专利名称：具有介电层的箔型开关元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及箔型开关元件，其包括借助垫片彼此间隔一定距离地设置的第一载体箔和第二载体箔。该垫片包括至少一个凹陷，其限定该开关元件的有源区域。在所述第一和第二载体箔之间，至少两个电极按以下方式设置在开关元件的有源区域中，即响应作用于开关元件的有源区域上的压力，第一和第二载体箔抵抗弹性载体箔的反作用力而被挤压在一起，并且在该至少两个电极之间建立电接触。
在本领域中公知几种此类箔型开关元件。这些开关中的一部分配置成简单开关，包括例如设置在第一载体箔上的第一电极和与第一平面电极成面对关系地设置在第二载体箔上的第二电极。所述电极可以具有基本上覆盖有源区域内相应的载体箔的整个表面的平面型结构。
本领域公知的其他开关元件配置成具有电阻的压力传感器，其随所施加的压力量而发生变化。在此类压力传感器的第一实施例中，第一电极设置在第一载体箔上，而第二电极以与第一电极成面对关系地设置在第二载体箔上。至少所述电极之一由压敏材料(例如，半导体材料)层覆盖，从而，当第一和第二载体箔响应作用于开关元件上的力而被挤压在一起时，就在第一和第二电极之间通过该压敏材料层建立电性接触。通常将此类压力传感器称作按所谓的“直通模式(through mode)”工作。
在压力传感器的另一实施例中，第一和第二电极以相间隔的关系设置在第一和第二载体箔之一上，同时用压敏材料层覆盖另一载体箔。该压敏材料层设置为与第一和第二电极呈面对的关系，从而当响应作用于开关元件的有源区域上的力而将所述第一和第二载体箔挤压在一起时，压敏材料层并联(shunt)第一和第二电极。这些传感器称作按所谓的“并联模式(shunt mode)”工作。
可以以具有成本效益的方式制造上述开关元件并且已经证明上述开关元件在实践中极为耐用和可靠。
此类开关元件的电气响应取决于电极的类型、是否存在可能的压敏材料层、电极的设计以及它们在开关元件的有源区域中的布局，并最终取决于物理接触，该物理接触响应作用于有源区域上的力而建立在电极之间。在作用于有源区域上的力的情况下，电极之间的物理接触由开关元件的机械响应确定。这种机械响应取决于载体箔(通常为PET箔)的弹性、有源区域的侧向尺寸以及两个相对载体箔之间的距离。
在制造过程中，通常将电极印刷在它们相应的载体箔上。在这种印刷工艺中，载体箔易受位于与印刷电极的导电性材料的边界上的表面张力的作用。这些表面张力可以导致载体箔发生变形，这取决于电极的结构，而电极在开关元件的有源区域上可能是不均匀的。
载体箔和印刷电极的未受控制的变形必然改变有源区域中开关元件的结构。实际上，两载体箔之间的距离与名义距离不同并且在有源区域的整个区域上不再是均匀的。此外，电极受到相同变形的作用，电极的结构不再与具体规格相匹配。这些因素导致传感器的机械响应发生不受控制的改变，从而导致电气响应发生改变。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的箔型开关元件。
该目的是通过权利要求1的箔型开关元件实现的。该箔型开关元件包括第一载体箔和第二载体箔，两者借助垫片设置成相互间隔一定距离，所述垫片包括至少一个限定该开关元件的有源区域的凹陷。至少两个电极按以下方式在所述第一和第二载体箔之间设置于该开关元件的有源区域内，即，响应作用于该开关元件的有源区域上的压力，第一和第二载体箔抵抗弹性载体箔的反作用力而被挤压在一起，并且在该至少两个电极之间建立电接触。根据本发明，开关元件还包括介电材料层，在所述第一载体箔和设置于所述第一载体箔的电极之间将所述介电材料施加于所述第一载体箔上，所述介电材料层覆盖至少第一载体箔的一电极区域，该区域由设置在所述第一载体箔上的电极的总体外周来界定。
其中施加有介电材料的电极区域由限定该电极的大致凸起轮廓来界定，该电极将印刷在该载体箔上。由此可知，即使在复杂电极结构的情况下，例如在梳状电极的情况下，其中将材料直接施加于载体箔的区域具有大致凸起形式。施加介电材料层，从而防止基板在有源区域的电极区域中发生不均匀的变形，其中介电材料层覆盖整个电极区域。即使如果由于施加介电层而导致载体箔发生变化，这种变形在电极区域也基本上是均匀的，从而可以受到控制或者补偿。从而，电极的结构和载体箔布局不会由制造过程而以不受控制的方式发生变化，从而可以显著降低生产出与具体规格不一致的开关元件。
介电材料可以从很宽范围的适当材料进行选择，例如，PUR树脂、环氧树脂、有机硅树脂等。值得注意的是，介电材料优选为降低载体箔和所施加层之间的边界层的应力，从而最小化施加介电材料的过程中载体箔的变形。还值得注意的是，介电层也可以用作底层(primer)，其提高了印刷的导电性电极材料，例如银墨(silver ink)的粘附力。
取决于介电材料和介电材料的厚度，薄膜系统(载体箔和介电层)的机械特性可受到施加适当的介电材料的影响。例如，可以增加薄膜的硬度，从而控制处于作用于开关元件的有源区域上的压力的作用下的薄膜的变形。由此可知，可以通过施加适当的介电材料来以受控的方式影响开关元件的机械响应。
值得注意的是，与具有复杂结构的电极，例如具有梳状形式、环状扇形形式或者其他非凸起形式的电极相比，具有凸起形式的电极，例如盘状电极，更不易于受到影响而造成载体箔的不均匀变形。实际上，电极(例如梳状电极、环状扇形洗过你是的电极)的此类复杂结构是载体箔的不均匀变形的主要成因。由此可知，优选地将介电材料层施加于载体箔上，其上印刷有具有复杂结构的电极。
然而，在本发明的优选实施例中，将介电材料层施加于各个所述的载体箔上，而不考虑电极的结构。由此可知，在本实施例中，也可以将介电材料层在所述第二载体箔和设置于所述第二载体箔上的电极之间施加于所述第二载体箔上。开关元件的这一实施例具有以下优点，两个载体箔都提供有类似的机械特性，从而开关元件显示出类似的机械或者电气响应，而不考虑从哪一侧将力作用于有源区域上。
然而，值得注意的是，根据应用情况，两载体箔的不同介电层可以由不同材料制成或者具有不同厚度，从而第一和第二薄膜系统的机械特性彼此不同并且开关元件显示出不对称的特性。
在本发明的优选实施例中，在所述有源区域的基本上整个区域中向相应载体箔施加介电材料层。有源区域的整个表面的涂层保证在开关元件的整个有源区域上由施加介电层所造成的任何变形是均匀的。此外，有效地排除了由印刷电极的失准直(misalignment)造成的不均匀的变形。
在本实施例的变型中，所述介电材料层在所述有源区域的整个区域中被施加于相应载体箔上并且侧向延伸到所述有源区域之外。这表示介电材料层的外边界设置于载体箔和垫片材料之间。
借助本实施例，即使在垫片和载体箔轻微失准直的情况下，有源区域的整个区域也受到可靠地覆盖。从而，可以显著降低对不符合具体规格的开关元件的制造。
在进一步实施例中，所述介电材料层在所述载体箔的整个表面上向相应载体箔施加。虽然该实施例增加了所用介电材料的数量，但是与先前实施例的制造工艺相比，本实施例的制造工艺得到了显著地简化。
在非常简单并具有成本效率高的制造工艺中，通过例如丝网印刷工艺将介电材料层印刷在所述载体箔上。此类印刷工艺在本领域内是公知的并且允许以所需厚度施加高质量的可印刷材料层。值得注意的是，对于开关元件的通常应用，介电层的厚度应当尽可能小，以不改变载体箔的机械特性。从而，介电层的厚度通常更小于载体箔的厚度。介电层的一种可能的厚度位于载体箔厚度的10％范围内。然而，在特定应用中这种比例可以发生相当大变化。此外，根据应用和开关元件的所需机械响应，介电层的厚度在整个区域上可以是不一致的。换句话说，根据开关元件的实施例，所述介电材料层的厚度在有源区域上发生变化。
本领域技术人员应当理解，本发明可应用于简单的薄膜开关以及压敏开关。在简单薄膜开关的情况下，第一电极设置在所述第一载体箔的内表面上，第二电极以与所述第一电极面对的关系设置在所述第二载体箔的内表面上。在简单开关的变型中，第一和第二电极并排地设置在所述第一载体箔的内表面上，并联元件以与所述第一和第二电极面对的关系设置第二载体箔的内表面上。两电极可以包括例如梳状结构，两电极的齿以相互交错的关系设置。以与上述开关相似的方式配置箔型压力传感器。与这些开关相反，至少所述第一和第二电极之一由压敏电阻材料覆盖。在另一实施例中，所述并联元件包括电阻材料。由于压敏电阻材料或者半导体材料，这些压力传感器的电极之间的电阻取决于将两载体箔挤压在一起的压力。
从以下参照附图对几个未受限制的实施例进行的说明，本发明将变得更加明显，附图中图1示出具有由介电材料覆盖的两有源区域的开关元件的实施例；图2示出具有两有源区域的开关元件的实施例，其中介电材料层延伸出有源区域；图3示出具有两有源区域的开关元件的实施例，其中介电材料层覆盖整个载体箔。
附图标记列表10开关元件12，14有源区域16第一载体箔18第二载体箔20垫片22凹陷或切口24电极25介电材料层具体实施方式
对于具有两个有源区域12和14的简单的薄膜开关10，附图中示意性示出了本发明的不同实施例。开关元件10包括第一载体箔16和第二载体箔18，两者借助垫片20设置成间隔一定距离d。该垫片20包括两个凹陷或者切口22，从而垫片20环绕开关元件10的有源区域12和14。电极24在各个有源区域12和14中按以下方式设置于载体箔16和18的内表面上，即如果将载体箔挤压在一起，则电极24之间建立电接触。在所示的实施例中，在每个所述的载体箔上以面对的关系设置一个电极24。然而，值得注意的是，也可以采用其他布局，例如将两个相间隔的电极设置于载体箔之一上并且将并联元件(shunt element)设置于第二载体箔上。
介电材料层26在载体箔和相应的电极之间施加于各个载体箔上。优选地，至少在整个电极区域中(即，在由限定印刷在载体箔上的电极的大致凸起轮廓界定的区域中)将该介电材料印刷在载体箔上。由此可知，随后将可具有复杂结构的电极印刷在介电材料层上。
在图1的实施例中，介电材料层26在相应有源区域12或者14的整个区域上覆盖载体箔16和18。在图2的实施例中，介电材料层16在所述有源区域的整个区域中被施加于相应载体箔上并且横向延伸到所述有源区域之外。介电材料层相应地在开关元件的垫片区域中延伸。在图3的实施例中，介电材料层在相应载体箔的整个表面上延伸。
权利要求
1.一种箔型开关元件，包括第一载体箔和第二载体箔，二者借助垫片设置成相互间隔一定距离，所述垫片包括至少一个限定该开关元件的有源区域的凹陷，以及至少两个电极，其按以下方式在所述第一和第二载体箔之间设置于该开关元件的有源区域内，即，响应作用于该开关元件的有源区域上的压力，第一和第二载体箔抵抗弹性载体箔的反作用力而被挤压在一起，并且在该至少两个电极之间建立电接触，其特征在于，介电材料层，所述介电材料在第一载体箔和设置于所述第一载体箔的电极之间施加于所述第一载体箔上，所述介电材料层覆盖至少第一载体箔的一区域，该区域由设置在所述第一载体箔上的电极的总体外周来界定。
2.如权利要求1所述的箔型开关元件，其中介电材料层在所述第二载体箔和设置于所述第二载体箔上的电极之间施加于所述第二载体箔上。
3.如权利要求1或2所述的箔型开关元件，其中在所述有源区域的基本上整个区域中将所述介电材料层施加于相应的载体箔上。
4.如权利要求1或2所述的箔型开关元件，其中所述介电材料层在所述有源区域的整个区域中施加于相应的载体箔上并且所述介电材料层横向延伸到所述有源区域之外。
5.如权利要求1或2所述的箔型开关元件，其中所述介电材料层在所述载体箔的全部表面上施加于相应的载体箔上。
6.如上述权利要求中任一项所述的箔型开关元件，其中所述介电材料层是印刷在所述载体箔上的。
7.如上述权利要求中任一项所述的箔型开关元件，其中所述介电材料层的厚度在有源区域上发生变化。
全文摘要
一种箔型开关元件包括借助垫片彼此间隔一定距离设置的第一载体箔和第二载体箔，所述垫片包括至少一个限定开关元件的有源区域的凹陷。至少两个电极按以下方式在所述第一和第二载体箔之间设置于该开关元件的有源区域内，即，响应作用于该开关元件的有源区域上的压力，第一和第二载体箔抵抗弹性载体箔的反作用力而被挤压在一起，并且在该至少两个电极之间建立电接触。为了避免由施加电极而造成载体箔的不均匀变形，开关元件还包括介电材料层，介电材料在所述第一载体箔和设置于所述第一载体箔的电极之间施加于所述第一载体箔上，所述介电材料层覆盖至少第一载体箔的电极区域，该区域是由设置在所述第一载体箔上的电极的总体外周来界定的。
文档编号H01H13/702GK1732542SQ200380107497
公开日2006年2月8日 申请日期2003年12月8日 优先权日2002年12月9日
发明者沃纳·比克, 德里斯·沙巴赫, 伊薇斯·德科斯特, 曼纽尔·鲁朱 申请人:Iee国际电子及工程股份有限公司