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CN105453423A - 互连装置以及使用这种互连装置的模块 - Google Patents

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CN105453423A
CN105453423A CN201480027491.7A CN201480027491A CN105453423A CN 105453423 A CN105453423 A CN 105453423A CN 201480027491 A CN201480027491 A CN 201480027491A CN 105453423 A CN105453423 A CN 105453423A
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CN
China
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resonator
pcb
electric conducting
conducting material
elasticity
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Application number
CN201480027491.7A
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约翰·马克·蒂舍尔
克里斯多夫·詹宁斯·马德森
罗杰·保罗·曼
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Rapid Diagnostek Inc
Original Assignee
Rapid Diagnostek Inc
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Publication date
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Abstract

公开了互连装置和使用这样的互连装置的模块和系统的各种实施例。在一个或多个实施例中，互连装置可以包括印刷电路板(PCB)。PCB可以包括形成弹性可偏转元件的基板、设置在基板上的导电材料、以及设置在弹性可偏转元件上并且电连接到导电材料的电触头。互连装置还可以包括连接器，连接器包括连接销，连接销配置为与PCB的弹性可偏转元件的电触头电连接并且当元件接触连接销时引起弹性可偏转元件偏转。

Description

互连装置以及使用这种互连装置的模块
本申请要求2013年5月23日提交的美国临时申请号为61/826,941、题名为“具有可偏转的互连元件的谐振器总成”的申请的优先权，上述申请的公开内容通过引用以其全部内容并入本文。
背景技术
压电装置例如薄膜体声波谐振器(TFBAR)和类似的技术像石英晶体微天平(QCM)用作质量检测器已有一段时间。压电谐振器的一个应用是检测非常少量的材料。在这样的应用中用作传感器的压电谐振器有时被称为“微天平”。压电谐振器典型地构造为夹在两个电极层之间的薄的平面的晶体或多晶压电材料层。当用作传感器时，谐振器被暴露于待检测的材料以允许材料结合在谐振器的表面上。
待检测的材料常常是分析物。选择性地结合分析物的结合配体(例如，抗体等)可以相对于谐振器的表面固定。当分析物接触谐振器的表面时，表面上的质量增加。质量改变导致谐振器的谐振相位、频率等的改变。
检测结合在谐振器的表面上的材料的量的一种常规方式是将谐振器作为振荡器在其谐振频率操作。由于待检测的材料结合在谐振器表面上，所以谐振器的振荡频率降低。测量推测是由材料在谐振器表面上的结合而引起的谐振器的振荡频率的这种变化，并将其用于计算结合在谐振器上的材料的量或材料在谐振器的表面上累积的比率。
压电谐振器在空气中作为材料传感器的灵敏度理论上与谐振频率的平方成正比。参见，例如，G·绍尔布赖，物理学杂志(ZeitschriftfirrPhysik)155(2)：206-222。因此，根据普遍石英晶体谐振器的材料传感器的灵敏度受它们的相对低的振荡频率限制，其振动频率通常从几个MHz到约100MHz的范围变动。薄膜谐振器(TFR)技术的发展可能产生具有显著提高的灵敏度的传感器。薄膜谐振器可以通过在基板上沉积压电材料——例如AIN或ZnO——的薄膜来形成。由于薄膜谐振器中压电层的小厚度，其在几个微米的数量级，薄膜谐振器的谐振频率在1GHz的数量级。高谐振频率和相应的高灵敏度使得薄膜谐振器可用于材料感测应用。
不管所采用的技术，与压电谐振器分析物测量系统相关的电连接应该足够稳固。常常这样的系统包含包括谐振器的模块或卡盒(cartridge)和可以接收模块或其一部分并且当模块通过相关装置接收时可以可操作地连接到谐振器的其它电路和相关仪器或装置。相关装置可以包括任何适合的或期望的电气部件，例如电源、处理器、存储器、信号发生器以及相关电路(例如，用于产生谐振波)、检测部件以及相关电路(例如，用于检测由于分析物结合导致的波的变化)等。存储器可以包含引起相关仪器产生波并检测波的变化的计算机可读指令。适合的电路和相关装置的示例在美国专利号为5,932,953和8,409,875的专利中进行了描述，它们中的每个在此通过引用以它们各自的全部内容在它们不抵触本公开的范围内并入本文。
发明内容
总体来说，本公开提供了一种互连装置以及使用这样的装置的模块和系统的各种实施例。
在一个方面，本公开提供了一种互连装置，其包括印刷电路板(PCB)。PCB可以包括形成弹性可偏转元件的基板、设置在基板上的导电材料、以及设置在弹性可偏转元件上并且电连接到导电材料的电触头。互连装置进一步包括含有连接销的连接器，连接销配置为与PCB的弹性可偏转元件的电触头电连接并且当元件接触连接销时引起弹性可偏转元件偏转。
在另一个方面，本发明提供了一种谐振器传感器模块，其包括模块接口和电连接到模块接口的谐振器。模块接口包括印刷电路板(PCB)，PCB包括形成弹性可偏转元件的基板、设置在基板上的导电材料、以及设置在弹性可偏转元件上并且电连接到导电材料的电触头。谐振器电连接到导电材料。
在一个或多个实施例中，谐振器传感器模块可以被包括在用于测量存在于流体样品中的分析物材料的相互作用的结合动力学的谐振器传感器系统。系统还包括通过互连装置可操作地连接到谐振器传感器模块的测量装置，互连装置包括谐振器传感器模块的模块接口和测量装置的连接器。测量装置包括配置为驱动谐振器进行振动的驱动电路、配置为测量表示谐振器的振动的谐振特性的谐振器输出信号的测量电路、以及可操作地连接到驱动电路和测量电路的控制器。
本发明的这些以及其它方面将从下面的具体实施方式中显而易见。然而，在任何情况下，上述发明内容不应被理解为是对要求保护的主题的限制，主题仅通过所附的权利要求限制，因为在审查期间可以进行修改。
附图说明
贯穿整个说明书，参考了附图，附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1是互连装置的一个实施例的示意图。
图2是图1的互连装置的示意横截面侧视图。
图3是图1的互连装置的示意横截面侧视图。
图4是图1的互连装置的印刷电路板(PCB)的第一主表面的平面示意图。
图5是图1的互连装置的PCB的第二主表面的平面示意图。
图6是图1的互连装置的连接器的顶表面的示意分解图。
图7是图1的互连装置的连接器的底表面的示意透视图。
图8是谐振器传感器系统的一个实施例的示意透视图。
图9是谐振器传感器模块的一个实施例的示意分解图。
图10是图9的谐振器传感器模块的顶表面的平面示意图。
图11是图9的谐振器传感器模块的底表面的平面示意图。
图12是谐振器传感器系统的另一个实施例的示意图。
具体实施方式
总体来说，本公开提供了一种互连装置以及使用这样的装置的模块和系统的各种实施例。在一个或多个实施例中，互连装置可以包括印刷电路板(PCB)和配置为与PCB电连接的连接器。此外，在一个或多个实施例中，PCB包括形成弹性可偏转元件的基板、设置在基板上的导电材料、以及设置在弹性可偏转元件上并且电连接到导电材料的电触头。在一个或多个实施例中，连接器可以包括连接销，连接销配置为与PCB的弹性可偏转元件的电触头电连接并且当元件接触连接销时引起弹性可偏转元件偏转。可偏转元件的弹性性质导致力通过连接销施加到可偏转元件。在一个或多个实施例中，力足以引起可偏转元件的触头和连接销之间的稳固的电连接。在一个或多个实施例中，已经发现，通过从电路板形成“指状物”来形成弹性可偏转元件，可以在弹性可偏转元件的触头和相关装置之间形成足够稳固的电连接。这样的“指状物”或弹性可偏转元件可以通过PCB中的槽或狭缝来形成。
如在此所指出的，一个或多个传感器(例如，谐振器)可以与PCB关联。传感器可以与PCB的导电材料可操作地连接。
任何适合的PCB可以用于形成具有一个或多个触头的一个或多个弹性可偏转元件。在一个或多个实施例中，PCB包括一个或多个不导电基板，电气部件、导电线路、接触焊盘或诸如此类设置在不导电基板上。导电线路、接触焊盘等可以在被层压到不导电基板上的板中形成或可以以任何其他适合的方式设置在基板上。在基板的一侧上的导电材料可以通过在基板中形成的贯穿孔(via)或通孔连接到基板的另一侧上的导电材料。如果PCB包括多个层，设置在一层上的导电材料可以通过贯穿孔连接到另一层上的导电材料。
例如，图1是互连装置10的一个实施例的示意透视图。如图1所示，互连装置10包括印刷电路板(PCB)12和连接器40。任何适合的PCB12和连接器40可以在互连装置10中使用。
在一个或多个实施例中，互连装置10可以提供耐用的连接，其允许两个或更多个装置、部件、设备、或系统多次连接和断开而不损害装置之间的电连接的完整性。任何适合的装置、部件、设备、以及系统可以使用互连装置10电连接，如在此进一步描述。在一个或多个实施例中，装置10可以提供部件之间的密封的连接以防止部件的连接和内部电路暴露于各种环境因素，例如，湿气，灰尘等。任何适合的技术或技术的组合可以用于保护互连装置不受外部环境的影响。
互连装置10可以以任何适合的配置设置在一个或多个部件中。例如，在一个或多个实施例中，PCB12可以设置在一个部件的壳体或外壳中并且连接器40可以设置在另一个部件的壳体或外壳中。
PCB12可以包括任何PCB。例如，图4是图1的PCB12的基板14的第一主表面18的平面示意图，以及图5是PCB12的基板14的第二主表面20的平面示意图。
PCB12包括基板14。基板14可以包括任何适合的材料或材料的组合。在一个或多个实施例中，基板可以包括电绝缘材料。
基板14形成弹性可偏转元件16。如在此所使用的，短语“弹性可偏转元件”是指通过PCB的基板形成的一个或多个元件，其可以通过连接器偏转一次或多次以提供PCB和连接器之间的电连接并且当元件不再通过连接器偏转时返回到它们原始的配置和/或形状。弹性可偏转元件16可以使用任何适合的技术或技术的组合来形成。
虽然图1和4-5示出了PCB12包括5个弹性可偏转元件16，但是本公开的PCB可以包括任何适合数量的弹性可偏转元件，例如，1、2、3、4、5或更多的弹性可偏转元件。
每个弹性可偏转元件16可以提供PCB12和相关装置之间的一个以上电连接或通路。例如，在一个或多个实施例中，每个弹性可偏转元件16可以经由连接器40提供PCB12和相关装置之间的离散通道或通路。如在此所使用的，通道是指离散的电子通路，数据或电信号可以通过该通道传送。
此外，每个弹性可偏转元件16可以包括任何适合的尺寸和形状或形状的组合。例如，如图所示，每个弹性可偏转元件16采用了大体上矩形的形状。在一个或多个实施例中，弹性可偏转元件16可以采用大体上方形形状、曲线形状等。弹性可偏转元件16也可以在每个元件之间具有任何适合的间距。可替代地，在一个或多个替代实施例中，一个或多个弹性可偏转元件16可以连接到相邻元件，使得这样的元件之间没有空隙。
导电材料22设置在基板14上。任何适合的材料或材料的组合可以用于导电材料22。在一个或多个实施例中，导电材料22可以是导电的，使得可以在设置在PCB12上的各种部件或装置与连接器40之间提供电连接，如在此进一步描述。在一个或多个实施例中，成形或形成导电材料22以提供设置在PCB12上或与PCB12关联的各种部件或装置与连接器40之间的导电线路或传输线。也可以形成导电材料22以提供用于将一个或多个部件或装置26、28电连接到导电材料22的焊盘或触头30。
导电材料22可以设置在基板14的第一主表面18和第二主表面20中的一个或两个上。任何适合的技术或技术的组合可以用于形成PCB12上的导电材料22。在一个或多个实施例中，导电材料22可以设置在第一主表面18和第二主表面20中的两个上，并且一个或多个贯穿孔或通孔可以穿过基板14设置以将设置在第一主表面18上的导电材料22与设置在第二主表面20上的导电材料电连接。
PCB12还包括设置在一个或多个弹性可偏转元件16上的一个或多个电触头24。总体来说，电触头24电连接到导电材料22以经由连接器40提供从设置在PCB12上或与PCB12关联的一个或多个部件26、28到相关装置或系统的电通路，如在此进一步描述。虽然被描述为设置在每个弹性可偏转元件16上，但是电触头24可以设置在任何适合数量的弹性可偏转元件上，例如，1、2、3、4、5、或多个可偏转元件。此外，任何适合数量的电触头24可以设置在单独的弹性可偏转元件16上。
电触头24可以使用任何适合的技术或技术的组合设置在弹性可偏转元件16上。在一个或多个实施例中，电触头24可以通过形成贯通可选绝缘层32和/或第二绝缘层36的一个或多个贯穿孔来设置，可选绝缘层32可以设置在第一主表面18上的导电材料22上，第二绝缘层36设置在第二主表面20上所设置的导电材料上。这样的贯穿孔可以在PCB12的第一主表面18和第二主表面20中的一个或两个上形成。
电触头24可以由与导电材料22相同或不同的材料或材料的组合形成。在一个或多个实施例中，当形成导电材料22时，电触头24设置在基板14的第一主表面18和第二主表面20中的一个或两个上。此外，电触头24可以是任何适合的尺寸并且可以采取任何适合的形状或形状的组合。
如在此所提到的，印刷电路板12还可以包括设置在基板14的第一主表面18上的绝缘层32和第二主表面20上的第二绝缘层36。为了清楚起见，绝缘层32在图4中未示出。绝缘层32、36可以包括提供导电材料22的电绝缘或隔离的任何适合的材料或材料的组合。此外，在一个或多个实施例中，绝缘层32、36也可以保护导电材料22不受外部环境的影响。在一个或多个实施例中，绝缘层32、36中的一个或两个可以设置成使得导电材料22在绝缘层和基板14之间。
PCB12可以包括任何其他适合的结构。例如，PCB12包括提供对一个或多个部件的访问的槽或开口34，如在此进一步描述。PCB12可以包括用于为了各种测试提供对部件的访问的任何适合数量的槽或开口。如图1所示，PCB12还包括可以提供对部件的访问——例如，用于分血器采样——的槽或开口35。
此外，在一个或多个实施例中，印刷电路板12可以包括在任何适合的制造过程中用于对准PCB的标记。例如，标记可以设置在PCB12的一个或两个表面18、20上以对准PCB，用于在PCB上设置一个或多个集成电路或电子部件，如在此进一步描述。在一个或多个实施例中，PCB12可以包括可以用于将PCB附接到装置或设备的壳体或外壳的任何适合数量的开口。
在一个或多个实施例中，一个或多个电子部件或装置可以设置在PCB12上，使得它们电连接到导电材料22。例如，在一个或多个实施例中，一个或多个部件26、28可以设置在PCB12的第一主表面18和第二主表面20中的一个或两个上并且电连接到导电材料22。任何适合的电子部件或部件可以设置在PCB12上，例如，集成电路(例如，控制器、开关、存储器等)、传感器(例如，谐振器等)。这样的部件可以使用任何适合的技术或技术的组合电连接到导电材料22。此外，这样的部件可以使用任何适合的导电材料电连接到PCB12。在一个或多个实施例中，部件26、28可以通过导电焊盘或触头30电连接到导电材料22。
在一个或多个实施例中，部件26的每个端子可以电连接到分立的电触头24，并且部件28的每个端子可以电连接到分立的电触头。在一个或多个替代实施例中，电子部件的一个或多个端子可以电连接到相同的电触头。此外，在一个或多个实施例中，部件26的一个或多个端子可以与部件28的一个或多个端子连接到相同的电触头。
互连装置10还包括连接器40。图1的互连装置10的连接器40在图6-7中更详细地示出。图6是连接器40的示意分解图，以及图7是连接器40的底表面46的示意透视图。
连接器40可以设置在相关装置的外壳或壳体内，如在此进一步描述。例如，连接器40可以使用任何适合的技术或技术的组合附接到PCB或这样的相关装置的接口。在一个或多个实施例中，立柱58可以设置在装置40的本体42的顶表面44和底表面46中的一个或两个上。在相关装置的电路板上也可以设置可以将连接器40接地的一个或多个屏蔽60。屏蔽60可以通过接触这样的销的金属层57电连接到一个或多个连接销50。经由金属层57连接到屏蔽60的销50可以提供共同接地点。未电连接到屏蔽60的销50可以使用切口56与金属层57隔离。
连接器40还可以包括具有配置为接收连接销50的开口45的本体42。在一个或多个实施例中，本体42可以包括用于每个销50的开口45。在一个或多个实施例中，本体42可以包括配置为接收两个或更多个销50的开口45。
如图6所示，本体42可以包括第一部分47和第二部分49。在一个或多个实施例中，第一部分47可以包括电绝缘材料。并且在一个或多个实施例中，第二部分49可以包括导电材料。
本体42的第一部分47可以配置为接收第二部分49，使得第二部分位于第一部分中的凹槽43内。连接器40可以通过将第二部分49放置在第一部分47的凹槽43内进行装配。每个销50可以定位在本体42的开口45中。在一个或多个实施例中，销50可以包括两个或更多个部分，使得第一部分定位在本体42内并且第二部分然后附接到第一部分。
连接器40可以配置成使得当连接器与PCB电连接时，其提供连接器和PCB12之间的密封。例如，连接器40可以包括围绕本体42的周边的垫圈48以当PCB12和连接器接合时隔离它们之间的电连接。
连接器40包括一个或多个连接销50。在一个或多个实施例中，一个或多个连接销50可以是固定的。如在此所使用的，短语“固定的连接销”是指当与互连装置10的PCB12的弹性可偏转元件16接触时保持固定到位的销或立柱。虽然被示为包括5个连接销50，但是连接器40可以包括任何适合数量的连接销，例如，1、2、3、4、5、或多个连接销。
连接销50可以采用任何适合的形状或形状的组合。此外，连接销50可以包括提供从PCB12到与连接器40关联的装置的电通路的任何适合的材料或材料的组合。
本体42可以采用任何适合的形状或形状的组合。在一个或多个实施例中，本体42可以包括台阶以接收垫圈使得连接器40密封在相关装置内。
每个连接销50可以包括第一端52和第二端54。第一端52配置为接触设置在PCB12的弹性可偏转元件16上的电触头24。连接销50的第二端54配置为与PCB的触头或焊盘或相关装置的其他接口进行电连接。
每个连接销50也配置为当元件接触销50时引起PCB12的弹性可偏转元件16偏转。例如，图2-3是图1的互连装置10的示意横截面侧视图。图2示出了当PCB12和连接器40间隔开时的互连装置10。如图2中可以看到，PCB12的弹性可偏转元件16处于非偏转状态，使得弹性可偏转元件与PCB的基板14的平面11大体上平行。如在此所使用的，短语“大体上平行”是指含有一个或多个弹性可偏转元件的平面与基板14的平面11形成不大于5度的角度。在一个或多个实施例中，弹性可偏转元件16的非偏转状态是它们的松弛状态(即，在没有通过接触连接器40的连接销50施加的外力的情况下它们呈现的配置)。根据它们的弹性性质，元件16在偏转后可以大体上返回其松弛状态。
如图3所看到的，连接销50配置为当元件接触销时引起一个或多个弹性可偏转元件16偏转，使得弹性可偏转元件与PCB12的基板14的平面形成任何适合的角度θ，从而将PCB电连接到连接器40。例如，在一个或多个实施例中，销50配置为引起一个或多个弹性可偏转元件16偏转，使得它们与PCB12的基板14的平面11形成大于5°、大于10°或大于15°的角度θ，在一个或多个实施例中，一个或多个偏转的弹性可偏转元件16与基板14的平面11之间的角度θ不大于90°、不大于70°、不大于60°、或不大于50°。在一个或多个实施例中，连接销50可以引起弹性可偏转元件16在±90°、±80°、±70°、±60°、±50°、±40°、±30°、±20°、±10°、或±5°的角度θ范围内偏转。总体来说，由连接销50引起的偏转足以将电触头24与连接销电连接而不会引起PCB12上的不想要的张力，例如不会引起PCB的破裂或龟裂。虽然不希望被任何特定的理论束缚，但是弹性可偏转元件16的偏转提供了电触头24和销50之间的足够的力，使得PCB12和连接器40之间的电连接被保持。
任何适合量的力可以通过销50提供至弹性可偏转元件16。在一个或多个实施例中，每个销50可以提供至少2oz的力到相关元件16。在一个或多个实施例中，每个销50可以提供不大于10oz的力到相关元件16。在一个或多个实施例中，每个销50可以提供2-5oz的力到相关元件16。
虽然在图1-7中未示出，但是互连装置10可以包括任何适合的对准结构或机构，使得PCB12的电触头24可以与连接器40的销50对准。
总之，互连装置10可以和任何适合的设备、装置、部件或系统一起使用以提供两个或更多个装置之间的电连接。例如，图8是谐振器传感器系统100的示意透视图。在一个或多个实施例中，谐振器传感器系统100可以用于测量存在于流体样品中的分析物材料的相互作用的结合动力学。系统100包括谐振器传感器模块110和配置为在模块端口114接收模块的相关测量装置112。
如图8所示，系统100是便携式系统，可以用于在现场需要的点的诊断测试。虽然系统100被描述为是便携式的，但是在一个或多个实施例中，系统可以在实验台上或在更永久的配置中使用。虽然在图8中未示出，但是系统100可以包括用于连接到因特网或以其他方式传送信息的设备和电路，例如一个或多个USB端口、无线连接、或诸如此类。在一个或多个实施例中，系统100配置有网络接口设备和相关固件/驱动器，其使系统能够自动启动网络查询以获得特定的传感器模块的校准常数。本实施例避免了对本地保持校准数据的需要。相反，当附接新的谐振器传感器模块时，仪器确定与特定的传感器模块相关的序列号(使用RFID(射频识别设备)、条形码扫描等)并且使用该信息来形成它的查询。具有特定的传感器校准数据的数据库可以存储在位于实验室设施、或远程(例如，在制造商的工厂)的服务器上，在这种情况下，查询所经由的网络是广域网(WAN)，例如因特网。
模块端口114配置为接收谐振器传感器模块110。在一个或多个实施例中，模块端口114包括对准谐振器传感器模块110使得弹性可偏转元件(例如，图1的元件16)的触头(例如，图1的触头24)与连接器(例如，图1的连接器40)的连接销(例如，图1的销50)对准的对准结构(未示出)。任何适合的对准结构可以用于将谐振器传感器模块110与测量装置112对准。
谐振器传感器模块110可以包括任何适合的谐振器传感器模块或装置，例如，在韦伯斯特的共同审理且共同提交的PCT专利申请号为PCT/XXXXXX/XXXXXX(代理案卷号680.00010201)、题名为“两部分总成”的申请中描述的谐振器传感器模块。例如，图9-11是可以与图8的系统100一起使用的谐振器传感器模块200的一个实施例的示意图。图9是谐振器传感器模块200的示意分解图，图10是模块的顶表面226的示意横截面平面图，以及图11是模块的底表面228的示意横截面平面图。
谐振器传感器模块200包括第一部分202和第二部分204。第一部分202包括印刷电路板(PCB)210上的通道206和传感器208。PCB210可以包括任何适合的PCB，例如，图1的互连装置10的PCB12。此外，模块200可以包括任何适合的一个或多个传感器208。
例如，在一个或多个实施例中，传感器208可以包括一个或多个谐振器。在此所描述的谐振器可以是薄膜谐振器(TFR)。薄膜谐振器可以包括沉积在基板上的压电材料的薄层或薄膜，而不是使用例如AT切石英(AT-cutquartz)。压电薄膜通常具有小于约5微米的厚度，例如小于约2微米，并且可以具有小于约100纳米的厚度。在一个或多个实施例中，薄膜谐振器可以是优选的，因为它们的高的谐振频率和理论上更高的灵敏度。根据应用，可以形成薄膜谐振器以支持纵向或剪切体声波(bulk-acousticwave)谐振模式。在一个或多个实施例中，形成谐振器以支持剪切体声波谐振模式，因为它们可能更适合于在液体样品中使用。
在以下专利中描述了关于可以采用TFR的传感器装置和系统的其它细节，例如在1999年8月3日公告的德雷斯等人的美国专利号为5,932,953、题名为“用于使用压电谐振器检测材料的方法和系统”的专利以及2013年4月2日公告的乔哈尔等人的美国专利号为8,409,875、题名为“用谐振传感器测量结合动力学”的专利中。
TFR传感器可以用任何适合的方式并且由任何适合的材料制成。举例来说，谐振器可以包括基板(例如硅晶片或蓝宝石)、布拉格镜面层或其他适合的隔音装置、底部电极、压电材料以及顶部电极。
任何适合的压电材料可以在TFR中使用。适合的压电基板的示例包括钽酸锂(LiTa03)、铌酸锂(LiNb03)、氧化锌(ZnO)、氮化铝(A1N)、锆钛酸铅(PZT)以及类似物。
电极可以由任何适合的材料形成，例如铝、钨、金、钛、钼、或类似物。电极可以通过气相沉积来沉积或可以通过任何其它适合的方法来形成。
在一个或多个实施例中，模块200的谐振器208可以包括含有用于分析物材料的结合位点的感测谐振器和不含分析物材料的任何结合位点的参考谐振器，如在韦伯斯特的PCT专利申请号为PCT/XXXXXX/XXXXXX(代理案卷号为468.00010201)、题名为“两部分总成”的申请中进一步描述。
在一个或多个实施例中，模块200可以包括利用两个大体上不同的PCB的背靠背PCB配置。在一种方法中，在一个PCB上的谐振器位于偏离中心而在其他PCB上的谐振器位于中心。在这种配置中，参考和感测谐振器在它们之间仍然可以有足够的距离，以减少两个谐振器之间的串扰(crosstalk)。在本发明的另一个方面，两个PCB上的谐振器可以构造成使得背靠背PCB配置导致参考和感测谐振器直接相对。
在一个或多个实施例中，根据待检测的材料，感测谐振器涂覆有与参考谐振器不同的材料。通过改变谐振器上的涂层，所公开的系统可以允许化学和/或生物材料的各种诊断测试的普遍使用，而无需改变其它系统结构部件中的任何一个。用于化学和/或生物材料的谐振位移检测的传感器在现场检测能力、小样本尺寸、最低限度受训练的人员、低的直接和间接成本、以及可电子传送的数据方面有效地允许对于各个化学和/或生物材料的检测的快速响应时间。
虽然在图9中不一定可见，但是PCB210包括槽(例如，PCB12的槽34)，至少传感器208的压电层位于位于该槽中。第一部分202还包括三个不同的粘附膜212a、212b和212c。粘附膜212a、212b和212c连同通道206和PCB210和传感器208的至少一部分形成流体通路。这个特定的示例性传感器总成还包括废液芯214，废液芯214在流体通路中或与流体通路流体连通。废液芯214的作用是容纳来自流体通道的溢出流体。这个特定的示例性传感器总成还包括至少一个并且在该实施例中是两个疏水孔216。疏水孔216的作用是提供用于计量的液体阻挡部并且当使用外部泵时防止液体进入到仪器中。
第二部分204是圆形的，并且配置成围绕中心点旋转。第二部分204包括八(8)个孔(由孔218示出)。在本实施例中的孔218具有泪珠形状。例如泪珠形状的形状可以提供空间的有利利用，但是也应该指出的是，其它形状例如圆形形状也可以是适合的。还应当指出的是，第二部分的一部分壳体不包括孔。没有孔的部分可以用于第一和第二部分装配时的导引器的位置。需要指出的是，用于初始装配时放置导引器的空孔不能是样品引入孔，因为它必须可用于样品的引入。还应当指出的是，该功能可以通过附加的空孔(而不是空隙)实现。在该特定实施例中，孔通过一部分材料或一块材料密封，例如，密封件220。在本实施例中，密封件220是由金属箔制成的。该特定实施例的密封件220包括定位在空隙上的两个开口。这些开口可以允许与导引器放置的有利装配。
传感器总成200的这个特定的实施例还包括垫圈层222。垫圈层222可以由稍微兼容(以允许垫圈类型的功能)的任何材料制成，并且在一些实施例中，垫圈材料不吸收足够量的液体。垫圈层222可以是有利的，因为一旦它们被导引器刺穿，它可以起作用以密封孔。在一些实施例中，垫圈层222可以附接到密封件220(例如经由粘合剂)，或与密封件220一体形成。
谐振器传感器模块200可以包括与谐振器流体连通的各种一个或多个流道，含有分析物的流体样品可以跨过流道流动。流道可以与可以跨过谐振器的表面引出的含有或不含有分析物的一种或多种试剂连通。谐振器可以与PCB210关联。谐振器传感器模块200还包括用于电连接到相关装置或系统——例如，图8的装置112——的互连装置224(例如，图1的互连装置10的PCB12)。
任何适合的技术或技术的组合可以与图8的系统100一起使用，用于检测试验材料。例如，体声波压电谐振器可以用作传感器以检测分析物。这样的谐振器可以包括在在此所描述的谐振器传感器模块中，例如，模块200。谐振器通常包括压电材料的平面层，形成谐振器的电极的两个单独的金属层结合到该平面层的相对侧。当谐振器通过谐振器的谐振频带中的信号来驱动时，谐振器的两个表面可以自由地进行振动。当谐振器用作传感器时，其至少一个表面适于提供待检测的材料的结合位点。谐振器的表面上的材料的结合改变了谐振器的谐振特性，并且检测和解读谐振特性的变化以提供关于待检测的材料的定量信息。
举例来说，这样的定量信息可以通过检测由待检测的材料在谐振器的表面上的结合引起的谐振器的插入相移的变化来获得。这样的传感器不同于将谐振器作为振荡器操作并且监测振荡频率的变化的那些传感器。相反，这样的传感器将谐振器插入在预先选择的频率的信号的路径中并且监测由待检测的材料在谐振器表面上的结合引起的插入相移的变化。
任何适合的分子识别部件可以结合到谐振器的表面上。分子识别部件优选选择性地结合目标分析物。举例来说，分子识别部件可以从由核酸、核苷酸、核苷、核酸类似物例如PNA和LNA分子、蛋白质、肽、包括IgA、IgG、IgM、IgE的抗体、凝集素、抗体片段、酶、酶辅因子、酶底物、酶抑制剂、受体、配体，激酶、蛋白A、聚尿苷酸、聚腺苷酸、聚赖氨酸、三嗪染料、硼酸、硫醇、肝素、多糖、考马斯蓝、天青A、金属结合肽、糖、碳水化合物、螯合剂、原核细胞和真核细胞组成的组中进行选择。
模块接口224可以包括任何适合的结构，使得接口可以将模块200连接到相关装置。在一个或多个实施例中，接口224可以包括在模块200的第一部分202中形成的一个或多个弹性可偏转片或指状物225，使得模块配置为接合相关装置(例如，测量装置112)的连接器(例如，图1的连接器40)。在一个以上实施例中，指状物225配置为与相关装置的连接器的壳体互锁，使得模块牢固地连接到相关装置。
返回到图8，系统100包括测量装置112。装置112通过互连装置——例如，图1的互连装置10——可操作地连接到谐振器传感器模块110。互连装置可以包括谐振器传感器模块110的模块接口(例如，模块200的模块接口224)和设置在装置112中的连接器(例如，连接器40)。互连装置可以密封成使得当谐振器传感器模块110经由模块端口114连接到装置112时其被保护不受环境的影响。一旦检测和测试完成，模块110就可以从装置112取下并且要么为额外的测试重新调节要么处置。
在一些实施例中，装置112可以包括数据存储设备，例如ROM或闪速EEPROM。数据存储设备可以用于通过包括当它关联谐振器传感器模块110时允许仪器理解系统100的特定用途的软件或识别信息为特定的市场应用设置仪器。例如，只读存储器可以包含用于与模块110的输出信号有关的仪器的解释逻辑的基本信息或算法指令，其可以用于将系统100限制到特定的应用，例如仅限于以下用途之一：兽医应用、毒理学应用、药物滥用的应用、转基因(GMO)谷物应用。
数据存储设备也可以包含传感器类型的特定信息，例如在后生产测试期间所确定的模块110的一个或多个谐振器的基本频率范围或近似谐振频率。例如，当新的传感器连接到仪器时，信息可以减少传感器检测和校准设置时间。在相关实施例中，数据存储设备包含由在工厂时为传感器单独确定的查找码索引的校准修正常数的查找表。在各种其它实施例中，查找码可以经由印刷标签、条形码标签或使用RFID标签来提供。
在一个或多个实施例中，模块110可以包括只读存储器(ROM)或具有各个传感器模块其自身的特定的校准常数的小闪存装置。此数据可以根据从制造单独的模块110的制造的批量中取出的代表性样品上进行的工厂校准来提供。
在此描述的谐振器传感器模块的各个实施例可以和任何适合的测量装置一起使用以提供用于测量存在于流体样品中的分析物材料的相互作用的结合动力学的谐振器传感器系统，例如，在美国专利号为8,409,875的专利中描述的装置。例如，图12是系统300的一个实施例的示意图，系统300包括谐振器传感器模块310和测量装置312。谐振器传感器模块310可以包括在此描述的任何谐振器传感器模块，例如，图9-11的模块200。模块310包括模块接口330。
如图所示，测量装置312通过模块接口330可操作地连接到谐振器传感器模块310。任何适合的互连装置可以用于将测定装置312可操作地连接到模块310，例如，图1的互连装置10。
装置312包括驱动电路350、测量电路360、以及可操作地连接到驱动电路和测量电路的控制器370。
驱动电路350配置为驱动模块310的传感器(例如，图4的传感器26)进行振动，如在此进一步描述。驱动电路350可以包括任何适合的一个或多个装置以用这种方式驱动谐振器，例如，合成器、独立电流源、独立电压源、电压控制振荡器(VCO)、逆波振荡器(BWO)以及它们的组合。
驱动电路350配置为在任何适合的一个或多个频率驱动一个或多个传感器(例如，谐振器)。在一个或多个实施例中，驱动电路350配置为在其谐振频率驱动一个或多个传感器。在一些实施例中，驱动电路350配置为在第一频率驱动一个传感器并且在第二频率驱动第二传感器。例如，谐振器传感器模块310可以包括一个或多个感测谐振器和一个或多个参考谐振器。因此，驱动电路350将配置为在第一频率驱动一个或多个感测谐振器并且在第二频率驱动一个或多个参考谐振器。在一些实施例中，第一频率大体上等于第二频率。在其他实施例中，第一频率不同于第二频率。
系统300还包括配置为测量表示模块310的一个或多个传感器的振动的谐振特性的一个或多个谐振器输出信号的测量电路360。测量电路360可以包括任何适合的一个或多个装置以测量这些输出信号，例如，增益/相位检测器、放大器、滤波器、模拟数字电路(ADC)、数字模拟电路(DAC)、混频器、定向耦合器、射频接收器、以及它们的组合。
图12所示的实施例的测量装置312还包括控制器370。控制器370可操作地连接到驱动电路350和测量电路360。控制器370可以包括任何适合的一个或多个装置，例如，微处理器、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、模拟控制电路、专用集成电路(ASIC)、计算机、以及它们的组合。在一些实施例中，控制器370可以包括硬件和软件的组合，例如通过微处理器系统和一组指令来实现控制器的功能。在一个或多个实施例中，控制器370可以被实施为二者的组合，具有单独通过硬件促进的某些功能和通过硬件和软件的组合促进的其它功能。可以利用各种适合的微处理器系统——包括但不限于，一个或多个微控制器、一个或多个数字信号处理器、以及诸如此类——连同适合的接口电路、数据存储、功率调节系统等，根据需要来实现控制器的功能。
在一个或多个实施例中，控制器370配置为执行各种测量功能，如在美国专利号为5,932,953和8,409,875的专利中进一步描述的。例如，在一些实施例中，控制器370配置为根据感测谐振器输出信号的特性变化的检测——例如，一个或多个感测谐振器的谐振频率——来检测接触模块310的一个或多个感测谐振器中的至少一个的流体样品的引入。并且在一些实施例中，控制器370配置为响应于流体样品的引入的检测来开始分析物材料与一个或多个感测谐振器中的至少一个的结合动力学的测量。
在一个或多个实施例中，控制器370进一步配置为根据输出信号的特性变化的发生的时间来监测自时间参考起的一个或多个谐振器输出信号。此外，在一些实施例中，控制器370配置为检测一个或多个感测谐振器中的至少一个和一个或多个参考谐振器中的至少一个从以下特性组成的组中选出的谐振特性的阶跃变化：频率、反射或透射相位角、反射或透射振幅、或它们的任意组合。并且在一些实施例中，控制器370进一步配置为根据结合动力学来确定流体样品中分析物的浓度的度量。
控制器370进一步配置为发送控制信号到装置(例如，图4的装置28)。例如，控制器370可以配置为发送控制信号到开关以将开关定位在第一位置或第二位置。在一个或多个实施例中，开关的第一位置可操作地连接感测谐振器和模块接口330，并且第二位置可操作地连接参考谐振器和模块接口。控制信号经由模块接口提供至开关。任何适合的开关和电路可以用于操作地连接模块接口330和谐振器传感器模块310的一个或多个谐振器，例如，在蒂舍尔的PCT专利申请号为PCT/XXXXXX/XXXXXX(代理案卷号为468.00050201)、题名为“谐振器传感器模块和使用这样的谐振器传感器模块的系统及方法”的申请中所描述的那些。
在此所使用的所有科学和技术术语具有在本领域中通常使用的含义，除非另有规定。在此所提供的定义是为了便于在此频繁使用的某些术语的理解并且不意味着限制本公开的范围。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述”包含具有复数对象的实施例，除非该内容另外明确规定。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“或”总体上以其包括“和/或”的意义使用，除非该内容另外明确规定。术语“和/或”是指所列出的元件中的一个或全部或所列出的元件中的任意两个或更多个的组合。
如在此所使用的，“有(现在时)”、“有(进行时)”、“包括(现在时)”，“包括(进行时)”，“包含(现在时)”，“包含(进行时)”或诸如此类以它们的开放式意义使用，并且总体上是指“包括，但不限于”。应该理解的是，“基本上由……组成”、“由......组成”以及诸如此类把“包含”以及诸如此类包括在内。如在此所使用的，“基本上由...组成”，当它涉及组合物、产品、方法或诸如此类时，是指组合物、产品、方法或诸如此类的部件限于所列举的部件和实质上不影响组合物、产品、方法或诸如此类的基本和新颖特征(一个或多个)的任何其它部件。
词语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可以提供某些益处的本发明的实施例。然而，在相同或其他情况下其他实施例也可以是优选的。此外，一个或多个优选实施例的叙述并不意味着其它实施例没有用，并且不旨在从本公开包括权利要求的范围排除其它实施例。
另外在此，端点的数值范围的叙述包括包含在该范围内的所有数字(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等，或者，10或更小包括10、9.4、7.6、5、4.3、2.9、1.62、0.3等)。在值的范围是“直到”特定的值的情况下，该值包括在范围内。
在此参考的任何方向，例如“顶部”、“底部”、“左”、“右”、“上”、“下”、以及其它方向和取向，为了清楚起见在此参考附图进行了描述并且不作为实际的装置或系统或装置或系统的使用的限制。在此所描述的装置或系统可以在若干方向和取向中使用。
在此明确包含通过引用以其全部内容并入本公开的在此所引用的所有参考文献和出版物，除了可能直接抵触本公开的范围。讨论了本公开的说明性实施例，并且参考在本公开的范围内的可能的变化。在不脱离本公开的范围的前提下，本公开中的这些以及其他变化和修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，并且应当理解的是，本公开不限于在此所阐述的说明性实施例。因此，本公开仅由下面提供的权利要求限定。

Claims (21)

1.一种互连装置，包含：
印刷电路板(PCB)，包含：
形成弹性可偏转元件的基板；
设置在所述基板上的导电材料；以及
设置在所述弹性可偏转元件上并且电连接到所述导电材料的电触头；以及
包含连接销的连接器，所述连接销配置为与所述PCB的所述弹性可偏转元件的所述电触头电连接并且当所述元件接触所述连接销时引起所述弹性可偏转元件偏转。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述连接器进一步包含具有配置用于接收所述连接销的开口的本体。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述连接销是固定的。
4.根据权利要求2-3中的任一项所述的装置，其中所述连接器进一步包含围绕所述本体的周边定位的垫圈。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的装置，其中所述PCB进一步包含绝缘层，所述绝缘层设置成使得所述导电材料处在所述绝缘层和所述基板之间。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述电触头包含穿过所述绝缘层形成的、直到所述导电材料的贯穿孔。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的装置，其中所述导电材料和电触头设置在所述PCB的所述基板的第一主表面上。
8.根据权利要求1-6中的任一项所述的装置，其中所述导电材料设置在所述PCB的第二主表面上，并且所述电触头设置在所述基板的第一主表面上，其中所述电触头通过延伸穿过所述基板的一个或多个贯穿孔电连接到所述导电材料。
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的装置，进一步包含设置在所述PCB的第一主表面上并且电连接到所述导电材料的电子部件。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述电子部件包含传感器。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述电子部件包含谐振器。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述谐振器包含体声波谐振器。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述体声波谐振器包含剪切模式体声波谐振器。
14.根据权利要求11所述的装置，其中所述装置包含第二谐振器和将所述谐振器和所述第二谐振器可操作地连接到所述导电材料的开关。
15.一种谐振器传感器模块，包含模块接口和电连接到所述模块接口的谐振器，其中所述模块接口包含印刷电路板(PCB)，所述印刷电路板包含：
形成弹性可偏转元件的基板；
设置在所述基板上的导电材料；以及
设置在所述弹性可偏转元件上并且电连接到所述导电材料的电触头；
其中所述谐振器电连接到所述导电材料。
16.根据权利要求15所述的模块，其中所述谐振器包含体声波谐振器。
17.根据权利要求15所述的模块，其中所述谐振器包括含有用于分析物材料的结合位点的感测谐振器和不含用于所述分析物材料的结合位点的参考谐振器。
18.根据权利要求17所述的模块，其中所述模块进一步包含开关，所述开关包含可操作地连接所述感测谐振器和所述模块接口的第一位置和可操作地连接所述参考谐振器和所述模块接口的第二位置。
19.一种谐振器传感器系统，其用于测量存在于流体样品中的分析物材料的相互作用的结合动力学，包含：
权利要求15-18中的任一项所述的谐振器传感器模块；以及
测量装置，所述测量装置通过互连装置可操作地连接到所述谐振器传感器模块，所述互连装置包含所述谐振器传感器模块的模块接口和所述测量装置的连接器，其中所述测量装置包含：
驱动电路，所述驱动电路配置为驱动所述谐振器进行振动；
测量电路，所述测量电路配置为测量表示所述谐振器的所述振动的谐振特性的谐振器输出信号；以及
控制器，所述控制器可操作地连接到所述驱动和测量电路。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述连接器将所述测量装置电连接到所述谐振器传感器模块的所述模块接口，所述连接器包含连接销，所述连接销配置为与所述PCB的所述弹性可偏转元件的所述电触头电连接并且当所述元件接触所述连接销时引起所述弹性可偏转元件偏转。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述测量装置进一步包含配置为接收所述谐振器传感器模块并且将所述电触头与所述连接销对准的模块端口。
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