[发明专利]无线表面声波差动应变仪

说明书

技术领域

本公开涉及传感器并且特别涉及表面声波传感器。而且，本公开涉及表面声波传感器的封装。

发明内容

本公开揭示了一种用于检测待监测的资产的应力或应变的表面声波(SAW)传感器组件。两个芯片可具有一个或多个表面声波传感器。该芯片可结合(bond)在一起作为一个封装。一个芯片可安装在其应变或应力待测量或待监测的资产(asset)上。另一个芯片可通过采用弹性类型的结合材料(bonding material)结合到承受应力或应变的芯片而保持不承受应力。该芯片可起源于晶片上。第一晶片可切割(dice)单独的芯片。芯片的第二晶片可具有施加到其芯片周边的结合材料。来自第一晶片的芯片可单独地放置在第二晶片的每个芯片上使得基于周边的材料结合每对芯片。每对芯片可从第二晶片切割。也可采用其他配置和封装方案。

附图说明

图1是表面声波(SAW)谐振器传感器和形成在第一芯片上的天线的图；

图2是两个SAW谐振器传感器和形成在第二芯片上的天线的图；

图3a和3b是像图1的芯片的芯片晶片和像图2的芯片的芯片晶片，以及可产生覆盖芯片封装的用于晶片的对应盖的图；

图4是具有结合到具有两个SAW谐振器传感器的第二芯片的SAW谐振器传感器的第一芯片的封装的图；

图5是图4的封装装在保护材料涂层中的图；

图6是盖结合到图1的芯片以形成覆盖的芯片封装的图；

图7是盖结合到图2的芯片以形成覆盖的芯片封装的图；

图8是两个覆盖的芯片封装结合在其盖上以产生封装到封装的封装图；

图9是图8的合成封装装在保护材料涂层中的图；以及

图10a和10b揭示了制造SAW应变仪的方法。

具体实施方式

土木工程事物(像建筑、桥梁、雨水排水道、钢筋混凝土管等等)中资产的结构健康监测(SHM)似乎呈现为重要的控制技术和商业机会，其目的是保持资产的安全操作并且消除人类丧生的任何风险或由于不同的污染介质影响环境的质量。例如，桥梁的结构健康监测可防止桥梁垮掉的事故，或可防止由于雨水排水钢筋混凝土管中机械完整性的损失导致的水污染，其然后可允许不同的潜在工业污染进入废水系统。此外，在工业过程控制中，资产例如泵、热交换器、炉、管道等等的结构健康监测似乎变得更加必要，用于通过基于状态维护(CBM)来取代基于计划的维护从而节省金钱和时间。类似地，在航空宇宙应用的领域中，结构健康监测方法看起来是有必要的，以使飞机所有关键元件真实健康条件受到控制。在生物医学应用的领域中，监测人类的健康或在健康运动期间人类身体的反应可强加利用传感器的小型化系统。

为了保持环境的质量，需要分布在广大区域上的传感器系统的网络来监督上述这样的资产。SHM系统运行的关键需求是感测系统自身的稳键操作。对于这样的SHM应用，可考虑无线的和无源的传感器系统，其中，想法是避免电池的任何使用，这是由于在其替换中与延迟有关的风险。对于这样的系统，无线传感器可组织在网络中，且它们可在自身之间通信以及与实际上收集所有信息的中央站通信，并且做决定，或与操作人员通信来最终决定关于待监测的系统的状态。这可能是结构健康监测方法的未来方案。

现在，在许多结构健康监测应用中，可采用一种简单和容易的方式来实现监测方案，其中，操作员拥有手持传感器读取器，其能够通过电感耦合从短距离(20cm以下)询问无线无源传感器，通过采用所谓的近场通信(NFC)原理，其看来好像是起始实现在许多新的蜂窝手机中，其因此可用作传感器读取器。对于这样的新的结构健康监测应用，可采用实现具有超低功耗的小型化传感器的新的感测原理和方法。

本公开可公开了差动无线无源表面声波(SAW)传感器，用于上述不同资产中的应变和温度监测。可以是压阻应变仪，其附着到(例如粘贴)待监测应变的基板。在基板中产生的传送到应变仪的任何应力可确定电阻值的变化，这是由于电阻几何尺寸和其电阻率二者的变化。由于上述原因，这样的应变仪可能是渴望电功率并且因此应该在无线应用中避免。在此可互换地使用术语“应力”和“应变”。

一种替代方法可结合具有低功耗且具有非常的应力灵敏度设备的SAW应变仪。例如，在扭矩应力施加到轴的特定情况中，其可分解为拉伸应力和压缩应力，它们均相对于轴的垂直轴线倾斜45度；该SAW谐振器型装置看起来是良好的无线无源扭矩传感器，具有建立良好的温度补偿和差动操作。