压力感测器的制作方法

1.本发明涉及一种压力感测器。


背景技术：

2.目前，市面上有许多种不同类型的压力感测器，举例来说，常见的压力感测器含有电容式(capacitive)压力感测器、压电式(piezoelectric)压力感测器、压阻式(piezoresistive)压力感测器等。电容式感测器容易因为触控信号与感测器中的其他信号耦合，而导致难以精确测试微小压力。压电式感测器是通过测量压力的变化所产生的电流而感测压力，因此压电式感测器不能用于测量静态力。压阻式压力感测器是利用材料本身的特性进行压力感测。一般而言，通过在硅晶圆上形成集成电路来制造压阻式压力感测器，然而由于硅晶圆为刚性材料，因此压阻式压力感测器仅能测量单一方向的力量。


技术实现要素：

3.本发明提供一种压力感测器，能提升感测压力的灵敏度。
4.本发明的至少一实施例提供一种压力感测器。压力感测器包括基板、压力感测单元、第一信号线、第二信号线、弹性体以及对向基板。压力感测单元位于基板之上。压力感测单元包括串连在一起的第一电阻以及第二电阻、串连在一起的第三电阻以及第四电阻、第一开关元件以及第二开关元件。第一电阻以及第二电阻并连于第三电阻以及第四电阻。第一开关元件电性连接第一电阻以及第二电阻之间。第二开关元件电性连接至第三电阻以及第四电阻之间。第一信号线电性连接至第一电阻以及第四电阻之间。第二信号线电性连接至第二电阻以及第三电阻之间。弹性体位于基板之上，且包括空腔。第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻至少部分重叠于空腔。对向基板位于弹性体之上。
5.基于上述，通过弹性体与空腔的设置，可以提升感测压力的灵敏度。
附图说明
6.图1a至图1c是依照本发明的一实施例的一种压力感测器的制造方法的剖面示意图。
7.图2是图1c的压力感测器的俯视图。
8.图3是依照本发明的一实施例的一种压力感测器的剖面示意图。
9.图4是依照本发明的一实施例的一种压力感测器的剖面示意图。
10.图5是依照本发明的一实施例的一种压力感测器的剖面示意图。
11.图6是依照本发明的一实施例的一种压力感测器的电路示意图。
12.图7是图6的压力感测器的信号波形图。
13.图8是依照本发明的一些实施例的压力感测器的电压变化与压力的折线图。
14.图9是依照本发明的一实施例的一种压力感测器的电路示意图。
15.图10是依照本发明的一实施例的一种压力感测器的电路示意图。
16.附图标记说明：
17.10,20,30,40：压力感测器
18.100：基板
19.200：电路结构
20.210,212,214：导线
21.220：第一绝缘层
22.230：第二绝缘层
23.232：凹槽
24.240：第三绝缘层
25.242：第一源极/漏极
26.243：第一欧姆接触层
27.244：半导体通道
28.246：栅极
29.248：第二源极/漏极
30.249：第二欧姆接触层
31.250：接垫
32.300：弹性体
33.310：空腔
34.400：对向基板
35.500：柔性贴膜
36.bf：缓冲层
37.c：载板
38.d1：深度
39.d1-1～dn-1：第一信号感测线
40.d1-2～dn-2：第二信号感测线
41.dt：距离
42.e1：第一方向
43.e2：第二方向
44.g1-1～gn-1：栅极信号线
45.g1-2～gn-2：第一信号线
46.gnd：第二信号线
47.nd：法线方向
48.r：电阻
49.ru：压力感测单元
50.r1：第一电阻
51.r2：第二电阻
52.r3：第三电阻
53.r4：第四电阻
54.s：尺寸
55.t：开关元件
56.t1：第一开关元件
57.t2：第二开关元件
58.t3：第三开关元件
59.t1～tn、tn+1：扫描时间
60.w1：宽度
具体实施方式
61.图1a至图1c是依照本发明的一实施例的一种压力感测器10的制造方法的剖面示意图。请先参考图1a，于载板c上形成基板100。形成基板100的方法包括贴附或涂布。在一些实施例中，载板c包括硬质基板(rigid substrate)，且载板c的材料例如包括玻璃、石英、亚克力、硅晶圆或其他合适于承载基板100的材料。基板100例如为可挠式基板(flexible substrate)或是可拉伸基板。举例来说，可挠式基板以及可拉伸基板的材料包括聚酰亚胺(polyimide，pi)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，pdms)、聚乙烯对苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate，pet)、聚二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate，pen)、聚酯(polyester，pes)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，pmma)、聚碳酸酯(polycarbonate，pc)、聚胺酯(polyurethane，pu)、玻璃纤维强化塑胶(fiber-reinforced plastic，frp)或其他合适的材料。在一些实施例中，基板100的厚度为1微米至50微米。
62.形成电路结构200于基板100上。在本实施例中，电路结构200包括导线210、第一绝缘层220、多个电阻(包括第一电阻r1、第二电阻r2(请参考图2)、第三电阻r3以及第四电阻r4(请参考图2))以及第二绝缘层230。导线210形成于基板100上。第一绝缘层220形成于基板100上，并覆盖导线210。电阻形成于第一绝缘层220上，且电性连接至导线210。举例来说，部分电阻通过导电孔而电性连接至导线210。第二绝缘层230形成于第一绝缘层220上，并覆盖电阻。
63.在本实施例中，按序形成导线210、第一绝缘层220、电阻以及第二绝缘层230，但本发明不以此为限。在其他实施例中，导线210、第一绝缘层220、电阻以及第二绝缘层230的形成顺序可以依照需求而进行调整。
64.在一些实施例中，第一电阻r1、第二电阻r2(请参考图2)、第三电阻r3以及第四电阻r4(请参考图2)各自的材料可为金属材料、半导体材料或其他合适的材料。半导体材料例如包括多晶硅、金属氧化物半导体或其他材料，多晶硅例如包括微晶硅(micro-crystalline silicon)或纳米晶硅(nano-crystalline silicon)。在一些实施例中，第一绝缘层220以及第二绝缘层230各自的材料可为有机材料或无机材料。在一些实施例中，导线210的材料可为金属材料、半导体材料或其他合适的材料。
65.在一些实施例中，电路结构200中还可以包括更多的绝缘层、更多的导线、多个主动元件(未绘出)及/或多个被动元件(未绘出)，主动元件(未绘出)可以是开关元件或其他类型的主动元件。开关元件例如为薄膜晶体管。
66.在本实施例中，电路结构200中包括多个压力感测单元ru。压力感测单元ru位于基板100之上，且各压力感测单元ru包括第一电阻r1、第二电阻r2(请参考图2)、第三电阻r3以
及第四电阻r4(请参考图2)。
67.接着请参考图1b，形成弹性体300于基板100之上。在本实施例中，形成弹性体300于电路结构200之上。在一些实施例中，弹性体300的材料可为有机材料或无机材料。
68.弹性体300包括多个空腔310。在一些实施例中，弹性体300包括感光材料，且形成弹性体300的方法包括涂布工艺、曝光显影工艺以及其他合适的工艺，但本发明不以此为限。在其他实施例中，弹性体300包括无机材料，且形成弹性体300的方法包括镀膜工艺、蚀刻工艺以及其他合适的工艺。换句话说，可以通过曝光显影工艺及/或蚀刻工艺来形成弹性体300的空腔310。
69.在本实施例中，空腔310的侧壁为斜坡型，但本发明不以此为限。在其他实施例中，空腔310的侧壁包括阶梯型或垂直型(侧壁垂直于电路结构200)。
70.图2是依照本发明的一实施例的一种压力感测器10的俯视图，其中图1c是沿着图2的线a-a’的剖面示意图。继续图1b的步骤，请参考图1c以及图2，将对向基板400以粘胶、真空贴附或大气接/贴合的方式贴于弹性体300上。在一些实施例中，在将对向基板400贴于弹性体300上之前或之后，移除载板c。在一些实施例中，在移除载板c之前或之后，切割整个叠层结构，以获得适当尺寸的压力感测器10。在一些实施例中，对向基板400的至少一面上具有粘着层(未绘出)。
71.在一些实施例中，对向基板400可以为刚性基板，例如玻璃纤维、金属、陶瓷、有机材料或其他硬质的材料，但本发明不以此为限。在其他实施例中，对向基板400例如为可挠式基板或是可拉伸基板。举例来说，可挠式基板以及可拉伸基板的材料包括聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯对苯二甲酸酯、聚二甲酸乙二醇酯、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚胺酯、玻璃纤维强化塑胶或其他合适的材料。在一些实施例中，对向基板400的硬度大于基板100的硬度；或基板400的硬度与基板100的硬度相同，但基板400的厚度皆大于等于基板100的厚度。在一些实施例中，除了将对向基板400贴在弹性体300上以外，可以将其他柔性贴膜(未绘出)以粘胶、真空贴附或接合的方式贴于基板100的背面。
72.在提供对向基板400于弹性体300上之后，将柔性印刷电路板(未绘出)接合至压力感测器10上，并通过柔性印刷电路板使系统电路板(未绘出)或芯片(未绘出)电性连接至压力感测器10的压力感测单元ru，接着即可进行压力检测。
73.压力感测单元ru包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4。在本实施例中，多个压力感测单元ru沿着第一方向e1以及垂直于第一方向e1的第二方向e2排成阵列，借此获得高分辨率的压力感测器10。
74.在本实施例中，在基板100的表面的法线方向nd上，各空腔310重叠于对应的一个压力感测单元ru，其中各压力感测单元ru的第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4各自皆至少部分重叠于对应的空腔310。在本实施例中，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4各自皆部分不重叠于对应的空腔310。换句话说，在上视图中，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4各自皆从对应的空腔310外延伸进对应的空腔310内，并部分重叠于对应的空腔310的边缘。
75.在本实施例中，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4皆与空腔310之间隔有绝缘层(第二绝缘层230)。换句话说，在本实施例中，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4皆设置于空腔310外。在其他实施例中，省略第二绝缘层230或
第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4中的至少一者形成于第二绝缘层230上，以使第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4中的至少部分位于空腔310内。在一些实施例中，弹性体300直接形成于第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4以及第一绝缘层220上。
76.在一些实施例中，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4各自的尺寸s为1微米至250微米。在一些实施例中，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4各自与空腔310的边缘重叠的长度为0至30微米。在其他实施例中，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4形成于空腔310的外侧，且与空腔310的边缘之间的水平距离为3微米至100微米。
77.在一些实施例中，每个空腔310的宽度w1为300微米至1000微米。在一些实施例中，空腔310彼此间的距离dt为50微米至300微米。在一些实施例中，空腔310的中心彼此间之间距为10微米至2000微米。在一些实施例中，每个空腔310的深度d1为2微米至50微米。
78.在一些实施例中，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4分别对应于空腔310的四个边设置。由于在压力感测器10受力时，空腔310的边缘容易产生较大的应力，因此，将第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4设置于重叠空腔310的边缘的位置可以提升压力感测器10的灵敏度。在本实施例中，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3以及第四电阻r4分别设置于空腔310的四边的内侧，且与空腔310的边缘有部分重叠区域。在一些实施例中，压力感测器10为可挠的或可拉伸的，且可适用于测量施加于压力感测器10上的正向力、侧向力及/或弯曲力。此外，在一些实施例中，压力感测器10的正面以及背面都可以用于测量压力。另外，相较于通过检测电容的变化量来测量压力，本实施例通过检测电阻的变化量来测量压力比较不会因为装置衰退或信号耦合而产生的测量结果失准的问题。
79.图3是依照本发明的一实施例的一种压力感测器的剖面示意图。在此必须说明的是，图3的实施例沿用图1a至图2的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，在此不赘述。
80.图3的压力感测器20与图1c的压力感测器10的主要差异在于：压力感测器20还包括柔性贴膜500。柔性贴膜500位于基板100的背面。基板100位于压力感测单元ru与柔性贴膜500之间。
81.将柔性贴膜500以粘胶、真空贴附或接合的方式贴于基板100上。在一些实施例中，柔性贴膜500的材料包括聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯对苯二甲酸酯、聚二甲酸乙二醇酯、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚胺酯、玻璃纤维强化塑胶或其他合适的材料。通过在基板100的背面贴上柔性贴膜500，可以调整压力感测器20的灵敏度以及精度。在一些实施例中，柔性贴膜500的至少一面上具有粘着层(未绘出)。
82.表1提供了不同材料的柔性贴膜500的硬度以及包含不同材料的柔性贴膜500的压力感测器20的灵敏度与精度。在表1中，压力感测器20的基板100的材料为聚酰亚胺，且对向基板400的材料为聚乙烯对苯二甲酸酯。
83.表1
[0084][0085]
由表1可以得知，当柔性贴膜500的材料为pu时，压力感测器20的灵敏度较高，当柔性贴膜500的材料为pet时，压力感测器20的精度较高。因此，可以通过更换不同的柔性贴膜500来获取具有不同灵敏度的压力感测器20。
[0086]
表2提供了不同材料的柔性贴膜500在不同厚度的情况下受到相同的压力所产生的变形量。在表2中，对柔性贴膜500所施的压力为40k pa。
[0087]
表2
[0088][0089][0090]
由表2可以得知，通过柔性贴膜500的厚度与柔性贴膜500受压后所产生的变形量有关。因此，可以通过调整柔性贴膜500的厚度来获取具有不同特性的压力感测器20。
[0091]
图4是依照本发明的一实施例的一种压力感测器30的剖面示意图。在此必须说明的是，图4的实施例沿用图1a至图2的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，在此不赘述。
[0092]
图4的压力感测器30与图1c的压力感测器10的主要差异在于：在压力感测器10的电路结构200中，先形成导线210再形成压力感测单元ru中的电阻；在压力感测器30的电路结构200中，先形成压力感测单元ru中的电阻再形成导线210。
[0093]
请参考图4，在本实施例中，压力感测单元ru中的电阻形成于基板100上。
[0094]
图5是依照本发明的一实施例的一种压力感测器40的剖面示意图。在此必须说明
的是，图5的实施例沿用图1a至图2的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，在此不赘述。
[0095]
请参考图5，在本实施例中，电路结构200位于基板100上，且包括缓冲层bf、多个电阻r、导线212、导线214、第一绝缘层220、第二绝缘层230、第三绝缘层240、接垫250以及开关元件t，其中开关元件t包括栅极246、半导体通道244、第一源极/漏极242、第二源极/漏极248、第一欧姆接触层243以及第二欧姆接触层249。
[0096]
缓冲层bf位于基板100上，且包括单层或多层结构。多个电阻r位于缓冲层bf上。第一绝缘层220位于缓冲层bf以及电阻r上。栅极246以及导线212位于第一绝缘层220上。第二绝缘层230位于第一绝缘层220、栅极246以及导线212上。半导体通道244位于第二绝缘层230上，且重叠于栅极246。第一源极/漏极242、第二源极/漏极248以及导线214位于第二绝缘层230上。第一源极/漏极242以及第二源极/漏极248电性连接至半导体通道244，其中第一欧姆接触层243位于第一源极/漏极242与半导体通道244之间，且第二欧姆接触层249位于第二源极/漏极248与半导体通道244之间。第二源极/漏极248以及导线214通过导电孔而电性连接至电阻r，且导线214通过导电孔而电性连接至导线212。第三绝缘层240位于第一源极/漏极242、第二源极/漏极248以及导线214上。接垫250电性连接至第一源极/漏极242。在一些实施例中，外接的柔性印刷电路板通过接垫250而电性连接至开关元件t以及电阻r。
[0097]
在一些实施例中，在形成第一绝缘层220之后，以离子掺杂的方式调整电阻r的阻值，但本发明不以此为限。在一些实施例中，电阻r包括金属氧化物，且第二绝缘层230中包括氢原子；在形成第二绝缘层230后，执行热处理以使氢原子扩散至电阻r中，借此调整电阻r的阻值。此外，改变形成电阻r时所用的气体种类、气体流量、气体比例或其他各项参数也可以调整电阻r的阻值。
[0098]
在一些实施例中，半导体通道244的材料例如包括非晶硅、氧化铟镓锌、多晶硅或其他合适的材料。在一些实施例中，半导体通道244与电阻r可以包括相同的材料。
[0099]
另外，在本实施例中，第二绝缘层230经图案化工艺而具有重叠于空腔310的凹槽232。通过凹槽232的设计，可以增加压力感测器40受压时电阻r的应变量以及惠斯通电桥的灵敏度。在其他实施例中，前述图案化工艺可以连同第一绝缘层220一起进行图案化，使凹槽232延伸进第一绝缘层220中。在其他实施例中，可以选择不要进行前述图案化工艺，以省略凹槽232的制造程序。
[0100]
在本实施例中，第二源极/漏极248以及导线214通过穿过第一绝缘层220以及第二绝缘层230的两个导电孔而电性连接至电阻r，但本发明不以此为限。在其他实施例中，前述图案化工艺所形成的凹槽232直接延伸至电阻r的表面，且第二源极/漏极248以及导线214通过同一个凹槽232而接触电阻r。
[0101]
在本实施例中，单一个电阻r具有连续的结构，但本发明不以此为限。在其他实施例中，单一个电阻r可以由多个电阻材料通过导线而彼此串连在一起而形成，其中多个电阻材料各自的长度与宽度可以为1微米至200微米。在一些实施例中，当单一个电阻r由多个电阻材料串连在一起而形成时，前述多个电阻材料可以沿着空腔310的边缘排列。
[0102]
弹性体300位于第三绝缘层240上，且具有多个空腔310。弹性体300暴露出接垫250。在本实施例中，电阻r至少部分重叠于空腔310。在本实施例中，电阻r与空腔310之间隔
有第一绝缘层220、第二绝缘层230以及第三绝缘层240，但本发明不以此为限。在其他实施例中，电阻r位于第一绝缘层220与第二绝缘层230之间、与第二绝缘层230与第三绝缘层240之间或第三绝缘层240上。
[0103]
在一些实施例中，栅极246以及导线212属于相同膜层。在一些实施例中，第一源极/漏极242、第二源极/漏极248以及导线214属于相同膜层。
[0104]
在本实施例中，开关元件t为底部栅极型薄膜晶体管，但本发明不以此为限。在其他实施例中，开关元件t为顶部栅极型薄膜晶体管、双栅极型薄膜晶体管或其他形式的薄膜晶体管。此外，在一些实施例中，可以调整开关元件t的结构(例如将开关元件t改变为顶部栅极型薄膜晶体管)，使半导体通道244与电阻r通过同一道工艺形成。
[0105]
图6是依照本发明的一实施例的一种压力感测器的电路示意图。在此必须说明的是，图6的实施例沿用图5的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，在此不赘述。
[0106]
图6示出了压力感测器40的电路结构200(请参考图5)中的电路布局。请参考图6，多个压力感测单元ru沿着第一方向e1以及第二方向e2排成阵列，其中每个压力感测单元ru包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第一开关元件t1及第二开关元件t2。
[0107]
多条栅极信号线g1-1～gn-1以及多条第一信号线g1-2～gn-2分别电性连接至对应的压力感测单元ru。举例来说，第一排压力感测单元ru电性连接至栅极信号线g1-1以及第一信号线g1-2；第二排压力感测单元ru电性连接至栅极信号线g2-1以及第一信号线g2-2；第n排压力感测单元ru电性连接至栅极信号线gn-1以及第一信号线gn-2。
[0108]
各压力感测单元ru包括串连在一起的第一电阻r1以及第二电阻r2与串连在一起的第三电阻r3以及第四电阻r4。第一电阻r1以及第二电阻r2并连于第三电阻r3以及第四电阻r4以构成惠斯通电桥。
[0109]
栅极信号线g1-1～gn-1电性连接至第一开关元件t1的栅极以及第二开关元件t2的栅极。第一信号线g1-2～gn-2电性连接至第一电阻r1与第四电阻r4之间。第二信号线gnd电性连接至第二电阻r2与第三电阻r3之间。第二信号线gnd例如连接至接地电压。
[0110]
在本实施例中，在第二方向e2上排成同一列的压力感测单元ru的第一开关元件t1的栅极以及的第二开关元件t2的栅极电性连接至对应的一条栅极信号线g1-1～gn-1。在本实施例中，在第二方向e2上排成同一列的压力感测单元ru电性连接至对应的一条第一信号线g1-2～gn-2。举例来说，第一列压力感测单元ru电性连接至栅极信号线g1-1以及第一信号线g1-2，第二列压力感测单元ru电性连接至栅极信号线g2-1以及第一信号线g2-2，第n列压力感测单元ru电性连接至栅极信号线gn-1以及第一信号线gn-2。
[0111]
第一开关元件t1的第一源极/漏极电性连接至第一电阻r1与第二电阻r2之间。第二开关元件t2的第一源极/漏极电性连接至第三电阻r3与第四电阻r4之间。第一开关元件t1的第二源极/漏极电性连接至第一信号感测线d1-1～dn-1。第二开关元件t2的第二源极/漏极电性连接至第二信号感测线d1-2～dn-2。换句话说，第一信号感测线d1-1～dn-1通过第一开关元件t1而电性连接至对应的压力感测单元ru的第一电阻r1以及第二电阻r2，且第二信号感测线d1-2～dn-2通过第二开关元件t2而电性连接至对应的压力感测单元ru的第
三电阻r3以及第四电阻r4。
[0112]
在本实施例中，在第一方向e1上排成同一行的压力感测单元ru的第一开关元件t1电性连接至对应的一条第一信号感测线d1-1～dn-1，且在第一方向e1上排成同一行的压力感测单元ru的第二开关元件t2电性连接至对应的一条第二信号感测线d1-2～dn-2。举例来说，第一行压力感测单元ru的第一开关元件t1以及第二开关元件t2分别电性连接至第一信号感测线d1-1以及第二信号感测线d1-2，第二行压力感测单元ru的第一开关元件t1以及第二开关元件t2分别电性连接至第一信号感测线d2-1以及第二信号感测线d2-2，第n行压力感测单元ru的第一开关元件t1以及第二开关元件t2分别电性连接至第一信号感测线dn-1以及第二信号感测线dn-2。
[0113]
图7是图6的压力感测器的信号波形图。请参考图7，在进行压力感测时，对第一信号线g1-2～gn-2施加电压，使第一信号线g1-2～gn-2与第二信号线gnd之间具有电压差。在一些实施例中，对第一信号线g1-2～gn-2施加直流电的定电压。
[0114]
接着，按序对栅极信号线g1-1～gn-1进行扫描。举例来说，总共有n条栅极信号线g1-1～gn-1。因此，进行扫描的每个周期包括第一扫描时间t1至第n扫描时间tn。
[0115]
在第一扫描时间t1时，开启栅极信号线g1-1，并关闭其他栅极信号线；在第二扫描时间t2时，开启栅极信号线g2-1，并关闭其他栅极信号线；在第三扫描时间t3时，开启栅极信号线g3-1，并关闭其他栅极信号线；在第n扫描时间tn时，开启栅极信号线gn-1，并关闭其他栅极信号线。在扫描完一个周期后，从栅极信号线g1-1开始重新扫描。举例来说，在第n+1扫描时间tn+1时，重新开启栅极信号线g1-1，并关闭其他栅极信号线。
[0116]
在进行压力感测时，检测第一信号感测线d1-1～dn-1与第二信号感测线d1-2～dn-2之间的电压差，并通过系统电路板(未绘出)或芯片(未绘出)而计算出对应的压力感测单元ru所承受的压力。
[0117]
图8是依照本发明的一些实施例的压力感测器的电压变化与压力的折线图。电压变化是通过图6与图7所示的第一信号感测线d1-1～dn-1与第二信号感测线d1-2～dn-2来测量。在本实施例中，对第一信号线g1-2～gn-2施加3.36v的电压，并将第二信号线gnd接地。
[0118]
在图8中，第一实施例至第三实施例的压力感测器具有相似的结构，差异在于第一实施例的压力感测器不具有柔性贴膜(第一实施例的压力感测器的结构如图1c所示)，且第二实施例与第三实施例的压力感测器具有不同材料的柔性贴膜(第二实施例至第三实施例的压力感测器的结构如图3所示)。
[0119]
在第一实施例至第四实施例的压力感测器中，基板100的材料皆为pi，且对向基板400的材料皆为pet。第一实施例不具有柔性贴膜，第二实施例的柔性贴膜的材料为pet，第三实施例与第四实施例的柔性贴膜的材料为pdms。
[0120]
另外，第三实施例的压力感测器与第四实施例的压力感测器具有相同材料的柔性贴膜。然而，第四实施例的压力感测器的弹性体的空腔的宽度大于第三实施例的压力感测器的弹性体的空腔的宽度。在图8中，第一实施例至第三实施例的弹性体的空腔的宽度w1(请参考图2)为500微米。第四实施例的压力感测器的弹性体的空腔的宽度w1为800微米。
[0121]
表3显示了第一实施例至第四实施例的压力感测器的电压变化与压力。
[0122]
表3
[0123][0124]
由图8以及表3可以发现，第二实施例的压力感测器所测得的电压变化随着压力增加出现先减少后上升的情况，这是因为第二实施例的压力感测器使用pet作为柔性贴膜，较容易导致压力感测器产生翘曲的问题。相较之下，使用pdms作为柔性贴膜的第三实施例以及第四实施例都没有出现电压变化先减少后上升的情况。
[0125]
另外，基于图8以及表3的结果，可以得知不论是改变柔性贴膜的材料或是改变弹性体的空腔的宽度，都可以改变压力感测器所得到的电压变化与所承受的压力之间的相对关系。换句话说，可以因应实际需求而改变柔性贴膜的材料或是改变弹性体的空腔的宽度。
[0126]
图9是依照本发明的一实施例的一种压力感测器的电路示意图。在此必须说明的是，图9的实施例沿用图6的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，在此不赘述。
[0127]
请参考图9，在本实施例中，每个压力感测单元ru还包括一个第三开关元件t3。第一信号线g1-2～gn-2通过第三开关元件t3而电性连接至第一电阻r1以及第四电阻r4之间。单个压力感测单元ru中的第一开关元件t1的栅极、第二开关元件t2的栅极以及第三开关元件t3的栅极通过对应的一条栅极信号线g1-1～gn-1而彼此电性连接。
[0128]
在本实施例中，多条栅极信号线g1-1～gn-1以及多条第一信号线g1-2～gn-2分别电性连接至对应的压力感测单元ru。举例来说，第一排压力感测单元ru电性连接至栅极信号线g1-1以及第一信号线g1-2；第二排压力感测单元ru电性连接至栅极信号线g2-1以及第一信号线g2-2；第n排压力感测单元ru电性连接至栅极信号线gn-1以及第一信号线gn-2。
[0129]
在本实施例中，通过第三开关元件t3的设置，可以提升压力感测器的效能。具体地说，通过第三开关元件t3的设置，在没有开启第三开关元件t3时，电流不会经过压力感测单元ru，借此减少压力感测器的耗电以及发热，以提升压力感测器应用于便携式装置或医疗装置的安全性。
[0130]
图10是依照本发明的一实施例的一种压力感测器的电路示意图。在此必须说明的是，图10的实施例沿用图9的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来
表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，在此不赘述。
[0131]
在图9的实施例中，每个压力感测单元ru包括一个第三开关元件t3，且每一条第一信号线g1-2～gn-2电性连接至多个第三开关元件t3。然而，在图10的实施例中，每一条第一信号线g1-2～gn-2通过一个第三开关元件t3而电性连接至多个压力感测单元ru。
[0132]
请参考图10，同一列的压力感测单元ru中的第一开关元件t1的栅极以及第二开关元件t2的栅极通过对应的一条栅极信号线g1-1～gn-1而电性连接至对应的一个第三开关元件t3。
[0133]
在本实施例中，通过第三开关元件t3的设置，可以提升压力感测器的效能。具体地说，通过第三开关元件t3的设置，在没有开启第三开关元件t3时，电流不会经过压力感测单元ru，借此减少压力感测器的耗电以及发热，以提升压力感测器应用于便携式装置或医疗装置的安全性。

技术特征：
1.一种压力感测器，包括：一基板；一压力感测单元，位于该基板之上，其中该压力感测单元包括：串连在一起的一第一电阻以及一第二电阻；串连在一起的一第三电阻以及一第四电阻，其中该第一电阻以及该第二电阻并连于该第三电阻以及该第四电阻；一第一开关元件，电性连接至该第一电阻以及该第二电阻之间；以及一第二开关元件，电性连接至该第三电阻以及该第四电阻之间；一第一信号线，电性连接至该第一电阻以及该第四电阻之间；一第二信号线，电性连接至该第二电阻以及该第三电阻之间；一弹性体，位于该基板之上，且包括一空腔，其中该第一电阻、该第二电阻、该第三电阻以及该第四电阻至少部分重叠于该空腔；以及一对向基板，位于该弹性体之上。2.如权利要求1所述的压力感测器，其中该第一电阻、该第二电阻、该第三电阻以及该第四电阻的材料包括多晶硅。3.如权利要求1所述的压力感测器，还包括：一柔性贴膜，其中该基板位于该压力感测单元与该柔性贴膜之间。4.如权利要求1所述的压力感测器，其中该对向基板的硬度大于该基板的硬度。5.如权利要求1所述的压力感测器，还包括：一栅极信号线，电性连接至该第一开关元件的栅极以及该第二开关元件的栅极。6.如权利要求1所述的压力感测器，还包括：一第三开关元件，其中该第一信号线通过该第三开关元件而电性连接至该第一电阻以及该第四电阻之间。7.如权利要求6所述的压力感测器，其中该第一开关元件的栅极、该第二开关元件的栅极以及该第三开关元件的栅极彼此电性连接。8.如权利要求1所述的压力感测器，还包括：多个压力感测单元，位于该基板之上；一栅极信号线，电性连接至该些压力感测单元中的该第一开关元件的栅极以及该第二开关元件的栅极；一第三开关元件，其中该第一信号线通过该第三开关元件而电性连接至该些压力感测单元，且该第三开关元件的栅极电性连接至该栅极信号线。9.如权利要求1所述的压力感测器，还包括：多个压力感测单元，位于该基板之上，其中该弹性体包括多个空腔，且各该空腔重叠于对应的一个该压力感测单元。10.如权利要求1所述的压力感测器，其中该空腔的侧壁包括阶梯型、斜坡型或垂直型。11.如权利要求1所述的压力感测器，其中该第一电阻、该第二电阻、该第三电阻以及该第四电阻部分重叠于该空腔的边缘。12.如权利要求1所述的压力感测器，还包括：一第一信号感测线，通过该第一开关元件而电性连接至该第一电阻以及该第二电阻；
以及一第二信号感测线，通过该第二开关元件而电性连接至该第三电阻以及该第四电阻。13.如权利要求1所述的压力感测器，还包括：多条第一信号线以及多条栅极信号线；以及多个压力感测单元，沿着一第一方向以及一第二方向排成阵列，其中：在该第二方向上排成同一列的该些压力感测单元的该些第一开关元件的栅极以及的该些第二开关元件的栅极电性连接至对应的一条栅极信号线，且在该第二方向上排成同一列的该些压力感测单元电性连接至对应的一条第一信号线。14.如权利要求1所述的压力感测器，还包括：多条第一信号感测线以及多条第二信号感测线，其中在该第一方向上排成同一行的该些压力感测单元的该些第一开关元件电性连接至对应的一条第一信号感测线，且在该第一方向上排成同一行的该些压力感测单元的该些第二开关元件电性连接至对应的一条第二信号感测线。

技术总结
一种压力感测器，包括基板、压力感测单元、第一信号线、第二信号线、弹性体以及对向基板。压力感测单元包括串连在一起的第一以及第二电阻、串连在一起的第三以及第四电阻、第一开关元件以及第二开关元件。第一以及第二电阻并连于第三以及第四电阻。第一开关元件电性连接第一电阻以及第二电阻之间。第二开关元件电性连接至第三电阻以及第四电阻之间。第一信号线电性连接至第一电阻以及第四电阻之间。第二信号线电性连接至第二电阻以及第三电阻之间。弹性体包括空腔。第一电阻至第四电阻重叠于空腔。腔。腔。


技术研发人员：张倚涵 黄仲钦 李文渊 黄文忠
受保护的技术使用者：友达光电股份有限公司
技术研发日：2023.07.04
技术公布日：2023/10/6