一種基于銀導(dǎo)電膠的電容式傳感器裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及汽車電子技術(shù)，具體是一種基于銀導(dǎo)電膠的電容式傳感器裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽車在行駛過程中通過輪胎與地面直接接觸，因此輪胎的性能直接決定了汽車的 安全性能。車輛輪胎分為有內(nèi)胎輪胎和無內(nèi)胎輪胎，有內(nèi)胎輪胎廣泛運(yùn)用于大型車輛或者 對(duì)舒適度要求不是很高的車輛中。無內(nèi)胎輪胎防振以及防爆胎性能都優(yōu)于前者，目前的轎 車輪胎基本都是無內(nèi)胎輪胎。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，輪胎智能化已經(jīng)是輪胎的一種發(fā) 展趨勢(shì)。所謂輪胎智能化就是在輪胎內(nèi)部植入傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎在行駛過程中產(chǎn)生的 溫度以及輪胎胎壓狀況，并實(shí)時(shí)反映到相關(guān)監(jiān)測(cè)結(jié)果輸出裝置，使得駕駛員了解輪胎當(dāng)前 工作狀態(tài)，進(jìn)而能夠避免一系列由于輪胎而引起的交通事故。
[0003] 輪胎內(nèi)部環(huán)境極其復(fù)雜，安裝在輪胎內(nèi)部的傳感器要經(jīng)受多重應(yīng)力的循環(huán)作用。 車輛在行駛過程中，輪胎與地面摩擦產(chǎn)生大量的熱，最高溫度達(dá)到100°c以上。此外，車輛在 行駛過程中輪胎持續(xù)處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，安裝在輪胎內(nèi)部的傳感器除了受到熱沖擊外還受 到較大的離心力作用。這就要求傳感器耐受熱沖擊，且能夠承受較大的離心力。
[0004] 目前的傳感器采用叉指狀電極裝置，其利用壓力引起的極距的變化、導(dǎo)致電容的 變化、準(zhǔn)確測(cè)量輪胎胎壓的變化。叉指狀電極裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、適應(yīng)性較強(qiáng)且溫度穩(wěn) 定性好，可以在高溫高濕等復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量。目前各種基于叉指狀電極裝置的 胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)層出不窮，各種系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方法不同。
[0005] 其中一種系統(tǒng)采用"補(bǔ)丁"型叉指狀電極裝置。利用光刻蝕技術(shù)，刻蝕在某種襯底 (如柔性環(huán)氧樹脂襯底)上的銅材料，得到叉指狀電極裝置圖形，然后用粘合劑將該襯底粘 合在輪胎內(nèi)表面。再通過質(zhì)量、體積較大的鋁或者銅導(dǎo)線將傳感器與外界電路相連。叉指狀 電極及其相關(guān)互連導(dǎo)線一次性做在輪胎內(nèi)表面上，減小傳感器整體質(zhì)量，使其能夠準(zhǔn)確地 測(cè)量輪胎胎壓變化情況。然而，輪胎在工作過程中較高的溫度以及較大的離心力，會(huì)導(dǎo)致傳 感器的使用壽命降低，測(cè)量不準(zhǔn)確。柔性的補(bǔ)丁型傳感器需要與剛性的導(dǎo)線連接，機(jī)械振動(dòng) 使連接處易剝離。故質(zhì)量較大的"補(bǔ)丁"型叉指狀電極裝置及其互連導(dǎo)線難以達(dá)到預(yù)期的使 用壽命及測(cè)量精度。另外刻蝕液會(huì)污染環(huán)境，光刻材料成本高，刻蝕制作的效率低，都是此 種傳感器的制造方法的缺陷。
[0006] 3D打印可將含銀納米顆粒的金屬墨水打印在不規(guī)則的物體上形成所需要的電路 圖形，省去PCB，保持物體原有的力學(xué)及其他性能，減小了電子電路部分所占的體積及其質(zhì) 量。但輪胎內(nèi)部三面封閉、內(nèi)表面不光滑，目前的3D打印噴頭無法在狹小的輪胎內(nèi)部在其內(nèi) 表面打印出符合要求的叉指狀電極圖形。此外，3D打印所得的銀納米傳感器電路圖形，需要 經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)，才能形成導(dǎo)電性強(qiáng)、粘附性強(qiáng)的叉指電極。一般的燒結(jié)處理溫度為200°C左 右，在此溫度下橡膠輪胎表面將會(huì)遭到破壞而降低其原有的性能。此外目前3D打印的制作 方法工藝復(fù)雜，成本較高。
[0007] 現(xiàn)有的另一種基于叉指狀電極裝置的胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是使輪胎內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的相鄰 鋼絲以及鋼絲之間的橡膠組成輪胎阻抗，以輪胎阻抗自身結(jié)構(gòu)作為傳感器，輪胎所受壓力 的變化導(dǎo)致鋼絲之間距離的變化，引起輪胎阻抗值的變化，從而得到輪胎受力狀況。此種設(shè) 計(jì)需要改變現(xiàn)有輪胎鋼絲的布置及輪胎的制作工藝，成本大大升高。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008] 本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)一種基于銀導(dǎo)電膠的電容 式傳感器裝置，其叉指狀電極、導(dǎo)線和焊盤集合為一體，由固化的銀導(dǎo)電膠構(gòu)成，傳感器附 著于柔性環(huán)氧樹脂層上，而柔性環(huán)氧樹脂層粘附于輪胎內(nèi)表面。本裝置使用體積小，質(zhì)量 高，壽命長(zhǎng)，測(cè)量準(zhǔn)確。
[0009] 本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的一種基于銀導(dǎo)電膠的電容式傳感器裝置，包括叉指狀電極、導(dǎo) 線和焊盤，叉指狀電極為2個(gè)相同的正負(fù)電極，每個(gè)電極的根部連接寬度長(zhǎng)度和間距均相同 的2~6個(gè)電極指，正負(fù)電極處于同一平面上、正電極指與負(fù)電極指交錯(cuò)排列，各電極指相互 平行，且間距相等，正負(fù)電極指相對(duì)、成2~6對(duì)。正、負(fù)電極分別連接1根導(dǎo)線，2根導(dǎo)線另一 端各連接一個(gè)焊盤，焊盤用于與檢測(cè)電路連接。
[0010] 本實(shí)用新型的電容式傳感器裝置的叉指狀電極、導(dǎo)線和焊盤為一體的固化銀導(dǎo)電 膠傳感器電路，銀導(dǎo)電膠為含有銀粉溶質(zhì)的柔性環(huán)氧樹脂膠，銀導(dǎo)電膠傳感器電路附著于 固化的柔性環(huán)氧樹脂層上，柔性環(huán)氧樹脂層粘附于輪胎內(nèi)表面。
[0011] 所述銀導(dǎo)電膠傳感器電路厚為0.04mm~0.1mm，所述柔性環(huán)氧樹脂層厚為0.5mm~ 1.5mm〇
[0012] 所述叉指狀電極根部與各電極指垂直，叉指狀電極外輪廓為矩形。
[0013] 所述銀導(dǎo)電膠傳感器電路的叉指狀電極、導(dǎo)線和焊盤總長(zhǎng)度為90mm~120mm，不計(jì) 焊盤的寬度為10mm~20mm〇
[0014] 所述叉指狀電極的長(zhǎng)度為叉指狀電極、導(dǎo)線和焊盤總長(zhǎng)度的1/4~3/4。
[0015]所述叉指狀電極各電極指的間距及電極指與另一電極根部的間距為0.1mm~ 0.5mm〇
[0016] 對(duì)使用本傳感器的輪胎進(jìn)行熱力仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)條件為:環(huán)境溫度為常溫22°C。輪 胎內(nèi)部氣壓設(shè)置為〇. 5MP，輪胎勻速行駛過程中與地面摩擦產(chǎn)生熱量，并輪胎表面的溫度升 高，設(shè)置溫度荷載為85°C。以ANSYA仿真軟件分析輪胎各部位的形變和溫度變化。實(shí)驗(yàn)可知 在輪胎趾口上方5mm~60mm的胎側(cè)內(nèi)表面為形變最小且溫度最低的區(qū)域，且可避免在安裝 輪胎時(shí)傳感器受到破壞。本傳感器位于輪胎趾口上方5mm~60_的胎側(cè)內(nèi)表面環(huán)形區(qū)域內(nèi)， 即本傳感器電路圖形的長(zhǎng)度或?qū)挾刃∮诖藚^(qū)域的寬度。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型一種基于銀導(dǎo)電膠的電容式傳感器裝置的有益效果 為：1、柔性環(huán)氧樹脂層與輪胎內(nèi)表面粘附緊密，銀導(dǎo)電膠也是相同的柔性環(huán)氧樹脂，因此二 者固化后連接為一體，能承受輪胎在行駛過程所產(chǎn)生的熱及其離心應(yīng)力導(dǎo)致的形變和高 溫，不易損壞;2、構(gòu)成傳感器電路叉指狀電極、導(dǎo)線和焊盤的銀導(dǎo)電膠固化后，環(huán)氧樹脂將 銀顆粒溶質(zhì)緊密地結(jié)合，其形成的傳感器圖形具有良好的導(dǎo)電性，達(dá)到預(yù)期的電學(xué)性能指 標(biāo);3、傳感器的叉指狀電極、導(dǎo)線和焊盤一次成形，為一體的銀導(dǎo)電膠傳感器電路，測(cè)量準(zhǔn) 確，體積小，質(zhì)量輕，使用壽命延長(zhǎng);4、可用熱力仿