利用可变电阻层来控制状态的开关的制作方法

专利名称：利用可变电阻层来控制状态的开关的制作方法
利用可变电阻层来控制状态的开关
背景技术：
简单的电开关通常包括导电的可运动元件，该可运动元件联接到开关的一极并且被重新定位以接触开关的另一极，由此提供两极之间的电流路径，从而使开关从打开状态变化到闭合状态。然而，这种类型的机械开关比许多应用中通常可用的空间要求相对更多的空间来实施，并且通常比所期望的制造起来更昂贵。例如，电气设备上使用的键盘通常厚度小于1 mm并且可包括开关阵列，该开关阵列例如用手指尖部通过压靠键盘上所指示的位置而被选择性地致动。对于这种应用，优选地采用膜开关，因为其可在键盘中可用的有限深度中实施。一些膜开关包括电触点或极，其附接到各自开关的衬底。覆盖各自开关的极的短路导电层被偏置远离极和衬底。当用户压靠支撑该短路导电层的柔性表面时，短路导电层被迫使与极接触，从而使开关从打开或非导电状态变化到闭合或导电状态。图1示出了另一种类型的膜开关10的一个示例。膜开关10包括两个衬底12和 14，两个衬底12和14是平的并且大致彼此平行但间隔开。两个开关触点或开关极16和18 形成在衬底12上并且被间隙20彼此间隔开。极16和18可例如形成为叉指电极的指，该叉指电极镀在衬底12上。间隔层22被设置在极16和18周围并部分地覆盖极16和18。 短路垫M被印在顶部柔性层14的下表面上，紧紧地与开关极16和18相对，但是被间隔层 22从开关极16和18间隔开。如图1所示，现有技术的膜开关10处于其打开或非导电状态，因为短路垫M没有与开关极16和18接触。然而，如果用户例如通过用指尖按压而抵靠顶部柔性层14的上表面施加力，则顶部柔性层14被所施加的力向下偏移，导致短路垫M接触开关极16和18。 短路垫于是携载开关极16和18之间的电流，从而膜开关10处于其闭合或导电状态。虽然膜开关10在许多应用中非常有用，但其具有比所期望的更高的成本，因为其需要两个衬底，即极16和18所施加于其上的衬底12，以及短路垫M所施加于其上的顶部柔性层14。而且，因为衬底12必须通过间隔层22与顶部柔性层14间隔开，以防止短路垫 24无意地接触开关极，所以该现有技术开关必须比有些时候所期望的更厚。为了降低类似上述膜开关的成本，可期望的是提供一种膜开关，其仅包括单一的衬底并且不需要顶部柔性层作为短路垫的载体。而且，可期望的是提供一种膜开关，其在纵断面(profile)上更薄(深度更小)并且响应于所施加的力而更快地改变开关状态，这是因为没有运动部件，甚至不需要使衬底偏移而使短路垫运动成与点开关极接触，如膜开关10 中那样。还可期望的是提供一种膜开关，其中，开关触点之间的电阻根据施加到开关的力而变化。对于某些应用，这种开关应当使得随着施加力并使该力沿着覆盖在多个开关上面的保护片掠过，多个开关中的每一个能够被相继地激活。该多个开关可被排列成直线或者弧形，即作为旋转膜开关。还可期望的是，因为其没有运动部件，所提供的这种开关应当更加耐用
发明内容
已经开发了膜类型的电开关，其仅包括一个衬底。多个电极由该衬底支撑，可变电阻材料层与多个电极接触。可变电阻材料层对多个电极之间流动的电流的电阻根据沿着大致横向于可变电阻材料层抵靠该层施加的力而变化。可变电阻材料层的电阻可在一范围内变化，该范围在未施加力时足以实质地阻挡通过该层在多个电极之间的电流流动，因为那时可变电阻材料的电阻是相对高的。然而，当向该层施加具有充分幅度的力时，可变电阻材料在最小电阻的情况下传导电流。因此，在至少一个示例性实施例中，电开关或者在电阻相对高时处于打开状态(即实质地非导电状态)，或者在电阻相对低时处于闭合状态(即实质地导电状态)。在至少一个示例性实施例中，电开关还包括导电材料层，所述导电材料层接触所述可变电阻材料层的与接触所述多个电极的一侧相对的一侧。当抵靠所述可变电阻材料层施加力时，电流从电极中的至少一个竖直地(例如沿ζ轴)通过可变电阻材料层，横向地(例如沿X轴)通过导电材料层，并再次竖直地(但沿相反方向)通过可变电阻材料层，流动到至少一个其他开关极。所述可变电阻材料可被选择为使得其对电流流动的电阻在易于被用户实现的力范围上以大致线性方式变化。例如，用户可用指尖向开关施加力以致动该开关。在此实施例中，电开关可用作类似于电位器，以使得通过电开关的电流流动根据施加到可变电阻材料层的力而变化。任选地，可在所述可变电阻材料层之上布置保护片。所述保护片可被选择和构造成使得施加到所述保护片的力易于传递到所述可变电阻材料层。所述保护片可进一步任选地包括图案，所述图案至少指示一区域，所述力应当在所述区域处被施加以激活所述电开关。作为进一步的选择，所述保护片上的所述图案可指示所述电开关的功能。如本文所使用的，术语“图案”旨在广泛地包括任何形状、符号、着色区域、线条、含字母和数字的文字、 以及可指示位置或功能的其他类型标记。多个电极可包括形成在被施加到衬底的导电层中的区域。例如，这些区域可形成为被单个衬底上的间隙穿插和分开的叉指电极。另外，电开关还可包括布置在所述衬底上并电联接到所述电极的导电迹线(trace )。在至少一个实施例中，所述电极包括多个电开关电路。每个电开关电路可被分离地控制以根据施加到所述可变电阻材料层的布置在所述电开关电路之上的部分的力而在打开状态(即非导电状态)和闭合状态(即导电状态)之间变化。所述多个电开关电路可被线性地阵列，使得相继的电开关电路能够随着所述力被施加到所述可变电阻材料层的位置在所述多个电开关电路之上相继地运动而从所述打开状态变化到所述闭合状态并回到所述打开状态。所述多个电开关电路可构造成一维或两维阵列，从而可通过向所述可变电阻材料层的覆盖在所述电开关电路的部分施加力而将每个电开关电路选择性地激活以变化到所述闭合状态。在至少一个示例性实施例中，所述可变电阻材料具有从所述打开状态时约1兆欧姆变化到所述闭合状态时约100欧姆的电阻。所述可变电阻材料层可按照限定特定形状区域的期望构造被施加在所述电极之上。已经提供了本发明内容从而以简化的形式介绍了几个概念，在下面的说明书中将进一步描述这些概念。然而，本发明内容并不旨在指认所请求保护主题的关键或实质特征，也不旨在用作确定所请求保护主题的范围时的帮助。


一个或多个示例性实施例及其修改的各个方面和随之而来的优点将变得更加易于理解，因为当结合附图时，通过参照以下详细描述，所述各个方面和随之而来的优点将得到更好的理解，在附图中
图1 (现有技术)是大体上常规的膜开关的侧视图，其包括两个衬底、形成在其中一个衬底上的多个开关极、以及被施加在另一个导电衬底上的短路垫，该短路垫覆盖开关极并且被电路间隔件与其分开；
图2是根据本方案的膜开关的示例性实施例的侧视图，其中，该膜开关包括单个衬底 (电极形成在其上)、覆盖电极并直接接触电极的可变电阻材料层、以及任选的保护片，该保护片还可任选地设置有适当的图案和/或文字；
图3是图2的示例性实施例的平面视图，但是省略了任选的保护片； 图4是膜开关的另一个示例性实施例的平面视图，该膜开关具有线性地沿衬底相继布置的多个开关，从而通过使施加的力从一侧运动到另一侧而将它们选择性地激活，或者通过在开关中的一个期望开关的位置处施加该力来激活该单个的开关；
图5是示例性保护片的平面视图，例如可能用于控制微波炉，其中，该保护片包括图案，该图案指示用于在数字键盘阵列上选择数字的膜开关的位置，以及指示用于选择性地激活时间模式和功率模式的膜开关的位置；
图6是可能用于图5的示例性保护片的数字键盘衬底一部分的剖切平面视图，示出了根据本方案构造的单个膜开关；
图7是示例性替代键盘的平面视图，其包括衬底上的x、y阵列中的多个开关，并且可变电阻材料层覆盖每个开关的互联电极，可通过向可变电阻材料覆盖了选定开关的地方施加力来选择性地激活所述开关；
图8是示例性圆形/旋转滑动开关的平面视图，其包括位于多个径向互联电极之间的可变电阻材料，从而相邻的互联电极之间的电导率随着所施加的力以至少部分圆形路径在互联电极上运动而变化；
图9是用于开关中的可变电阻材料的电阻随着所施加的力变化的示例性曲线图，并且用虚线示出了该曲线的一个相对线性的部分；
图10是开关的替代示例性实施例的示意性侧视剖面图，其中，当竖直力(沿ζ方向)在开关极上被施加到开关时，可变电阻材料层沿“ζ”轴(或者如图所示竖直地)在开关极和覆盖导电材料之间传导电流；以及
图11是开关的又一个替代示例性实施例的示意性侧视剖面图，其中，当竖直力(沿ζ方向)在开关极处被施加到开关时，可变电阻材料层沿“ζ”轴(或者如图所示竖直地)在施加到衬底的开关极和施加在可变电阻材料层上的覆盖开关极之间传导电流。
具体实施例方式附图和所公开的实施例不是限制件的
在附图的参照图中示出了示例性实施例。所预想的是本文公开的实施例和附图被视为说明性的而非限制性的。不向附图所示以及本文所讨论的实施例加入对于技术范围和所附权利要求范围的限制。具有可变电阻层的示例件膜开关
图2示出了膜开关40的一个示例性实施例，其包括非导电材料的衬底42。例如，衬底 42可由玻璃纤维加强的环氧树脂(Fiberglass )、或者纸加强的酚醛树脂、或者聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或者一些其他类型的热塑性聚合物树脂制成。而且，可采用诸如镀敷或蚀刻离铜(或其他导电材料)或印制导电材料的常规技术在衬底42上以期望的形状和构造形成导电的开关极44和46。开关极形成为使得它们被间隙48分开。例如，极44和46可形成为被间隙48交错和分开的叉指的指，或者可形成为其他期望构造，下面结合其他示例性实施例讨论。可变电阻层50被直接地施加在开关极44和46上并且与开关极44和46接触。 该层可作为墨液被施加，其被印制或者使用本领域普通技术人员公知的技术以其他方式被施加，并以期望的形状(例如矩形、方形、圆形或其他形状)施加到开关极上使得其盖住开关极，或者可使用其他适当的技术被粘附，该技术将可变电阻材料作为薄层沉积或施加在开关极44和46上并且在间隙48上桥接。在本示例性实施例以及下面讨论的其他示例性实施例中用于可变电阻层的材料被选定为提供期望范围的电阻，其中，该材料对电流的电阻根据沿大致垂直于可变电阻层的表面的方向施加的力而变化。用于生产适合于可变电阻层的材料的部件和工艺在本领域是公知的，因为可从美国专利4745301以及此类信息的其他专利和非专利资源中变得明显。然而，还构想的是，将开发其他合适的可变电阻层材料，并且本方案并不旨在以任何方式局限于特定的可变电阻材料。在至少一个示例性应用中，所期望的是，用于可变电阻层50的材料的电阻在未向可变电阻层施加力时为至少约1兆欧姆， 并且在沿垂直于可变电阻层的表面的方向施加期望的力(例如，小于约1牛顿)时为不超过约100欧姆。由于适合于可变电阻层的材料在领域是公知的，本文不对其进行具体公开。任选地，保护片52 (具有任何期望图案)可被包括以覆盖可变电阻层50并且将会用作在向膜开关重复地施加力以激活该开关时保护包括可变电阻层的材料免于磨损。保护片52可包括图案，该图案指示应当在哪个位置施加力以激活(一个或多个)膜开关，保护片 52也可包括含字母和数字的文字和/或符号以指示膜开关40被致动时所实施的功能。膜开关40的致动响应于向可变电阻层覆盖开关极44和46的位置垂直于可变电阻层施加的力而产生。该力应当具有足够的幅度以将可变电阻层从打开或非导电状态变化到闭合或导电状态，在该打开或非导电状态中，其电阻实质地阻挡开关极44和46之间的电流流动，在该闭合或导电状态中，其电阻充分降低以实质地使得电流能够通过可变电阻层在开关极44和46之间流动。保护片52可由诸如塑料或玻璃的适当材料制成，而任选的图案可作为分离的片(未具体示出)施加，或者图案可直接印制在保护片上或整体结合在保护片中。由于膜开关40对压力具有响应，保护片不必是柔性的，只要其能够传递被施加在可变电阻层覆盖开关极的位置上的力即可。因此，可采用塑料或玻璃的薄片用于保护片52， 因为例如由用户的手指M抵靠保护片52施加的力将会被传递到可变电阻层50，如图2所示。将膜开关从非导电状态变化到导电状态所需的保护片响应于施加力的挠曲极小。图3示出了膜开关70的另一个示例性实施例的平面视图(省略任何保护片)。该实施例包括印刷电路板72，其包括用于膜开关的衬底。端子78布置在印刷电路板72的一端上，端子中的两个联接到导电迹线74和76。端子78间隔开并且构造成联接到端子插座 (plug)(未示出)，但替代性地，可构造成例如利用软焊连接而连接到外部引线(未示出)。迹线74还连接到第一组开关极80，该第一组开关极80形成为叉指的指。类似地， 迹线76连接到第二组开关极82，该第二组开关极82形成为叉指的指，与第一组开关极80 的叉指的指交错。可变电阻层84施加在第一和第二组开关极80和82之上并直接在第一和第二组开关极80和82上，从而当沿着大致垂直于可变电阻层的表面的方向施加力时，可变电阻层的电阻降低，并且在施加足够的力的情况下，膜开关70从非导电状态变化到导电状态。在导电状态中，电流可易于通过可变电阻层在第一和第二组开关极80和82之间传送。具有可变电阻层的膜开关的线件阵列
图4示出了印刷电路板92上的膜开关的线性阵列90的一个示例性实施例，印刷电路板92充当衬底。位于印刷电路板一端处的端子94构造成与端子插座(未示出)联接并且连接到导电迹线96、100、104、108、112和116。迹线96连接到一组公共的开关极98，该组开关极98包括布置在多个线性阵列膜开关的每一个中的叉指的指并因而包括公共总线。第一到第五组开关极102、106、110、114和118的叉指的指与该组公共的开关极98交错。第一到第五组开关极分别连接到迹线100、104、108、112和116。可变电阻层120覆盖所有开关极的组并且与其直接接触，可变电阻层120可如上面结合膜开关40 (图2)所述地被施加。未示出任选的保护片，其可包括图案，该图案指示构成线性阵列90的相继膜开关的位置，并且也可指示线性阵列所实施的功能。随着沿着大致垂直于可变电阻层120的表面的方向并且在任意膜开关之上的位置处向该层施加足够的力，膜开关从打开或非导电状态变化到闭合或导电状态。例如，如果该力被施加到包括该组公共开关极的交错的叉指的指以及第一组开关极102的叉指的指的膜开关，则该膜开关被激活以传导电流。如果随后通过使用户的手指沿着阵列90中的相继膜开关并在其之上纵向地掠过而使该力沿阵列90纵向地运动，则每个膜开关相继地从其非导电状态变化到其导电状态。明显地，膜开关的线性阵列可用于基于被相继激活的膜开关数量并基于激活发生时所沿的方向来控制参数的值。如果所施加的力沿一个方向掠过该阵列，则可增大该参数的值，而如果沿相反的纵向方向掠过，则可减小该参数的值。替代性地，还可以仅选择性地激活构成线性阵列的膜开关中的任一个，以基于与因而被激活的膜开关相关联的值来输入一参数的对应值。具有图案的示例件保护片
图5示出了具有示例性图案的示例性保护片140，其可能用于数据输入以控制微波炉 (未示出)。在该示例中，保护片由相对薄(例如0.5 mm)的塑料制成。该塑料是半透明的， 具有围绕12个膜开关位置的每一个的纯色背景，其中包括覆盖与数字0到9相关联的膜开关的位置144。另外，两个位置146覆盖用于选择数据输入的功率设置模式和时间设置模式的膜开关，以便控制微波炉。每个膜开关的位置由围住数字/文字的圆圈指示，所述数字/ 文字用于指示每个膜开关的功能。如图6所示，保护片142下面的衬底150的右下部包括连接到开关极156的迹线 154以及连接到开关极160的迹线158。可变电阻层152布置在开关极和保护片之间，直接与开关极接触。在该局部剖切视图中还示出了迹线162，迹线162延伸到并未示出的另一个膜开关。当沿着大致垂直于可变电阻层的外表面的方向施加力时，可变电阻层的电阻实质地降低，使得电流能够通过可变电阻层在开关极156和160之间流动。因此，通过抵靠保护片在指定用于选择数据输入的时间设置模式的位置146处施加力，用户选择性地使能该用于控制微波炉的数据输入模式。还应理解的是，除了微波炉，这种键盘保护片可简单地通过将位置146所使用的文字修改为适合于其他类型装置，而用于输入在控制该装置时使用的数据。显然，许多其他类型的功能可通过不同形式、形状和构造的保护片上的适当图案来指示，并且用于本新颖的膜开关的其他应用中。因此，图5所示的具有图案的示例性保护片不意图在任何方面对本方案的范围有所限制。膜开关阵列的替代示例件实施例
图7示出了 3X5膜开关阵列的替代实施例的细节，其中，构成阵列的每一行的膜开关联接到该行公共的迹线，并且构成阵列的每一列的膜开关联接到该列公共的迹线。膜开关阵列170包括印刷电路板衬底172。可变电阻层174盖住衬底172的大部分表面，覆盖并直接接触行开关极180和列开关极186。在该实施例中，每个膜开关包括中心行开关极180 和四个列开关极186，四个列开关极186的每一个布置在正方形的不同的一个角部处，该正方形居中地围绕该中心行开关极。布置在衬底172的一端处的每个端子联接到膜开关阵列的行或列。例如，端子176联接到导电迹线178，导电迹线178连接到阵列的底行中的中心行开关极180 (如图7所示)。类似地，端子182联接到导电迹线184，导电迹线184连接到阵列的最右列中的四个列开关极的每一个(如图7所示)。应当指出，导电迹线在不同的层上，从而用于一个列的导电迹线可以越过用于不同行的导电迹线(如图中看到的，如导电迹线宽度的细化(thinning)所指示的，在那里，导电迹线彼此交叉)。两个导电迹线的交叉的一个示例由附图标记188指示。如同根据本方案制成的膜开关的每个实施例的情况，抵靠可变电阻材料的表面施加足够的力降低了其对于电流流动的电阻，使其从非导电状态变化到导电状态。将力在覆盖了用于希望激活的膜开关的地方施加到可变电阻层。然后，电流可易于在四个列开关极和中心行开关极之间传送通过膜开关的可变电阻材料。可联接到衬底172端部处的端子的控制装置(未示出)可检测膜开关阵列170中的因而已经被用户致动的特定膜开关(S卩，在膜开关处于其导电状态的地方交叉的行和列)。因此，将通过控制装置实施被致动的膜开关的对应功能。虽然在图7中未示出，但应当意识到，可任选地将合适的保护片施加在膜开关阵列170之上，并且阵列中的每个膜开关的位置可由保护片上的图案来指示。类似地，保护片可包括含字母和数字的文字或者符号，其指示阵列中的每个膜开关的功能。通常为了这些目的，并且还为了保护可变电阻层免于用户重复致动膜开关而导致的磨损，而将保护片用于这种阵列。图8示出了圆形/旋转滑动开关阵列210，其包括Fiberglass 或纸加强的酚醛树脂或PET或一些其他类型的合适绝缘材料制成的印刷电路板衬底212。在该示例中，印刷电路板衬底212具有带圆形部分的钥匙孔形状，根据本新颖方案的开关阵列布置在圆形部分处，该圆形部分结合到矩形部分，印刷电路引线布置在矩形部分处并且构造成例如通过联接到连接件插头块(未示出)而连接到外部电路，该连接件插头块具有与印刷电路引线匹配并电联结的内部触点。多个开关径向地围绕钥匙形状印刷电路板衬底的圆形部分的中心布置，并且每个开关包括公共电极216，该公共电极216具有与电极218的对应指交错或互联的指。每个开关具有其自己的电分离的电极218。公共电极216各自在其径向内端连接到圆形公共总线214。该圆形公共总线通过电极216中的一个连接到印刷电路引线220，印刷电路引线220沿着钥匙孔形状印刷电路板衬底的矩形部分延伸。类似地，每个开关的分离的电极218连接到不同的一个印刷电路引线222，印刷电路引线222可与外部电路电联接， 如上面关于印刷电路引线220所述。因此，一个公共电极216和一个分离电极218构成多个开关的每个分离开关的一对电极。构成多个开关的一对对电极覆盖有可变电阻材料层224，可变电阻材料层224响应于沿着大致正交于可变电阻材料层的方向施加到其上的力而改变电阻，从而可变电阻层在构成了布置在力所施加位置处的开关的那对电极之间传导电流。因此，明显的是，随着沿正交于可变电阻材料层的方向施加的力在多个开关上在圆弧中滑动，相继的开关将被激活。联接到该多个开关的外部电路可构造成通过增大或减小被开关控制的参数或者通过相继地顺次激活电部件，来响应于这些开关被顺次相继激活。作为替代方式，通过向仅在一个开关上的位置施加力，该开关可被选择性地激活，从而导致被该开关控制的外部电路或部件改变状态。显然，圆形/旋转滑动开关阵列170存在许多其他应用。图8未示出圆形/旋转滑动开关阵列之上的保护层，但应当理解，可任选地提供这种层，大体如上面对于其他示例性实施例所描述的。而且，可在保护层上任选地包括适当的图案和/或含字母和数字的文字。例如，可提供圆形图案，其指示应当在什么地方施加滑动力，并且文字可指示沿一个或两个方向在圆形/旋转滑动开关阵列之上施加弧形滑动力的结果。可变电阻层的示例性的力与电阻曲线
图9示出了一种材料的标称力与电阻曲线242的示意图MO，该材料可适合于用作本文公开的膜开关中的可变电阻层。该材料对于电流流动的电阻在未向该材料施加力时约为1 兆欧姆，不过在沿大致正交于表面的方向施加约1牛顿的力时降低到约100欧姆。图9所示的示例性可变电阻材料的特性并不旨在限制本新颖方案，而是意图说明这种材料的至少一个样本的电阻与力的范围。虽然曲线242在本示例中不是线性的，但该曲线的一部分(诸如虚线244所覆盖的部分)是足够线性的，以便用于希望膜开关具有随着所施加的力基本线性变化的电阻的应用中，从而用户可通过改变施加到可变电阻层的力来控制膜的电阻。例如，如果膜开关与电压源和光源串联联接，则该光源产生的光强度可随着用户改变施加到构成膜开关的可变电阻层的材料的力而变化。在该类型的应用中，开关可用作类似于电位器，而非典型的仅选择性地从非导电模式变化到导电模式的“断一通”开关。而且，所构想的是，具有更加线性的力与电阻关系的其他材料也可在这种应用中用于可变电阻层。电流沿ζ方向流动的替代示例性实施例
图10示出了开关250的一个替代示例性实施例，其中，抵靠开关施加的压力导致在开关被激活时电流沿“ζ”轴(如图中侧视图所示，竖直地)流动。开关250包括非导电衬底 252，开关极2M和256布置在衬底252上。开关极可被施加为例如沉积在衬底252上并被间隙258分开的铜或其他导电金属的导电迹线。如在上面讨论的其他实施例中，衬底252可由Fiberglass 、或者纸加强的酚醛树脂、或者聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或者一些其他类型的热塑性聚合物树脂制成。与上述类似的可变电阻材料层260被施加在开关极2M和 256之上。导电材料层262覆盖了层沈0，该导电材料例如为镀敷的金属材料或粘附联接的导电聚合物。任选地，虽然在图中未示出，可提供保护层以覆盖导电材料层沈2，该保护层可包括图案和/或文字。当例如通过某人将指尖在开关极2M和256所布置的位置处压靠顶部导电层262 (或覆盖的保护层，如果使用的话)而抵靠可变电阻材料层260施加力时，作用在可变电阻材料层260上的压力导致其将电流从开关极2M和256中的一个竖直地通过可变电阻材料层沈0，然后水平地(沿χ方向)通过导电材料层沈2，并再次竖直地但沿相反方向通过可变电阻材料层沈0，传导到开关极中的另一个，大体如连接箭头264所示。如同其他示例性实施例，开关250仅包括单个衬底，开关的每个其他部件均支撑在其上。而且， 应当意识到，如果开关极足够接近，并且如果在包围了多于两个开关极的范围之上施加力， 则该力可使得电流能够在多于两个开关极之间流动(图中未示出)。图11示出了开关300的又一个示例性实施例。在该实施例中，抵靠开关施加的压力再次导致在开关被激活时电流沿“ζ”轴(如图中侧视图所示，竖直地)流动。开关极304 例如通过将铜或其他导电金属的实心垫(solid pad)导电迹线印制在衬底上而形成为非导电衬底302上的导电层。再一次地，非导电衬底302可由Fiberglass 、纸加强的酚醛树脂、 聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或者一些其他类型的热塑性聚合物树脂制成。可变电阻材料层 310被印制或以其他方式直接施加在开关极304顶上，并且完全盖住开关极304的实心垫。 然后，开关极306可被印制或以其他方式施加在可变电阻材料层之上，不过被印制以盖住与开关极304大约相同的区域。导电金属引线(或迹线)314从开关极304沿着衬底延伸并联接到控制器板(未示出)。类似地，导电金属引线(或迹线)312从开关极306沿着衬底延伸并延伸到控制器板。开关极、可变电阻材料层以及引线均可用普通印制方法被印制在同一衬底上，或者以其他方式被施加。来自开关极306的引线恰好沿可变电阻材料层310的边缘“骑乘”向下。由于该层是如此的薄(例如厚度约0.001’’)，所以在以此方式印制开关 300的所有部件时不存在困难。虽然已经结合其优选实施形式和修改描述了本文公开的概念，本领域普通技术人员将会理解可在所附权利要求书的范围内对其作出许多其他修改。因此，这些概念的范围并不意图以任何方式受限于上述描述，而是相反通过参照所附权利要求书从整体上确定。
权利要求
1.一种电开关，包括(a)衬底；(b)多个电极，其由所述衬底支撑；和(c )可变电阻材料层，其被施加在至少一个电极之上并且与所述多个电极接触，所述可变电阻材料层对在所述多个电极之间的电流流动的电阻根据沿着大致横向于所述可变电阻材料层的方向抵靠所述可变电阻材料层施加的力而变化。
2.如权利要求1所述的电开关，其中，所述可变电阻材料层的电阻能在一范围内变化， 足以在未向所述层施加力并且所述电阻相对高时实质地阻挡通过所述层在所述多个电极之间的电流流动，并且在向所述层施加力导致所述电阻实质地降低时实质地传导电流，从而所述力的施加大体使所述电开关从打开状态变化到闭合状态。
3.如权利要求1所述的电开关，其中，所述可变电阻材料被选择为使得其对电流流动的电阻在易于被用户抵靠所述层施加所述力实现的至少限定的力范围之上大致线性变化。
4.如权利要求1所述的电开关，还包括导电材料层，所述导电材料层布置成接触所述可变电阻材料层的与所述可变电阻材料层接触所述多个电极的一侧相对的一侧，从而当抵靠所述可变电阻材料层施加力时，电流通过所述可变电阻材料层在所述多个电极和所述导电材料层之间流动。
5.如权利要求1所述的电开关，其中，所述可变电阻材料层布置在所述多个电极中的两个之间，从而当抵靠覆盖所述可变电阻材料层的电极施加力时，电流通过所述导电材料层在所述多个电极之间流动。
6.一种电开关，包括(a)衬底，其包括非导电材料；(b)由所述衬底支撑的至少两个电触点，使得所述至少两个电触点彼此间隔开；和(c)被布置成接触所述至少两个电触点的可变电阻材料层，所述可变电阻材料对所述至少两个电触点之间的电流流动的电阻响应于抵靠所述层施加的力而减小，所述电开关在抵靠所述可变电阻材料层施加实质力时处于闭合状态并且在实质地不抵靠所述可变电阻材料层施加力时处于打开状态，在所述闭合状态中，电流能易于通过所述可变电阻材料在所述至少两个电触点之间流动，在所述打开状态中，所述可变电阻材料层的电阻实质地抵抗电流通过所述可变电阻材料在所述至少两个电触点之间流动。
7.如权利要求6所述的电开关，还包括导电材料层，所述导电材料层布置成在与布置成接触所述至少两个电触点的一侧相对的一侧上接触所述可变电阻材料层，从而响应于抵靠所述可变电阻材料层施加的力，所述电流从所述电触点中的至少一个通过所述可变电阻材料层流到所述导电材料层，横向地通过所述导电材料层，并然后通过所述可变电阻材料层，流到所述至少两个电触点中的至少另一个。
8.如权利要求6所述的电开关，还包括布置在所述可变电阻材料层之上的保护片，其中，所述保护片被选择和构造成使得施加到所述保护片的力易于通过所述保护片被传递到所述可变电阻材料层。
9.如权利要求8所述的电开关，其中，所述保护片包括图案，所述图案至少指示一位置，所述力应当在所述位置处被施加以激活所述电开关，从而使其从所述闭合状态变化到所述打开状态。
10.如权利要求9所述的电开关，其中，所述保护片上的所述图案的至少一部分指示所述电开关的功能。
11.如权利要求6所述的电开关，其中，所述至少两个电触点包括形成在被施加到所述衬底的导电层中的区域。
12.如权利要求11所述的电开关，其中，所述区域包括被间隙穿插和分开的叉指电极。
13.如权利要求6所述的电开关，还包括布置在所述衬底上的导电迹线，所述导电迹线电联接到所述至少两个电触点。
14.如权利要求6所述的电开关，其中，所述至少两个电触点包括多个电开关电路，每个电开关电路被分离地控制以根据施加到所述可变电阻材料层的布置在所述电开关电路中的部分的力而在打开状态和闭合状态之间变化。
15.如权利要求14所述的电开关，其中，所述多个电开关电路线性地阵列，使得相继的电开关电路能够随着所述力被施加到所述可变电阻材料层的位置在所述多个电开关电路之上运动而从所述打开状态变化到所述闭合状态并回到所述打开状态，从而相继地激活每个电开关电路。
16.如权利要求14所述的电开关，其中，所述多个电开关电路构造成圆形阵列，从而随着所述力被施加到所述可变电阻材料层的位置在所述多个电开关电路之上滑动，所述位置下面的相继的电开关电路被相继地激活。
17.如权利要求14所述的电开关，其中，所述多个电开关电路构造成一维或两维阵列， 从而能通过向所述可变电阻材料层的布置在所述电开关电路处的部分施加力而将每个电开关电路选择性地激活到所述闭合状态。
18.如权利要求6所述的电开关，其中，所述可变电阻材料被选择为具有从所述打开状态时大于约1兆欧姆变化到所述闭合状态时小于约100欧姆的电阻。
19.如权利要求6所述的电开关，其中，所述可变电阻材料层以期望构造被施加在所述至少两个电触点之上，所述期望构造限定了覆盖所述至少两个电触点的特定形状区域。
20.一种不需要任何运动部件的电开关，包括(a)支撑衬底，其具有限定电开关电路的导电区域，所述电开关电路包括多个电开关极，所述多个电开关极构造成使得相邻电开关极彼此分开并且限定所述电开关的触点；和(b)被施加成直接接触所述多个电开关极的可变电阻层，所述可变电阻层具有电阻特性，使得通过所述可变电阻层在所述相邻电开关极之间的电流流动在不向所述可变电阻层施加力时被实质地阻止，但是在向所述可变电阻层施加足够的力时被实质地使能。
21.如权利要求20所述的电开关，还包括接触并覆盖所述可变电阻层的导电材料，其中，当向所述可变电阻层施加力时，所述电流从一个开关极通过所述可变电阻层，通过所述导电材料，并然后通过所述可变电阻层流到至少一不同的开关极。
22.如权利要求20所述的电开关，还包括覆盖所述可变电阻层的保护片，所述保护片在利用抵靠所述保护片施加并由此传递到所述可变电阻层的力而致动所述电开关时保护所述可变电阻层。
23.如权利要求22所述的电开关，其中，所述保护片包括图案，所述图案指示以下中的至少一个(a)位置，所述力应当在所述位置处被施加以使得电流能够通过所述可变电阻层在所述电开关极之间流动；和 (b)所述电开关的功能。
24.如权利要求20所述的电开关，还包括导电迹线，所述导电迹线被施加到所述衬底并且被电连接到所述电开关极，所述导电迹线提供电流的导电路径，所述电流将在向所述可变电阻层施加足够的力以使得电流能够通过所述可变电阻层在相邻电开关极之间流动时流动通过所述电开关。
25.如权利要求20所述的电开关，其中，所述可变电阻层由这样的材料制成，所述材料被选择为在所述可变电阻层未经受所施加的力时具有足以实质地阻止电流流动的相对高的电阻，但是在所述可变电阻层经受所施加的力时具有足以实质地传导电流流动的相对低的电阻。
全文摘要
本发明涉及利用可变电阻层来控制状态的开关，具体地公开了一种电膜开关，其通过抵靠可变电阻材料层施加力而被致动，所述可变电阻材料层覆盖并且直接接触施加到衬底并被衬底支撑的开关极。间隙设置在开关极之间，并且所述层延伸越过所述间隙。衬底可以是电路板，该电路板具有形成在其上的电迹线以向开关极传送电流。随着向可变电阻材料层的表面施加足够的力，其电阻从相对高值(其中该开关处于非导电状态)变化到相对低值(其中该开关处于导电状态)。可任选地包括可变电阻层之上的保护片，该保护片可包括图案/文字以指示阵列中每个开关的位置及其功能。
文档编号H03K17/94GK102195631SQ20111005875
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月11日 优先权日2010年3月12日
发明者A·M·伯克, R·W·德皮斯 申请人:阿尔马克斯制造公司