面的壁。在此，分隔件部分是通过在衬底120的表面中机械加工出凹槽162a、162b、162c来形成的。在一些实施例中，可在凹槽162a、162b、162c的底部沉积一个或更多个绝缘层。可在这些绝缘层上设置衬底电极125a、125b、125c。
在一些实施例中，圆柱形衬底120可以是管状的，并具有衬底內腔120c。此管可具有外壁，外壁包括孔122、122a、122b、122c，用于从衬底內腔120c内触及衬底电极125a、125b、125c。可将承载电信号往来于衬底电极的连线路由通过该內腔。
诸如通过连线123a、123b、123c之类去往衬底电极125a、125b、125c的电连接可延伸贯穿孔122a、122b、122c。连线123a、123b、123c可以是布线线束的一部分。设置在衬底內腔之内的布线线束可具有多个接点，各自延伸贯穿孔到达衬底电极125a、125b、125c。
在一些实施例中，布线线束可被实现为柔性电路或使用其他类似的合适制作技术。接点可以是从柔性电路延伸出去的接头片。可通过锡焊或其他方式在接头片与电极之间作出电连接来作出通过孔到达衬底电极的连接。
作为具体示例，可将金属管机械加工成具有槽。这些槽的壁可形成分隔件元件，并且可在槽的底部上形成电极。电极可通过首先在金属之上沉积绝缘层、然后按与衬底电极对应的图案沉积一个或更多个导电层来形成。作为具体示例，这些导电层可包括镍层，其中镍之上有金层。
如上所描述地形成的探针对该探针上的弯曲和剪切负荷不敏感。对刚性或贴附的分隔层的圆周环以及衬底本身的刚性的利用使得膜挠曲对探针上的弯曲和剪切负荷不敏感。
示例#2
使用图6A到8B中描绘的圆柱形装置传感器设计构建了具有16×16圆柱形传感器阵列的探针。衬底包括涂覆有电介质材料并被电镀以实现导电电极环的圆柱形金属构件。图10示出该探针的在被敷设于探针的圆柱形金属构件之前展平的膜164。展平的膜包括轴向地取向的条带形式的面朝圆柱形构件的膜电极166、以及取向为平行于这些电极的缝隙168。图11A示出探针160以及将衬底电极和膜电极与探针160外界的电子器件连接的布线。图11B示出具有拟合传感器装置外观的薄弹性体鞘164的探针160。
正如图11A中所示，传感器阵列的大小可在宏规模上为需要覆盖宏观上很大区域的传感元件阵列的应用而设计。图11A中所描绘的探针的大小是为测量胃肠道的压力空间分布而设计的。正如从图11A可明了的，所解说的GI探针具有宏规模传感阵列，其维度如下：长度上在大约1-4英寸之间，圆周上在大约0.5-2英寸之间。
本发明的另一个实施例提供一种制作电容性多维传感装置的方法。尽管该示例性方法可被用来制作不同配置的电容性多维传感装置，但是将仅为解说目的关于在图1A到2C中描绘的装置10、关于图5C中描绘的装置96、以及关于图6A到9中描绘的装置110来描述该方法的实施例。
图12是解说根据本发明的其他实施例的制作电容性多维传感装置10的方法200的流程图。起初，提供衬底20、分隔层(50)和膜(30)(步骤210)。这些组件可作为将在稍后被整合的分开组件来提供。替换地，可提供或与衬底20或与膜30整合的分隔层50。
衬底20包括伸长的衬底电极25。分隔层(50)包括一个或更多个分隔件52。膜包括一个或更多个伸长的膜电极(35)。
在一些实施例中，提供衬底20包括机械加工衬底主体。在其他实施例中，提供衬底20包括铸造衬底20或使用其他合适的方式来形成衬底20。如果衬底是由导电材料机械加工或模压的，则可将介电层沉积在衬底的导电材料之上。在一些实施例中，伸长的衬底电极25被沉积在衬底主体上。例如，可使用标准蚀刻来创制伸长的衬底电极25。在其他实施例中，伸长的衬底电极25可分开形成并藉由任何合适的贴附手段或方法被贴附到衬底20。
在一些实施例中，分隔件52的至少一部分与衬底20是一体的。一体化分隔件52的各部分可通过在衬底主体中机械加工或蚀刻出沟道和/或槽来形成。例如，一体化分隔件52的各部分可使用预成型的环氧树脂条带、和/或计算机数控(CNC)机械加工来产生。在其他实施例中，分隔件没有哪部分与衬底20一体。在其他实施例中，提供衬底20和分隔层50可包括在衬底20上沉积一个或更多个分隔件52的至少一部分。
在一些实施例中，一个或更多个分隔件可被分开形成。方法200可进一步包括将分隔件52贴附到衬底20。分隔件52可在膜30被贴附到分隔件52之前、在膜30被贴附到分隔件52之后、或在膜30被贴附到分隔件52之时被贴附到衬底20，因为本发明在此方面并不受到限定。
在一些实施例中，膜30和膜电极35使用柔性电路类型的工艺来生产的。如本领域技术人员所知，柔性电路类型的工艺可包括通过蚀刻或其他合适工艺在诸如聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯或其他合适的聚合物膜材料或是任何其他稳定且有弹性的材料之类的柔性衬底上图案化导电膜。由此，提供具有膜电极35的膜30可包括在柔性聚合物膜上以合意形状图案化出导电膜电极。
在一些实施例中，提供膜可包括在膜中形成多个缝隙。这多个缝隙可包括如在图5中描绘的连续缝隙100a、100b、……的阵列和/或这多个缝隙可包括如图5B中所描绘的二维缝隙阵列104。这多个缝隙可被形成为如图5B中所描绘地平行于膜电极35、如图5C中所描绘地垂直于膜电极36、或关于膜电极35成其他角度。这些缝隙可被配置成取向为垂直于隔片52的取向，正如图5A到5C中所示那样。这些缝隙可按任何合适的方式形成，诸如通过冲出或激光切割膜的区域。
衬底20相对于膜30取向以使得至少两个伸长的膜电极35中的每一个与至少两个衬底电极25中的每一个交叉，从而形成多维电容性元件阵列40(步骤230)。正如上面所描述的，术语“交叉”也可被描述为交迭，因为衬底电极25和膜电极35仍被分隔件或缺口所分隔。
分隔层50的分隔件52由任何合适的方法或手段贴附到膜30(步骤240)。衬底20可在分隔件52被贴附到膜30之前或在分隔件52被贴附到膜30之后相对于膜30来取向。例如，分隔件52可在衬底20相对于膜30取向之前被贴附到膜30，并且分隔件52可在衬底20相对于分隔件52和贴附的膜30两者取向之后被贴附到衬底20。
当分隔层被贴附到膜20时，可将分隔层50置于压缩负荷之下。在一些实施例中，衬底20与膜30之间的间距h0在膜30被贴附到分隔层50之时可保持恒定。例如，分隔层50可包括环氧树脂条带，其中环氧树脂包括诸如具有受控直径的间隔粒料之类的基质材料，其使分隔件52与膜30之间的接合期间厚度上的改变最小化。
在一些实施例中，隔片元件(例如，玻璃珠、特富龙条带等)可被定位在分隔层50的开放部分51中。隔片元件可在分隔件52被贴附到膜30之前、在分隔件52被贴附到膜30之时、或在分隔件52已被贴附到膜30之后被定位。例如，如果膜30是在分隔件52被贴附到衬底20之前被贴附到分隔件52的，那么隔片元件可在膜30被贴附到分隔件52之后、但在分隔件52被贴附到衬底20之前被纳入到分隔层50的开放部分51中。隔片元件可逗留在分隔层50的开放部分51中或者可以是临时的并且在膜30、分隔层50和衬底20被连接之后移除(步骤242)。
在一些实施例中，一种制作多维阵列传感装置10的方法200可包括在膜30上敷设弹性体外层80(步骤245)，正如图2C中所示那样。如上面所描述的，该弹性体外层80保护膜30并在膜30包括缝隙时使膜30与衬底20之间的缺口里的流体(即，液体或气体)同装置10外面的流体分开。
本发明的一些实施例提供一种操作多维电容性传感装置的方法260。尽管示例性方法260可用来操作不同配置的多维阵列传感装置，但是将仅为解说目的关于图1A到2C中描绘的装置10和图5C中描绘的装置96来描述实施例260。
图13是解说操作多维阵列传感装置10的方法260的流程图。根据所解说的方法260，起初提供电容性多维传感装置10(步骤270)。提供该传感装置可包括将该装置定位在身体內腔或其他希望进行压力测量的位置中。
该装置可包括具有多个衬底电极25的衬底20以及具有多个膜电极35的膜30。这些衬底电极25里至少两个之中的每一个可与一个以上膜电极35交叉。衬底电极25与膜电极35的交叉形成多维电容性元件阵列40。装置10包括分隔层50，其具有对应于多个传感器区60的开放部分51，其中这些开放部分不包括固体材料。
作为对该装置加压的结果，至少有对应于第一传感器区60b的第一膜部分30b在第一压力Pb下朝着衬底挠曲，从而使第一膜部分30b伸展同时使毗邻传感器区60a、60c与此挠曲机械地隔绝开(步骤280)。在衬底电极25与膜电极35之间测得与膜部分30b的挠曲对应的电容改变(步骤290)。该方法还可包括从测得的电容上的改变来确定施于膜部分30b上的压力(步骤295)。
该方法可进一步包括挠曲其他膜部分，诸如在用第一压力Pb来使第一膜部分60a挠曲的同时，通过用第二压力使膜部分30a伸展来使对应于第二传感器区60a的部分30a朝着衬底20挠曲，同时使毗邻传感器区60b与此第二压力以及膜张力上的增加隔绝开。该方法260可包括测量衬底电极25与膜电极35之间的电容与挠曲的第二膜部分30b对应的改变。
现已描述了本发明的一些解说性实施例，本领域技术人员应当明了，前述内容既已仅藉由示例呈现便单纯是解说性的而不是限定性的。众多的改动及其他解说性实施例落在本领域普通技术人员的范围内，并且被构想为落在本发明的范围内。尤其，尽管本文中给出的示例里有许多涉及方法动作或系统元件的具体组合，但是应当理解，那些动作和那些元件可按其他方式组合以达成相同的目的。并非意在排除仅结合一个实施例讨论的动作、元件和特征于其他实施例中扮演相近角色的可能性。
正如本文中所使用的，“多个”意味着两个或更多个。
正如本文中所使用的，项目的“集合”可包括一个或更多个此类项目。
正如本文中所使用的，无论是在书面描述还是权利要求书中，术语“包括”、“包含”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”及诸如此类应被理解为是开放式的，即意味着包括但并不被限定于。只有过渡短语“由……构成”以及“基本上由……组成”各自应当是封闭式或半封闭式的过渡短语，正如在美国专利局的专利审查规程指南(原始第8版，2001年8月)第2111.03节中关于权利要求书所阐述的那样。
在权利要求中使用诸如“第一”、“第二”、“第三”等序数术语来修饰权利要求要素其本身并不暗含任何优先级、先后次序、或一个权利要求要素优先于另一个的次序、或方法的动作执行的时间次序，而是仅用作标示以使具有某个名称的一个权利要求要素与具有相同名称(若非使用该序数术语)的另一个要素区分开来以便于区分这些权利要求要素。
政府利益
与本申请有关的研究得到美国国立卫生研究所在R44DK069131号基金下的支持。美国政府在本发明中具有某些权利。
相关申请
本申请在35U.S.C.§119(e)下要求2007年4月23日以代理人案卷号no.S1489.70009US00提交的题为“SUSPENDED MEMBRANE PRESSURESENSING ARRAY”的美国临时专利申请S/N.60/925,720的权益，其全部内容藉援引纳入于此。