接触式检测模组及具有其的电子设备的制作方法

本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种接触式检测模组及具有其的电子设备。

背景技术：

苹果iphone7系列的压感指纹传感器开启了压感指纹的行业需求，oppor9s虽然为固态按钮设计但是没有压感，因此，目前除苹果外，业内尚未出现成熟的压感方案。

参见苹果公司的专利申请（公开号us2016/0033342a1）。

如图1所示，手机壳体300的中心具有圆形的开口（未标示），开口用于容纳接触式检测模组200并通过位于其中的接触式检测模组200传感信号。

这里，接触式检测模组200即为压感指纹传感器。

接触式检测模组200包括接触式检测组件200a及压电传感器200b。

接触式检测组件200a实质为指纹识别组件，指纹识别组件200a包括盖板201a、金属环202a及指纹传感芯片203a。

盖板201a的外轮廓呈圆形，盖板201a用于接收按压操作。

金属环202a的内侧形成有台阶部2021a。

指纹传感芯片203a设置于盖板201a的下方。

压电传感器200b包括弹性元件204b及电极205b。

弹性元件204b呈中空环状，弹性元件204b及电极205b位于盖板201a的下方，电极205b位于弹性元件204b的上下两侧，且弹性元件204b及电极205b均承载于台阶部2021b处。

这里，弹性元件204b及电极205b通过打线206与指纹传感芯片203a电性连接。

当盖板201a接收到按压操作时，弹性元件204b产生一定的形变，使得弹性元件204b两端的电极205b之间产生电容变化量，打线206将电容变化量传输至指纹传感芯片203a，而后指纹传感芯片203a再将电容变化量传导至处理单元进行处理，以识别用户按压操作。

另外，为了提高检测可靠性，还可于台阶2021b处设置多个压力检测点。

苹果公司的接触式检测模组200存在如下缺陷：

（1）利用带台阶部2021a的异型金属环202a来承载弹性元件204b，制作难度及制作成本均较高；

（2）弹性元件204b及电极205b通过打线206与指纹传感芯片203a电性连接，工艺复杂；

（3）为了防止压力不均衡造成检测误差而设置多个检测点意味着工艺成本进一步提高。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种接触式检测模组及具有其的电子设备，其结构简单，工艺复杂度低，寿命长，且可容忍一定的装配公差。

为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种接触式检测模组，包括：

接触式检测组件，其用于接收按压操作；

第一电极和与之相对设置的第二电极，第一电极和第二电极之间的距离随着接触式检测组件接收按压操作减小；

行程控制元件，用于限制接触式检测组件接收按压操作时所述第一电极和第二电极之间的最大相对行程；

电容检测电路，用于检测所述第一电极和第二电极形成的电容值。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述接触式检测组件为指纹识别组件。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一电极和第二电极设置在指纹识别组件的内部。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一电极和第二电极设置在所述指纹识别组件下方。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述行程控制元件具有弹性且用于支撑指纹识别组件，且所述行程控制元件提供与按压操作产生的按压力反向的复位力。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述行程控制元件设置在第一电极和第二电极之间，所述第二电极的底部设置顶柱，所述顶柱位于所述第二电极下表面中间区域。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述行程控制元件为刚性元件。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述行程控制元件设置在第一电极和第二电极之间，行程控制元件具有弹性。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述行程控制元件是中空型弹性元件。

作为本发明一实施方式的进一步改进，在接触式检测模组内部具有柔性电路板，柔性电路板的第一表面与指纹识别组件电性连接，柔性电路板的第二表面形成所述第一电极，所述第二表面与所述第一表面相对设置。

作为本发明一实施方式的进一步改进，接触式检测模组还包括用以支撑所述指纹识别组件的承托件，所述承托件处形成所述第二电极。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一电极和第二电极设置在指纹识别组件的底部。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述行程控制元件设置在第一电极和第二电极之间，所述第二电极的底部设置顶柱，所述顶柱位于所述第二电极下表面中间区域。

作为本发明一实施方式的进一步改进，接触式检测模组还包括柔性电路板，柔性电路板弯折以至少部分包覆所述第一电极上表面及所述第二电极下表面，且所述柔性电路板上形成有供所述顶柱穿过的贯穿孔。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述行程控制元件为刚性中空型元件。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述行程控制元件具有弹性且设置在第一电极和第二电极之间。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述行程控制元件是中空型弹性元件。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一电极板及所述第二电极板由钢片制成。

为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式还提供一种电子设备，包括具有孔洞的壳体及如上任意一项技术方案所述的接触式检测模组，所述接触式检测模组位于所述孔洞内。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明一实施方式的两电极直接位于接触式检测组件的下方，结构简单，工艺复杂度低，寿命长，且配合电容检测电路进行电荷量-压力值的检测，实现压电传感器压力值的检测过程不受受压位置的精度限制，避免压力不均衡造成的检测误差，使得接触式检测模组可容忍一定的装配公差。

附图说明

图1是现有技术接触式检测模组剖视图；

图2是本发明一实施方式的电子设备示意图；

图3是本发明一实施方式的接触式检测模组第一角度立体图；

图4是本发明一实施方式的接触式检测模组第二角度立体图；

图5是本发明一实施方式的电容与电容检测电路配合示意图；

图6是本发明一实施方式的接触式检测模组爆炸图；

图7是本发明一实施方式的接触式检测模组剖视图；

图8是本发明一实施方式的的接触式检测模组剖视侧视图；

图9是本发明第一示例的接触式检测模组剖视图；

图10是本发明第二示例的接触式检测模组剖视图；

图11a是本发明第三示例的接触式检测模组剖视图；

图11b是图11a中局部放大图；

图12a是本发明第四示例的接触式检测模组剖视图；

图12b是本发明第四示例的第一电极和第二电极被压弯示意图；

图13是本发明第五示例的接触式检测模组剖视图；

图14是本发明第六示例的接触式检测模组剖视图；

图15是本发明第七示例的接触式检测模组剖视图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

在本申请的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大，因此，仅用于图示本申请的主题的基本结构。

另外，本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向（旋转90度或其他朝向），并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。

如图2所示，为本发明一实施方式的电子设备100的部分结构示意图。

电子设备100包括壳体101及接触式检测模组10。

所述壳体101上具有一容纳所述接触式检测模组10的孔洞1011。

电子设备100通过接触式检测模组10进行按压信号的传感。

需要说明的是，电子设备100可为手机、pad、电子书等等。

在本实施方式中，结合图3至图8，接触式检测模组10包括接触式检测组件11、电容12以及电容检测电路13。

接触式检测组件11用于接收按压操作。

接触式检测组件11可为指纹识别组件，此时，接触式检测模组10用于指纹信号的传感，指纹信号例如可以进行电子设备100的解锁操作、应用程序支付操作等等。

当然，接触式检测组件11也可为其他组件，不以上述说明为限。

接触式检测组件11包括金属环111、盖板112及指纹传感芯片113。

盖板112的外轮廓呈圆形，盖板112用于接收按压操作。

当然，盖板112也可为其他形态，例如为腰圆形等等。

金属环111的内侧形成有台阶部1111，该台阶部1111用于承载盖板112。

指纹传感芯片113设置于盖板112的下方。

在本实施方式中，电容12包括相对设置的第一电极121、第二电极122，所述第一电极121和第二电极122设置在接触式检测组件11的底部。

这里，“接触式检测组件11的底部”实质是指所述第一电极121和第二电极122至少部分凸伸出接触式检测组件11，结合图8，可以看到，此时接触式检测组件11未完全包覆第一电极121及第二电极122，第二电极122暴露在金属环111的外部。

第一电极121和第二电极122位于所述接触式检测组件11下方，接触式检测组件11在按压操作下受到压力，此时，所述第一电极121和第二电极122受到下压力，第一电极121和第二电极122之间的距离减小。

在第一电极121和第二电极122之间还设置有行程控制元件123，所述行程控制元件123为刚性元件，所述行程控制元件123具有弹性且用于支撑接触式检测组件11，且所述行程控制元件123提供与按压操作产生的按压力反向的复位力。

这里，行程控制元件123有两个作用，其一，在第一电极121和第二电极122之间形成间隔以使得第一电极121和第二电极122形成空气电容；其二，第一电极121和第二电极122受到下压力弯曲时，第一电极121和第二电极122之间的相对最大行程受到行程控制元件123限制。

在本实施方式中，行程控制元件123为中空型弹性元件，具体可为中空型圆环状弹性元件，第一电极121和第二电极122为具有弹性的钢片，其自身的弹力能够使其在受到按压操作发生形变后恢复。

所述第一电极121及所述第二电极122的其中之一连接所述电容检测电路13，其中另一连接地端gnd。

这里，电容检测电路13用于检测所述第一电极121和第二电极122形成的电容值。

具体的，电容检测电路13用于检测所述第一电极121和第二电极122在接触式检测组件11接收的按压操作下受到压力时所述电容12的变化量，例如在第一电极121和第二电极122因压力产生弹性形变时，第一电极121和第二电极122之间的距离减小，根据电容相关公式（c=εs/4πkd，c=q/u，其中，c为电容，ε为常数，s为第一电极和第二电极之间，d为上下电极板的距离，k为静电力常量，q为电荷量，u为电压），可以看到，当接收到的按压操作的压力值n增大时，距离d减小，电荷量q增大，电荷量q与压力值n呈正比，也就是说，电容检测电路13可以通过检测电荷的方式来检测电容的大小，从而间接测得按压操作的压力值n的大小。

这里，接触式检测模组10的电容12直接位于接触式检测组件11的下方，结构简单，工艺复杂度低，寿命长，且配合电容检测电路13进行电荷量-压力值（q-n）的检测，实现电容检测电路13压力值n的检测过程不受受压位置的精度限制，避免压力不均衡造成的检测误差，使得接触式检测模组10可容忍一定的装配公差。

需要说明的是，接触式检测模组10对于指纹的识别操作及按压操作压力值n的检测操作之间没有必然的先后关系，其可根据实际情况而定。

在本实施方式中，所述接触式检测模组10还包括顶柱15，所述顶柱15位于所述第一电极121上表面中间区域和/或所述第二电极122下表面中间区域。

这里，以顶柱15位于第二电极122的中间区域为例。

顶柱15可与第二电极122一体成型，或是第二电极122的中间区域形成一容纳所述顶柱15的凹槽以稳定顶柱15的位置，又或是，当接触式检测模组10组装至电子设备100中时，利用电子设备100中的一些结构件（例如锅仔片中的弹片结构）作为顶柱15。

在本实施方式中，顶住15为一实心柱体结构，其上端顶住第二电极122，其下端支撑在电子设备100内部的力学结构上。

可以看到，电容12的受力区域面积大于所述顶柱15的受力区域面积。

当接触式检测模组10接收到按压操作时，在顶柱15作用下，即使是很小的压力值n，所述第一电极121及所述第二电极122之间的距离也会发生变化，如此，便于提高检测灵敏度，而且，顶柱15的设置可以有效确定电容12的受压位置，提高检测精度。

结合前述说明，由于本实施方式的电容检测电路13检测的电荷量q与电容12所受的压力值n呈正比，而与电容12的受压位置无关，此时允许顶柱15的安装位置发生变化或存在一定的装配公差，降低了装配难度及工艺复杂度。

在本实施方式中，接触式检测模组10还包括柔性电路板16，柔性电路板16用以电性连接所述电容12及所述电容检测电路13。

柔性电路板16的第一表面与指纹识别组件（接触式检测组件11）电性连接，柔性电路板16的第二表面形成所述第一电极121，所述第二表面与所述第一表面相对设置。

所述柔性电路板16弯折以至少部分包覆所述第一电极121上表面及所述第二电极122下表面，且所述柔性电路板16上形成有供所述顶柱15穿过的贯穿孔161，但不以此为限。

可以理解，第一电极121及第二电极122通过柔性电路板16与电容检测电路13电性连接，而柔性电路板16的上端面与指纹传感芯片113连接，如此，实现整个接触式检测模组10内部的有序紧密连接。

在本实施方式中，第一电极121的厚度大于第二电极122的厚度，第一电极121被贴合在柔性电路板16的背面，第一电极121与指纹传感芯片113分别贴合在柔性电路板16相对两侧的相应位置。

这里，第一电极121不仅起到电极的作用，还起到芯片补强板的作用，芯片补强板是防止指纹传感芯片113受力破裂的加强件。

第一电极121同时作为芯片补强板使用，能够减小整个接触式检测模组10在纵向方向上的厚度。

下面，介绍本发明电容12的几种具体示例，为描述方面，类似的部件采用类似的编号。

在第一示例中，结合图9，第一电极121a和第二电极122a设置在接触式检测组件11的底部。

第一电极121a和第二电极122a之间的行程控制元件123a为弹性元件，行程控制元件123a为整片式结构。

在图9中，行程控制元件123a填充了第一电极121b和第二电极122b之间的间隙，行程控制元件123a为具有弹性的介电材料层，优选的介电材料为弹性绝缘泡棉，泡棉的微观结构内部具有很多中空的孔，该孔可以维持泡棉的弹性。

在第二示例中，结合图10，第一电极121b和第二电极122b设置在接触式检测组件11的底部。

第二示例的行程控制元件123b与第一示例的行程控制元件123a材料相同，其区别在于，第二示例的行程控制元件123b为中空环状结构。

在第三示例中，结合图11a，第一电极121c和第二电极122c设置在接触式检测组件11的内部。

这里，“接触式检测组件11的内部”实质是指所述第一电极121c和第二电极122c位于接触式检测组件11围成的空间内，结合图11a，可以看到，此时接触式检测组件11完全包覆第一电极121c及第二电极122c。

指纹传感芯片113c贴合在盖板112c的底部，指纹传感芯片113c的底部与柔性电路板16c贴合，在柔性电路板16c远离指纹传感芯片113c的一面设置第一电极121c，第二电极122c设置在第一电极121c的下方，第一电极121c与第二电极122c之间形成一定间隙。

这里，柔性电路板16c仅包覆所述第一电极121c的上表面。

在本示例中，接触式检测模组10还包括用以支撑所述接触式检测组件11的承托件114c，承托件114c位于金属环111c的底部，承托件114c与金属环111c一体成形。

承托件114c与金属环111c之间形成一供柔性电路板16c穿出的开孔。

所述承托件114c的处形成所述第二电极122c，这里，所述第二电极122c安装在所述一体成形的承托件114c上以形成电容，与第一示例、第二示例不同的是，本示例的柔性电路板16c不需要弯折以部分的包覆第二电极122c。

在本示例中，行程控制元件123c设置在金属环111c内部的台阶部1111c上，盖板112c被固定在行程控制元件123c之上，行程控制元件123c为弹性泡棉，行程控制元件123c的厚度小于第一电极121c和第二电极122c之间的间隙，使得第一电极121c和第二电极122c之间达到最大相对行程时也不会短接。

结合图11b，行程控制元件123c的泡棉内部具有中空的气孔1231c，气孔1231c使得泡棉具有弹性，从而使得行程控制元件123c在受压后能够恢复原状。

在第四示例中，结合图12a和图12b，第一电极121d和第二电极122d设置在接触式检测组件11的内部。

指纹传感芯片113d贴合在盖板112d的底部，指纹传感芯片113d底部与柔性电路板16d贴合，在柔性电路板16d远离指纹传感芯片113d的一面设置第一电极121d，第一电极121d与柔性电路板16d贴合并实现电连接，第二电极122d设置在第一电极121d的下方，第一电极121d与第二电极122d之间形成一定间隙，与第三示例不同的是，本示例的在第一电极121d和第二电极121d之间设置有中空型介电材料124d，例如玻璃、陶瓷、蓝宝石等。

在本示例中，在金属环111d的底部设置有承托件114d，承托件114d与金属环111d一体成形，在承托件114d底部中心位置设置有顶住15d。

需要说明的是，顶柱16d也可以是承托件114d的一部分。

结合图12b，在按压操作的压力作用下，所述第二电极122d中心位置会随着顶住15d的阻力而发生弹性形变，第一电极121d和第二电极122d的周缘区域因为有中空型介电材料124d支撑而不会发生形变。

在本示例中，第一电极121d和第二电极122d由具有弹性的钢片制成，设置在盖板112d和台阶部1111d之间的形成行程控制元件123d的泡棉在盖板112d不受操作按压力时，辅助盖板112d复位。

需要说明的是，这里的中空型介电材料124d可以是与行程控制元件123d类似或相同的结构，下面的说明也相同。

在第五示例中，结合图13，第一电极121e和第二电极122e设置在接触式检测组件11的内部。

指纹传感芯片113e贴合在盖板112e底部，指纹传感芯片113e底部与柔性电路板16e贴合，在柔性电路板16e远离指纹传感芯片113e的一面设置第一电极121e，第二电极122e设置在第一电极121e的下方，第一电极121e与第二电极122e之间形成一定间隙，在所述间隙内填充介电材料124e，介电材料124e为整片式，所述介电材料124e为泡棉，在泡棉的内部具有气孔，气孔使得泡棉具有弹性。

在本示例中，按压操作压缩泡棉，第一电极121e与第二电极122e之间的间隙缩小，利用相应的电容检测电路检测出电容的变化，电容变化反映操作时安压力的大小。

在本示例中，设置在盖板112e和金属环111e内台阶部1111e之间的形成行程控制元件123e的泡棉在盖板112e不受操作按压力时，辅助盖板112e复位。

在第六示例中，结合图14，第一电极121f和第二电极122f设置在接触式检测组件11的内部。

指纹传感芯片113f贴合在盖板112f底部，指纹传感芯片113f底部与柔性电路板16f贴合，在柔性电路板16f远离指纹传感芯片113f的一面设置第一电极121f，第二电极122f设置在第一电极121f的下方，第一电极121f与第二电极122f形成一定间隙，在所述间隙中填充介电材料124f，所述介电材料124f为泡棉，在泡棉的内部具有气孔，气孔使得泡棉具有弹性。

与第五示例不同的是，本示例的第一电极121f和第二电极122f之间的介电材料124f为弹性中空结构。

在按压操作所述盖板112f时，第一电极121f、第二电极122f之间的间隙缩小，利用相应的电容检测电路检测出电容的变化，电容变换反映操作时按压力的大小。

在本示例中，第一电极121f和第二电极122f由具有弹性的钢片制成，设置在盖板112f和金属环111f内的台阶部1111f之间的形成行程控制元件123f的泡棉在盖板112f不受操作按压力时，辅助盖板112f复位。

在第七示例中，结合图15，第一电极121g和第二电极122g设置在接触式检测组件11的内部。

指纹传感芯片113g贴合在盖板112g底部，指纹传感芯片113g底部与柔性电路板16g贴合，与第六示例不同的是，本示例第一电极121g直接形成在柔性电路板16g远离指纹传感芯片113g的一面。

在本示例中，在金属环111g的底部设置有承托件114g，承托件114g与金属环111g一体成形，与第六示例不同的是，本示例直接使用承托件114g作为第二电极122g。

在本示例中，省略独立的第一121g、第二电极122g这些零件能够减少整个接触式检测模组10的厚度，同时减少复杂度。

需要说明的是，本发明的接触式检测模组10的结构说明不以上述示例为限，上述示例也可进行合理的组合而形成新的示例。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。