专利名称：一种电键或键盘的制造方法和该方法的产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制造压电元件(称为压敏电键或键盘)的方法以及所得到的元件。
在大多数应用中，在所采用的压电材料的两侧配备有电极，并且相应的结构零件安装在该压电材料中。这种类型的压电电键的例子在欧洲专利0472888和瑞士专利600581中已作了描述。然而，制造这样的结构部件比较困难，因为它们由几个构件组成并且为了把它们安装在结构元件中需要高价的加工过程。因此，一个根据欧洲专利0472888的键盘包括至少二个薄膜，这二个薄膜载有条形导体和接触表面，以及用于每个电键的一个压电陶瓷薄层。为了组装一个键盘，薄膜和压电陶瓷薄层必须彼此相对地定位并且粘结在一起。安装压电陶瓷薄层费用很高，并对这样的键盘的生产效率及成本有所限制。
本发明的一个目的是提供一种这样结构的压电元件，使得在该元件的生产过程中可以基本上省去手工干预。本发明的一个更具体的目的是提供一个包括至少一个压电层的压电结构，该压电结构可以以一个改进的方式装到其操作位置上，并且不需要费力地组装及固定单个预先制备的压电元件。另一个目的是提供一个压电元件，在该压电元件中所有所述的元件(包括导电层和/或通道，压电层区域)以及所述的绝缘和隔开区域都可以按依次相同的顺序和基本上相似的工艺步骤涂敷在一个基层、支板或衬底上(例如可以采用所谓的“厚膜”或“薄膜”涂敷技术)，且可以按基本上任何一种所希望的形状和结构的结构涂层进行这样的涂敷。还有一个目的是提供一个可以以更经济的方式制造的压电元件，该压电元件的操作性能没有损害，甚至还有改进。更进一步的目的是提供一个经济的且系列地制造具有任何复杂性的压电结构(例如相当大的键盘)的方法。
这些及其它目的可以通过一个制造方法实现，即提供一个具有至少一个第一导电区域的基层。在第一导电区域上涂敷一薄层液体压电初始材料，并且把该液体压电初始材料薄层转变成为牢固的粘着在第一导电区域的合成压电材料上的基本上凝固的均匀固体薄膜。与牢固地粘着在压电材料上的第一导电区域隔开地形成第二导电区域。这样就在一个键的位置提供了一个通常为单片的压电元件，该压电元件牢固地粘着于基层上并且包括组合的压电材料以及第一和第二导电区域。将组合的压电材料极化。再提供一个覆盖层。在邻近单片元件的区域还形成一个隔离物或隔开装置。采用流体沉积技术且最好采用网板印制来形成各种层，即导电区域、压电层以及优选的隔离物。
根据所采用的材料和压电材料及其它涂敷层的所需要的厚度，可以进行多次涂敷和转变或凝结步骤操作。为了进一步增加整个电键结构的厚度，可以在基层的两侧设置第一导电区域，并在基层上形成一对夹层结构。还有，也可以形成一个双晶压电夹层元件。这个方法也可以修改，即在第二电极上形成一个第二组合的压电材料，并且在第二组合的压电材料上形成一个附加电极。
本发明的另一个优点是该涂敷加工技术允许除了导电层、绝缘层和压电层结构以外，还可以集成其它的元件，例如电阻、电容器或二极管。另外，可以获得以连续网或带形式的连续序列的压电体。
在下面通过附图对结构部件一些实施例的描述中可以理解本发明的其它优点和应用。
图1是根据本发明的一个单个压电键结构的示意图。
图2是带有多个直接印在一个前板背后的电键的结构的示意图;
图3是一个键盘阵列的一个实施例的顶视图;
图4是沿图3的Ⅳ-Ⅳ线的键盘阵列的侧视图;
图5是沿图3的Ⅴ-Ⅴ线的键盘阵列的侧视图;
图6是一个压电转换器的一部分的侧视图;
图7是压电组合材料的剖面图;
图8是用于压电合成材料的电晕极化的装置的示意图;
图9是根据本发明的一个单个压电键的另一个实施例的剖面图;
图10是根据本发明的一个双晶的单个压电键的剖面图;
图11是图10的压电键的一个变化的剖面图;
图12是根据本发明在基层上的一个共面或“指状的”装置中的一个电键或键盘的电极的一个示意的和断开的顶视图;
图13是根据本发明通过采用流体沉积技术在电极对上涂敷了压电层之后的图12的顶视图;
图14是图13所示结构的剖面图。
图1表示了一个键盘的一个单个压电键的结构。该结构具有一个支板或基层1，一个第一导体层2，一个压电层3，一个第二导体层4，一个绝缘或保护层5和一个接合层或隔开层6，该接合层或隔开层6把该电键连接到一个支持薄金属片或支持板8上。在接合层6中，一个中空空间7位于固定电键的压力点9下面的凹处。
就这种装置而论，沿所画的箭头方向向压力点9施加一个压力会导致压电层3的弯曲，通过压电效应会导致在导体层2和4之间产生一个电压。用一个电子线路连续导体层2和4，该电子线路即可以检测到这个电压并且发出一个键盘驱动信号。
在这个例子中，可以用几个网板印制步骤来制造该电键，其中可以把层2到6作为涂层印制在支板层1上，或作为薄金属片粘接在支架层1上。压电层3和导体层2和4彼此牢固地粘接以形成一个牢固地粘接到支板层1上的大致呈单片的压电夹层元件。
在这种情况下，典型的层的厚度大约为从1μm到100μm。
值得注意的是，根据图1的结构是可以变化的。因此，例如可以采用一个薄金属层作为支板1，在支板上如图2所示印制上该结构，在这种情况下，可以直接采用金属薄层1作为一个键盘的前板。根据此应用，直接采用金属薄层1作为公用电极是有益的，如图2所示，因而可省略导电层2。还有，在金属薄层1和导电层2之间可以插入一个附加的绝缘层。
在另一个实施例中，可以省去接合层6和支持板8。通过把驱动力集中于电键表面的一点上就会产生压电层的弯曲，这可以通过，例如，适当地设计前板1的背面来完成。
在另一个实施例中，可以省去例如绝缘层5，尤其是当支持板8是不导电的或者具有与导体层4相同的电势时的情况。
在各个将要涂敷的层上可以加上图案，这个事实使得也有可能在一个单个支板层上涂敷带有多个分隔开的压电元件的更复杂的结构。图3到5表示，例如，一个键盘阵列的一部分。在这种情况下，把导体层2和4制成多个平行的行和列导体条，这些行和列导体条分别交叉在压电层3的岛状元件处。
图6表示了一个加上图案的元件的实施例，该元件可以把机械能转换为电能。在这种情况下，把导电层2和压电层3作为不带图案的表面涂敷。根据这个应用，第二导电层4可以加上条形或岛形的图案。当通过弯曲而使以此方式制成的结构元件受到机械应力时，例如，当该元件作为一个“指示器”在风中颤动时，正的或负的电荷聚集在层4的岛或条上，并通过2极管14整流，然后给电容器15充电。在这种情况下，可以通过薄膜或厚膜技术把二极管14以及电容器15集成在该结构元件上。
伴随压电效应的电致伸缩效应可以使根据本发明的一个结构元件的动作反向。在这种情况下，通过向电极供给一个电压，可能使压电层变形。因此，可以制作出(例如)价格非常低的声音发生器。
根据本发明的最优选实施例，可以根据图9的方法制造一个键盘或电键，该方法包括以下步骤(A)提供作为衬底的基层1，在基层1上粘结形成一个单片压电“夹层”，并且基层1成为最终的键盘或电键的一部分。
对这样一个基层的基本要求是，在其上至少有一个导电区域2。可以用不同的方法满足这个要求一个第一且经常优选的实施例是，采用一个有机聚合物的组合物的自支持薄膜，该有机聚合物的组合物主要包括一种电绝缘的热塑性聚合物或“丢洛塑料”聚合物，后者是一种既非弹性的也不是热塑性的聚合物，而是通过一个合适的方法(该方法包括(但不限于)热固方法)交联的聚合物。
有代表性的例子包括市场上销售的聚酯、聚碳酸酸、聚丙烯、酰胺、聚缩醛等的薄膜，厚度通常在大约50至2000μm的范围内。尽管期望基层薄膜有柔韧性，但不期望在张应力作用下有伸展的能力。因此，薄膜的分子最好有方向性，或者说有内在的结晶度。合适的薄膜对于老化是稳定的并且机械性能稳定;它们可以是半透明的、透明的、或者不透明的和/或带颜色的。例如由在100℃以上的变软温度展示的热稳定性是非常渴望有的，因为这将不限制一般对于干燥、凝结、固化或任何为制造单片在压电夹层元件所需要的热处理的温度适用范围。
在这样的有机聚合物基层上至少涂敷上一层导电区域2，涂敷或者是有选择的(即按预定的方式)，或者涂敷层作为一个表面层，涂敷采用常规的方法，包括印制一个图案(例如网板印制)、溅射、真空沉积或者类似的方法。导电区域2和4以及它们之间的压电材料的岛状物3可以是任何特殊的几何形状，例如，圆形，多边形，等等。重要的是，它们是响应于施加在上面的力9的一个确定区域，没有相互干扰。
适用于所述有选择地涂敷导电层的组合物可以从商业途径获得，并且一般包括一种粘合剂和一种导电材料，例如一种金属性颜料，像银或炭黑。一个特别的例子是从各种来源提供的“银涂料”。这样的涂料或油墨的粘度是根据涂敷采用的特殊方法进行选择的，例如根据涂敷至少一处导电区域(有时术语“第一电极层”是用来区分根据本发明的电键或键盘的第二或任何后面的导电层)的筛眼孔径(由常规的公制的或非公制的标准规定)进行选择。
在至少一个导电区域之间的粘接应能基本上防止在电键或键盘的正常使用期间脱开。粘接方法，例如常规的以离聚物、聚烯烃塑料树脂等为基础的蒸溅薄层，或者粘接表面处理(例如通过氧化或卤化聚合物基层片表面)可能是需要的，或者有利于改善至少一个导电区域对基层的粘着力。
另外，基层可以包括一种导电材料，例如一个金属片，该金属片可能具有但不是必须具有表面图案(例如由有机的或无机的导电材料经所说涂敷材料形成)。
(B)压电的初始材料本发明的一个基本特征是新颖的电键或键盘的压电层3(一层或多层)不是像在已有技术键盘中那样预制的，而是形成在并牢固地粘着到至少一个导电区域(导电区域又牢固地粘着于基层)。如上所述，这里所使用的“牢固地粘着”与“在电键或键盘的使用寿命期间的工作情况下的不可剥离”是同义的。已经发现，根据本发明可以实现这一特性，并且据信这一特性对商业上的可行性是必要的;另外，根据本发明的一个电键或键盘的任何层必须是凝固的。
在这里使用的关于根据本发明形成的压电材料的凝固层的术语“初始材料”是指任何能够以非固态(即流体状态)存在以便可以作为一个薄膜(术语“薄”是指厚度范围通常是1到大约100μm，最好当固化时小于20μm)涂敷的系统。图7表示了一个适合于采用印制技术涂敷的组合系统。在该系统中，粉碎了的压电陶瓷材料10悬浮在一种粘合剂11中。粘合剂必须具有尽可能高的硬度以便使得力可以尽可能地传递到颗粒上。
优选的初始材料是一种“压电涂料”，该术语“压电涂料”一般是指由压电材料的(或由压电材料制成的)精细均匀分开的固体材料构成的液体系统。这样的固体材料一般是PZT-型(铅-锆-钛)并且通常称作“陶瓷的”压电材料;它们可以从各种商业途径获得。这里所使用的压电固体颗粒尺寸的典型范围是从大约0.5至20μm，优选的是从1至10μm，特别是大约1至5μm。该下限取决于有效产品的可获得性，而不是根据本发明的选择。另一方面，据信该上限对于本发明的大多数应用来说是极为重要的，因为这是由这样的材料形成的固体层的凝固性和均匀性所要求的。
把压电陶瓷粉末的浓度选择得很高，以便保证在尽可能多的邻近的陶瓷碎片之间的机械接触，这一般来说对应于在油墨基(或媒液)和陶瓷材料之间的容积比在0.1到10范围内。为了保证力尽可能有效地传到颗粒上，这是必须的。在这种情况下，由对干燥的材料的粘着力和机械阻力的要求就限制了陶瓷的含量。
尽管除了“陶瓷”固体，例如精细的结晶有机物质(像通常的固体有机酸或盐，比如酒石酸、酒石酸盐、水杨酸盐以及糖化物)以外这里并不排除聚乙烯或聚乙二烯卤化物等等，但对大多数应用来说并不优选它们。
在这里使用的涉及初始材料的术语“流体”包括液体的和气体的状态或系统。在这里一般来说优选液体系统，主要的实际原因是操作简单、易得到性以及加工控制比较容易。有代表性的例子包括在液体状或糊状物质中的一种或多种精细分开的固体压电颗粒悬浮液，该液体状或糊状物质例如用于网板印制技术的商业途径上可得的基、“媒液”或“漆”。一般地，这样的基包括一种或多种溶剂以及一种或多种粘合剂，例如溶解在合适的溶剂中的有机聚合物以及可以选择的添加剂和辅剂，以控制蒸发率、凝固率、固化率等等。
其它液态或气态系统的例子包括能够通过溅射或真空沉积技术涂敷的物质，即任何能从一种液态或气态的初始材料形成压电固体的物质。例如氧化锌等等。
(C)初始材料的涂敷用来涂敷初始材料的技术当然取决于所采用的初始材料系统的类型。对于优选的液体系统，可以采用网板印制、溅射、辊轮涂敷等方法沉积初始材料的薄膜。这样的液体系统可以并且最好通过沉积一系列如上所述的薄膜来进行涂敷，最好具有中等的凝固度，涂敷可采用例如干燥、凝固或固化。具有对于初始材料开孔15的间隔层16也可以采用印制的方法形成，间隔层16或者可以形成一层并且制成图案以便具有开孔14。间隔层可以在初始材料之前涂敷并且用在涂敷加工中，或者也可以用在初始材料涂敷之后。间隔层最好是不可压缩的以免相互干扰。
(D)初始材料层的转变用于转变初始材料的技术也依赖于所采用的系统。对于优选的液体系统，转变通过凝固实现，例如通过诸如干燥、凝固或固化去除液相。出于许多原因，只要不发生对其它组份的损害最好采用热转变方法。一般温度范围是从大约50°至200°。出于许多原因，最后所得的凝固层厚度最好低于大约125μm，并且特别是低于100μm。特别优选的厚度甚至更低，即低于75μm，且特别是低于大约50μm。然而，在上面限定的意义下该层必须是凝固的，并且这就需要反复涂敷和反复固化，这取决于所采用的组份，特别是取决于包含精细散布的固体压电材料的聚合物基质的弹性。
如上所述，最后获得的层必须是基本上“均匀的”。一般来说，这个术语是指这样的事实，即凝固的压电层必须阻止邻近的电极层缩短。通过固化一个液体或糊状系统而产生的层的不充分均匀的共同来源是包含有小的(如果不是微观的)空气泡。避免这种情况的常规方法是除气，例如采用降低的压力。为获得或改善压电层的凝固性和均匀性的另一种方法是施加一个机械压力或流体压力。
可以采用几个简单的实验取得对于一个给定系统的最佳结果。例如可以通过测量各层的电学性能，测量最好在两个邻近的电极层2和4形成之后进行。
在这里所使用的与根据本发明的凝固的压电薄膜有关的术语“合成物”意思是指包括由多个固体颗粒形成的任何层系统，而不管其结合的类型。它包括在通过电沉积以及采用连接物质或粘合物质形成的一个层中出现的那种类型的表面连接。优选的连接压电颗粒的方法包括形成一个例如无机物质或优选的有机物质(如一种可以是但不是必须是交联的聚合物)的“基质”。最好，在受到长期的机械应力(例如转接压电键二百万或四百万次)和老化作用(由加速的试验核实，例如在升高的温度下操作，假设相当于几年的操作)下，该基质形成了一个可牢固地保持压电材料固体颗粒的基本上连续的相，并且该连续的相防止了层的不希望发生的变化。
在本文中得注意的是，令人惊奇地发现根据本发明可以获得符合严格要求的电键和键盘，因此可以实现本发明的两个主要目的，即大大地改善了生产的效益并获得了相同的或改善了的性能。
(E)任选的第二电极层一旦完成了步骤(D)就在组合压电材料3薄膜的顶部形成另一个导电层4(第二电极层)，如图10所示。一般地，这可以按在上述步骤(A)中说明的方式完成，在一个电绝缘的衬底上形成第一电极层2，这勿需进一步说明。可以在第二电极层4上涂敷一个保护或隔离层，例如层5。
(F)极化据已有技术所知，如果要驱动一个包括压电材料的压敏元件，一般需要把该压敏元件暴露于一个电势或电场。在此可采用一般常规的极化方法，即在导电层2和4之间施加一个电压。在铁电体内部的电场必须大到使它超过矫顽磁场。当铁电体的相对介电常数大大高于粘合材料的相对介电常数时(这样会导致在铁电体内部的馈电场的相应减弱)电场要大这一点尤其重要。
通过在极化操作期间降低或提高温度也有可能减小铁电体的相对介电常数和矫顽磁场，并且因而使极化容易。当压电层是一个带有聚合物基质的组合物时，最好在升高的温度下(例如80-150℃)实行极化。可以同时施加压力，但不是必须的。
另外，可以在涂敷一个覆盖层和任何附加的支持层(例如基本上刚性的安装板8)之前或之后进行极化。
为了在极化过程中避免在电极之间的击穿可以采用电晕放电极化法进行极化。这发生在压电材料3固化之后但在涂敷第二电极层4之前。在这种情况下，如图8所示，把第一导电层2接地或接到地电势。然后，把一个电极针12(位于离基片几厘米处)连续到一个高压电源13上。最终的电晕放电导致在被极化的压电材料上的表面充电。
不同的极化方法(尤其是电极极化)允许中在压电材料所希望的点进行局部极化，因此可以减弱在邻近区域间的感应扰动。
另一个压电材料的例子包括一种合适的压电聚合物，例如极化的氟化聚乙二烯(PVDF)。在这种情况吓，以溶解的形式或在从160。-180℃的熔化点以上的温度下印制该聚合物。也可以采用例如静电粉末喷射的方法涂敷该材料。在涂敷之后，采用一个电场进行极化，这种情况下可以采用上面描述过的方法。这必须发生在玻璃温度之上或者当薄膜还没有干燥时。
也可能采用一个这种类型的极化的薄金属板作为一个支板，在该支板上例如通过印制技术可以涂敷上所有其它层。
如图9所示，压电材料3和导电层4的总厚度小于隔离层16的厚度。这样在夹层的下面将产生空隙以便允许夹层像粘合层6(见图1)那样可以弯曲。常规的隔开或隔离装置可以包括例如一片具有与键盘的图案一致的开孔的卡片或塑料片。在本文中，参照EP-A-0472888的公开内容，该内容在此引入作为参考。已有技术还有各种密封一个覆盖片的方法，该覆盖片可以与优选形式的基层类型相同(该优选形式是有机聚合物材料的薄膜)，但这不是必须的。
一般地，隔开装置的作用是在每一个电键下面提供一个中空的空间，使压电层在其四周受到支持而在其中央却不受或者很少受到支持，以便使得在键盘上面的压力将产生一个弯曲应力，用来增强电信号。由于这个特征在已有技术中是已知的，这里无需进一步解释。
在压电技术本身中还可以知道，电键或键盘可以有一个所谓的双晶结构。这可以按根据本发明的一个改进的方式通过重复步骤(C)到(E)获得。如图10所示，根据这个实施例的单片压电夹层将在第一和第二电极层2、3之间包括两个固体压电材料的凝固的薄膜3A和3B，由一个中间的或“第三”电极层17隔开薄膜3A和3B。另外，为了改善邻近层的粘合性能、凝固性能和相容性，可以提供附加的或中间层。
为了在不损害压电材料的粘合性的完整的前提下增加夹层的厚度，在图11中表示出多层压电材料的另一个实施例。基层1A在其每一侧分别具有第一电极层2A和2B。在对应的第一电极层1A和1B上形成有压电材料岛状物3A和3B，并且在岛状物3A和3B上形成有第二电极层4A和4B。
在本发明的所有实施例中，电键或键盘应该包括一个压电材料夹层元件的稳定的“单片”结构，即以一个整体结构的形式包括有基层、电极层和压电薄膜层的一个多层结构，其中这些层呈通过涂敷相应的初始材料产生的那种类型的彼此间相互附着的关系，该初始材料即是包含有或提供有在一个系统中所需要的组份的组合物或物质，该系统是流体而不是固体的，并且因而不是作为一个预制的元件使用或应用的。
下面的例子是用来说明而不是限制本发明的最佳实施例。除非另加说明，份数和百分比都是按重量计的。
例Ⅰ按如下步骤制造一个压敏键盘(a)基层用于制造键盘的基层是一种商业途径可获得的聚乙烯对酞酸盐薄膜(厚度17.5μm;商标为Melinex，型号为505ST，由ICI提供)，该薄膜有一个常规的主层，或者在其表面以常规方式进行卤化以便改善附着性。
(b)第一导电层通过网板印制(对应于230T网目的网板标准90T)以大约7.5μm的厚度(干燥的)在基层上涂敷一层商业上可获得的银涂料(例如可以从美国的AchesonIndustries或英国的OlinHunt获得)以产生一个本身已知的那种类型的键盘图案，它包括16个电键区域和一个导体通道的第一图案，用于单个的或成组(行/列)的连接。可以以常规照相的方式获得该图案以便形成16个圆形电极区域并且连接导体通道。印制的图案在110℃上空气干燥20分钟。
(c)压电层在一个实验室的搅拌机上通过搅拌制备印制油墨;
100份商业上可获得的PZT-型陶瓷粉末(由荷兰Philips提供，P×E5型或P×E52型)，该粉末的颗粒的尺寸范围是0.5-2.5微米;
20份商业上可获得的网板印制亮漆(由瑞士的Printcolor提供，如树脂290-05);
5份丙烯醛基亮漆(Printcolor，290型);
1份蒸发延缓剂(Printcolor，10-99型);
重复搅拌3次以获得均匀性(凭视觉外观)和在常规网板印制范围内的粘稠度。
通过用一个43T(110网目T)的网板印制3次把油墨涂敷在基层上的由节(b)中产生的电极部分的区域上，在层中要注意避免形成气泡。一个照相产生的图案被用来同心地覆盖在节(b)中产生的电极区域并且以大约1mm的边缘覆盖这些区域。在每个印制操作之后，在100℃下空气干燥涂敷层30分钟。最终形成的干燥的压电薄膜的总厚度是大约50μm。
(d)第二电极层把基本上与段(b)中的一样且带有单独驱动每个电键的相应的一组连接通道的电极图案涂敷在基层的一些区域上，这些区域与用120T(305T网目)网板以在段(b)中所述的方式进行网板印制而产生的在段落(b)和(c)中所述的图案相一致。印制的层在110℃下空气干燥20分钟。
(e)保护层通过一个120T网板(305网目)采用涂敷一层紫外线可聚合的亮漆(由ClinHunt提供，IsoUV型)的方法在连接器端部的区域涂敷一个密封层。采用一个商业上可得到的紫外线灯进行带有光化紫外线辐射的照射。
(f)极化把段落(e)的产品在两个压在一起的板之间(0.0巴)加热到大约150℃，并且通过导电通道在每一对电极之间加上100V直流电位。极化持续10分钟。
(g)覆盖层和隔开插入物把一个125μm厚的聚乙烯对酞酸盐片与一个纸板粘接(该纸板具有基本上与电极图案对应的开孔)，这样在两个电极的每个夹层的下面提供盘状中空空间并且在相互密封时提供中间的压电层。把该片对准极化的产品并且采用例如由3M(Minnesota州，采矿和制造公司)提供的467型商业上可获得的粘胶进行粘接密封。最终的产品可产生大约10V的最大信号强度。
例Ⅱ按如下步骤制造一个压敏键盘(a)基层用于制造键盘的基层是一种商业途径可获得的聚乙烯对酞酸盐薄膜(厚度175μm;商标为Melinex505St，由ICI提供)，该薄膜有一个常规的主层或在其两个表面都以常规方式卤化以便改善附着性。
(b)基层导电层以与例Ⅰ的第一导电层的相同方式在基层1A的两面涂敷相同的银涂料。在基层的两面获得16个电键区域和连接导体通道的图案2A、2B。
(c)压电层以在例Ⅰ中的同样的方式制备压电印制油墨。采用网板印制方法在基层的两面、在段落(b)方法制造的16个导电电键区域上涂敷油墨。按与例Ⅰ相同的方法重复印制3次，也要覆盖由段落(b)所制造的电键区域。每个最终获得的薄膜3A、3B的总厚度仍是大约50μm。
(d)顶部导电层以与例Ⅰ的第二电极层4A、4B相同的方式在基层两面的相同的压电层上涂敷电极图案。
(e)保护层以与例Ⅰ的保护层相同的方式在基层的两个表面上都涂敷一个密封层，用来保护和电隔离由段落(a)-(d)能制造的夹层结构。
(f)极化为了极化按段落(a)-(e)制造的最终所得的双晶结构，把所有32个夹层元件的基层导电层2A和2B串连起来。把在基层一侧的16个夹层元件层4A的外部导电层连接在一起，并且把在另一侧的层4B的16个导电区域连接在一起。在两个外部导电层4A、4B之间施加一个200V的直流电压，并且将产品加热到150℃。极化持续10分钟。在极化的同时，把基层两侧的夹层元件串连起来。在极化之后，通过连接基层及其外部导电层把两个对应的夹层元件并联连接。
(g)覆盖层和隔开插入物一个125μm厚的聚乙烯对酞酸盐片与一个纸板粘接(该纸板具有基本上与电极图案对应的开孔)，从而在两个电极的每个夹层的下面提供盘状的中空的空间并且在相互密封时提供中间的压电层。可以把该片对准极化过的产品并且采用例如由3M(Minnesota州，采矿和制造公司)提供的商业上可获得的粘胶进行粘接密封。最终的产品可产生大约10V的最大信号强度。
例Ⅲ本例子表示了一个制造用于根据本发明的电键或键盘的隔开装置的实施例，在该实施例中采用流体沉积技术而不是采用预制的插入物。
除了采用印制方法在步骤(d)之前涂敷隔开装置(即隔离层16，见图9)以形成一个总厚度为大约100μm的层之外，重复例Ⅰ。除了由一种“惰性”组份代替向油墨基中添加陶瓷材料(下面将作解释)之外，像例Ⅰ中那样进行印制。另外，可以根据本发明通过采用一种油墨印制一个图案来产生隔离层，该种油墨可以由一种如上面的紫外线可固化的聚合物制成或者由一种如上所述的活性的聚合物组合物制成(只要这样的聚合物也是惰性的)，该活性的聚合物组合物可以是诸如商业途径可获得的带有合适的固化剂(如Araldit
)的环氧化合物聚合物。
解释如下根据本发明通过流体涂敷技术制造的隔开装置或隔离层的成分最好是“压电惰性的”;这个术语是以常规的压电应力常数为基础的，该压电应力常数一般以每牛顿力的10-12库仑(PC/N)表示，该术语还通过角标“dxy”(例如d31)来标记对机械应力的压电电荷或脉冲的方向。因此，任何用作隔开层组份的材料应该具有不超过相关的压电层的压电应力常数1%(按数值计)的压电应力常数，例如d31(层)≤0.01d31(层3)任何适用于制造一个隔开层的油墨如果具有足够的稠度或密度都可以用于单个的涂敷步骤中，这样的油墨例如可以通过使用无溶剂的液体聚合物组合物获得，或者通过使用一种填充剂获得，填充剂可以是例如一种玻璃粉末或者任何在上面的意义上以及通常的化学意义上的“惰性”的颗粒状固体物质;许多无机硅酸盐、碳酸盐和氧化物满足这一要求并被采用。优选的颗粒尺寸是低于50μm，例如达到30μm。
例Ⅳ除了通过印制技术采用一种由玻璃粉末(颗粒尺寸低于大约20μm)和商业途径可获得的油墨基组成的油墨以外，重复例Ⅱ，这样的油墨基例如是用于例Ⅰ的段落(c)中的油墨基，比率大约是2∶3，即按玻璃粉末重量计包含大约35%。
在通过印制形成第一压电层3A之后并且在形成第三电极层17之前，涂敷隔开层16A;采用与层16A同样的油墨涂敷隔开层16B，但涂敷是在形成第二压电印制层3B之后并在形成电极层4之前。
例Ⅴ重复基本上如例Ⅲ所述的步骤以便制造如图11所示类型的电键或者键盘结构。从基层1A开始，通过在基层1A上依次涂敷导电电极层2A，压电层3A，隔离层16A和电极层2A形成一个第一“夹层”结构。然后，通过在基层1A的相反的一侧依次涂敷导电电极层2B，压电层3B，隔离层16B和电极层4B形成一个第二夹层结构。像例Ⅰ那样再涂敷一个覆盖层1B。当然，制造两个夹层结构的次序可以颠倒过来，即先开始在基层1A的相反一侧涂敷电极层2B。
例Ⅵ根据本发明制造带有如图12-14所示结构的电键或键盘的步骤如下采用如例Ⅰ所述的筛网印制的方法，或者真空沉积的方法(或任何其它适用于在一个聚合物衬底上产生较薄的导电层的技术)，为基层21提供一个导电的图案，该图案呈常规的叉指型传感器的形式并且包括两个相互隔开的共面电极241、242，每个共面电极都具有一个连接通道234、244。
然后，以例Ⅰ中段落(c)的同样的方式涂敷压电层23。为了更好理解，所示的层23叠置在侧面上，但没有完全覆盖住电极241、242。但这并非关键，出于许多原因层23最好基本上覆盖或者甚至重叠在电极241、242上。然后可以以上面解释的方式制造隔离层26，并且可以接着进行向着所希望的最终产品的进一步加工。
借助于经导电通道243、244在电极241、242的每对指状物之间施加的电场来进行极化。一部分电场穿进压电层23并造成指状物的周围区域的极化。
当把一个机械应力加到这样制造出来的电键或键盘的敏感区域、即作用在带有同时动作的压电层23的共平面电极层之间的空隙区域上时，在电极241、242之间产生一个一般大约为5V的电信号。信号处理可以按图6所示进行。
在本发明的范围内对于那些在制造压电电键或键盘方面有经验的人来说各种改变都是显然的键盘是单个电键的重复，再加上10个、26个、48个或更多个表示任何符号的电键的指定图案所需的电路，这些符号例如是字母数字符号，或其它用于可由键盘控制的系统的符号。
例如，可以采用不同的其它压电材料，并且以组合物的形式涂敷，该组合物涉及包含有适于形成凝固的压电层的流体(即液体或气体)的初始材料系统。例如，上面说明过的组合压电层基质的聚合物是压电活性的而不是惰性的。另外，只要能够在商业性的生产中可以获得压电电键或键盘所需的所述的图案以便在制造压电电键或键盘时可以基本上自动地组装所有部件，除了网板印制以外还可以采用其它的涂敷方法，例如喷射、涂刷、浸涂等等。
权利要求
1.一种制造压敏电键或键盘的方法包括以下步骤提供一个具有至少一个第一导电区域的基层；在所说的至少一个第一导电区域上涂敷至少一个薄层流体压电初始材料；把所说的至少一个薄层的所说的初始材料转变成一个牢固地附着于所说的第一导电区域的基本上凝固的且均匀的组合压电材料的固体薄膜；形成一个与所说第一导电区域隔离开且牢固地附着于所说固体组合压电材料的第二导电区域，所说的固体组合压电材料跨接在所说导电区域之间的空间以便提供至少一个基本是单片的压电元件，该基本是单片的压电元件牢固地附着于所说的基层，并且包括带有所说的第一和第二导电区域的所说的固体组合压电材料；和根据所说的第一和第二导电区域极化所说的组合压电材料。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于所说的基层包括一个具有一个导电层的有机聚合物的组合物薄层，通过流体沉积技术把该导电层牢固地涂敷于在所说有机聚合物薄膜一侧的至少一个预先确定的区域，并且其中所说初始材料的所说薄膜也采用流体沉积技术涂敷。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于所说的流体沉积技术是网板印制技术。
4.根据权利要求1-3的任何一个的方法，其特征在于重复极化前的所说步骤以形成一个双晶压电夹层元件，该双晶压电夹层元件包括所说组合压电材料的两个重叠的凝固的固体薄膜，这两个重叠的凝固的固体薄膜被一个第三导电层隔离开，该第三导电层粘接到所说组合压电材料的所说的两个重叠的薄膜上。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于为所说的基层在其每个侧面提供至少一个第一导电区域;其特征还在于在所说基层的每一侧在第一导电区域上进行极化前的所说步骤。
6.根据权利要求1-5中任意一个的方法，包括在一个邻近所说至少一个单片压电元件的区域内形成至少一个隔开装置。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于所说隔开装置是由印制形成的。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于通过印制一个基本上由压电惰性材料构成的层而形成所说的隔开装置。
9.一个由权利要求1-8中的任何一个方法而制造的机械性能稳定的并抗老化的压敏电键或键盘。
10.根据权利要求9的电键或键盘，其特征在于所说的单片压电元件包括所说组合压电材料的两个重叠的凝固的固体薄膜，该两个重叠的凝固的固体薄膜是由一个第三导电层隔离开，该第三导电层粘接到所说的组合压电材料的两个所说的重叠的薄膜上。
全文摘要
一种单片的压电键结构，具有一个粘接在两个导电区域之间的压电层。压电层是作为一种流体涂敷在基层导电区域，并且被转变为一种附着于基层导电区域的凝固的固体。其它导电区域被附着地形成在压电层上。该单片结构是极化的。
文档编号H01H13/00GK1089758SQ9310955
公开日1994年7月20日 申请日期1993年6月24日 优先权日1992年6月24日
发明者A·比尔曼, H·申克 申请人:阿尔格拉控股有限公司