即时反应压力感测器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了多种即时反应压力感测器，其中一种包含上电极、上层感压层、下层感压层和下电极，上层感压层设置于上电极的下方；下层感压层设置于上层感压层的下方，所述的下层感压层接触于所述的上层感压层，且当压力感测器尚未被压下之前，上层感压层与下层感压层之间具有一个无穷大的电阻；下电极设置于下层感压层的下方；所述的感压层材料为压电、压阻或压容。本发明即时反应压力感测器的压阻与上下相邻的元件之间，不具有连续的空间隙缝，可以即时反应一个施加于压力感测器的一个极其微小的压力，且在受压初期便可以感测得到受压的压力而输出压力信号。
【专利说明】
即时反应压力感测器
技术领域
[0001]本发明涉及一种压力感测器，特别是一种即时反应压力感测器。
【背景技术】
[0002]如图1所示，传统的压力感测器具有一个上层基材10T。一个上电极IlT设置于上层基材1T的下方。一个上层压阻12T设置于上电极IlT的下方，一个下层压阻12B设置于上层压阻12T的下方，一个连续的空间或是隙缝16设置于上层压阻12T与下层压阻12B之间。一个下电极IlB设置于下层压阻12B的下方，一个下层基材1B设置于下电极IlB的下方。隔离单元15设置于上层基材1T与下层压阻12B之间。
[0003]以下结合【附图说明】传统压力感测器的操作方式。
[0004]如图2A所示，传统的压力感测器尚未被按压之前，由于空间16的隔离，系统的电阻RO呈现无穷大(R0 =吣)、以及电流1呈现零安培(10 = 0);此刻，上层压阻12T的下表面位置是在标示为PO的位置，与下层压阻12B并未接触。
[0005]如图2B所示，传统的压力感测器刚开始被使用者按压时，且恰好让上层压阻12T与下层压阻12B接触时，即是其间的隙缝16刚好密合时，系统呈现电流Il为零安培(II =O)，以及电阻Rl呈现无穷大(Rl =吣)；此时，上层压阻12T的下表面位置是在标示为Pl的位置，即是与下层压阻12B恰好接触时的位置。
[0006]如图2C所示，当传统的感测器被使用者按压更多时，系统呈现电流12大于零安培(12>0)，以及呈现出可被量测到的一个电阻R2。换句话说，此时图2C显示压力感测器被使用者按压的程度，比起图2B有更多按压的距离，即是有较多的按压行程(press journey)。此时，上层压阻12T的下表面位置，是位于P2所标示的位置，那是比Pl要更低的位置；即是上层压阻12T与下层压阻12B发生挤压之后的位置。
[0007]如图3所示，传统的压力感测器，无论电阻RO或是电阻Rl均呈现无穷大，换句话说，上层压阻12T的下表面位置，无论在PO或是Pl时，电阻RO或是电阻Rl均呈现无穷大。换句话说，上层压阻12T的下表面位于P2时，即是开始挤压下层压阻12B时，是压力感测器的信号触发位置，此时，传统的压力感测器的电阻R2小于电阻Rl (R2〈R1)。
【发明内容】
[0008]针对现有技术的上述不足，根据本发明的实施例，希望提供一种可以即时反应一个施加于压力感测器的一个极其微小的压力，且在受压初期便可以感测得到受压的压力而输出压力信号，不需要过多的按压行程(press journey)便可以感测得到受压的压力而输出压力信号的即时反应压力感测器。
[0009]根据实施例，本发明提供的一种即时反应压力感测器，包含上电极、上层感压层、下层感压层和下电极，上层感压层设置于上电极的下方；下层感压层设置于上层感压层的下方，所述的下层感压层接触于所述的上层感压层，且当压力感测器尚未被压下之前，上层感压层与下层感压层之间具有一个无穷大的电阻；下电极设置于下层感压层的下方；所述的感压层材料为压电、压阻或压容。
[0010]根据实施例，本发明提供的另一种即时反应压力感测器，包含上电极、感压层和下电极，感压层设置于上电极的下方；下电极设置于感压层的下方；感压层接触于下电极；当压力感测器尚未被压下时，感压层与下电极之间具有一个无穷大的电阻；所述的感压层材料为压电、压阻或压容。
[0011]根据实施例，本发明提供的另一种即时反应压力感测器，包含上电极、感压层和下电极，感压层设置于上电极下表面的下方；当压力感测器尚未被使用者按压时，上电极接触于感压层；感压层与上电极之间具有一个无穷大的电阻；下电极设置于感压层的下表面；所述的感压层材料为压电、压阻或压容。
[0012]根据实施例，本发明提供的另一种即时反应压力感测器，包含感压层、第一电极和第二电极，第二电极与第一电极呈共平面状；两个电极设置于感压层下表面的下方；感压层接触于两个电极的上表面，当压力感测器尚未被使用者按压时，感压层与两个电极之间具有一个无穷大的电阻；所述的感压层材料为压电、压阻或压容。
[0013]根据实施例，本发明提供的另一种即时反应压力感测器，包含第一电极、第二电极和感压层，第二电极与第一电极呈共平面状；感压层设置于两个电极下表面的下方；两个电极接触于感压层的上表面，且当压力感测器尚未被使用者按压时，两个电极与感压层之间保持一个无穷大的电阻；所述的感压层材料为压电、压阻或压容。
[0014]根据实施例，本发明提供的一种电子笔，包含即时反应压力感测器和电信号，即时反应压力感测器设置于笔尖基材的后面，用以感测使用者施加到电子笔的笔尖的压力；电信号对应于电子笔的笔尖所受到的压力而产生，提供系统作进一步的处理。
[0015]根据实施例，本发明提供的一种移动电话，包含第一即时反应压力感测器、第二即时反应压力感测器、第一电信号和第二电信号，第一即时反应压力感测器设置于音量按键上端的下方；第二即时反应压力感测器设置于音量按键下端的下方；第一电信号对应于施加在音量按键上端的压力而产生，提供系统作进一步的处理；第二电信号对应于施加在音量按键下端的压力而产生，提供系统作进一步的处理。
[0016]相对于现有技术，本发明提供的即时反应压力感测器，压阻单元与上下相邻的元件相互接触，压阻单元与上下相邻的元件之间，不设置连续的空间隙缝。当使用者施加一个极其微小的压力时，也可以被即时反应压力感测器侦测出来。这种在一开始受压便可以即时反应所侦测到的压力的特性，使得本发明特别适用于压力感测式电子笔或是电子装置的音量控制按键。本发明对于使用者所施加的极其微小的按压压力，便可以即刻触发产生对应的压力信号；本发明即时反应压力感测器也不具有过多的按压行程(press journey)，便可以即刻触发产生对应的压力信号。
【附图说明】
[0017]图1是传统压力感测器的结构示意图。
[0018]图2A-2C是传统压力感测器的按压操作过程示意图。
[0019]图3是传统压力感测器的电阻-按压行程特性图(Y轴表示电阻，X轴表示按压行程)O
[0020]图4A-4B是根据本发明第一实施例的即时反应压力感测器的结构示意图。
[0021]图5A-5C是本发明第一实施例的按压操作过程示意图。
[0022]图6是本发明第一实施例的电阻-按压行程特性图。
[0023]图7是本发明与【背景技术】(传统的压力感测器)的电性比较图。
[0024]图8A-8B是根据本发明第二实施例的即时反应压力感测器的结构示意图。
[0025]图9是本发明第二实施例的按压操作过程示意图。
[0026]图10A-10B是根据本发明第三实施例的即时反应压力感测器的结构示意图。
[0027]图11是本发明第三实施例的按压操作过程示意图。
[0028]图12A-12B是根据本发明第四实施例的即时反应压力感测器的结构示意图。
[0029]图13是本发明第四实施例的按压操作过程示意图。
[0030]图14A-14B是根据本发明第五实施例的即时反应压力感测器的结构示意图。
[0031]图15是本发明第五实施例的按压操作过程示意图。
[0032]图16是本发明第一应用范例提供的电子笔的结构示意图。
[0033]图17是本发明第二应用范例提供的移动电话的结构示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修改同样落入本发明权利要求所限定的范围。
[0035]第一实施例
[0036]如图4A所示，本发明第一实施例提供的即时反应压力感测器，其具有上层基材1T ;上电极IlT设置于上层基材1T的下方，上层压阻12T设置于上电极IlT的下方；下层压阻12B设置于上层压阻12T的下方，下电极IlB设置于下层压阻12B的下方，以及下层基材1B设置于下电极IlB的下方。本发明特别是:下层压阻12B的上表面接触于上层压阻12T的下表面，且当使用者尚未施加压力于该压力感测器之前，下层压阻12B与上层压阻12T两者之间，具有一个无穷大的电阻。这是由于下层压阻12B与上层压阻之间，极其微小的面积接触，仍然使得下层压阻12B与上层压阻之间，保持一个极大的电阻。
[0037]图4B为上层压阻与下层压阻之间的一个介面的放大图。上层压阻12T的下表面，微观之下是粗糙的；下层压阻12B的上表面，微观之下，也是粗糙的；因此，仅有极其微小的部分区域的接触121存在于其间，所以，两者之间仍然保持一个无穷大的电阻于其间，这是由于这种接触面积极其微小，所以其间的接触电阻仍然很大。
[0038]如图5A所示，当该压力感测器尚未被使用者按压时，系统呈现电流1为零安培(10 = O)，且电阻RO呈现无穷大(R0=m);此刻，上层压阻12T的下表面所在的位置，系如PO所标示者；此时，上层压阻12T与下层压阻12B轻微接触。
[0039]如图5B所示，当该压力感测器刚开始被使用者按压时，系统呈现电流Il大于零安培(11>0)，一个电阻Rl可以被测得，且电阻Rl小于电阻RO (R1〈R0);换句话说，当压力感测器被轻微按压时，此刻，上层压阻12T的下表面所在的位置，系位于Pl标示处。此时，上层压阻12T与下层压阻12B之间为轻微挤压。
[0040]如图5C所示，当该压力感测器被使用者按压更多时，系统呈现电流12大于电流I1(I2>I1)，此时，一个电阻R2可以被测得，且电阻R2小于电阻Rl (R2〈R1);换句话说，当压力感测器被按压更多时(比图5B更多时);此刻，上层压阻12T的下表面位于P2标示处。此时，上层压阻12T与下层压阻12B之间有更多的挤压。
[0041]如图6所示，当上层压阻12T的下表面位于PO时，第一实施例的电阻RO呈现无穷大(R0 =吣)。当上层压阻12T的下表面，被按压至Pl时，第一实施例的电阻呈现R1。参考图6，在PO与Pl之间可以发现一个触发位置Px，其中，Px位于PO与Pl两者之间(Ρ0〈Ρχ〈Ρ1)，此时，一个对应的电阻Rx可以被侦测到，且电阻Rx小于无穷大且大于Rl (①>Rx>Rl)。
[0042]如图7所示，左边下方曲线显示本发明第一实施例提供的即时反应压力感测器的电性，右边上方曲线显示传统压力感测器的电性。在同等的操作之下，本发明即时反应压力感测器具有一个触发位置位于px，而传统压力感测器具有一个触发位置位于Ρ2 ;其中Ρ2>Ρχ0换句话说，本发明可以在使用者对于压力感测器在按压初期，便可以产生触发信号；亦即，本发明压力感测器在使用者开始按压的初期，便可以产生触发信号，甚至于使用者极其微小的按压，本发明便可以早期侦测到按压压力而产生对应的触发信号；即是，本发明的压力感测器在按压行程(press journey)极其微小时，便可以产生对应的触发信号。图7显示本发明的即时反应压力感测器具有较灵敏的压力感测能力。
[0043]第二实施例
[0044]如图8A所示，本发明第二实施例提供的即时反应压力感测器，其具有上电极IlT ;单层压阻12T设置于上电极IlT的下方；下电极IlB设置于压阻12T的下方；其中，压阻12T接触于下电极11B，且当压力感测器尚未被使用者按压时，系统具有一个无穷大的电阻，且电流等于零(I = 0);上层基材1T设置于上电极IlT的上方，下层基材1B设置于下电极IlB的下方。
[0045]图SB显示压阻与下电极之间的介面。因为单层压阻12T的下表面，在微观之下是粗糙的；因此，只有极其微小的部分面积接触于下电极11B，这种极其微小的部分面积接触，使得压阻12T与下电极IlB之间，仍然保持一个无穷大的电阻。
[0046]如图9所示，当压力感测器被使用者按压时，电流I通过上电极11T、压阻12T、以及下电极11B，且电流I大于零(1>0)。
[0047]第三实施例
[0048]如图1OA所示，本发明第三实施例提供的即时反应压力感测器，其具有上电极IlT ;单层压阻12B设置于上电极IlT下表面的下方；特别是:其中，上电极IlT接触于单层压阻12B，且当压力感测器未被使用者按压时，系统具有一个无穷大的电阻R，且电流I等于零(I = O);下电极IlB设置于单层压阻12B的下表面；上层基材1T设置于上电极IlT的上方；下层基材1B设置于下电极IlB的下方。
[0049]图1OB显示上电极与压阻之间的介面。因为单层压阻12B的上表面，在微观之下是粗糙的；因此，这种极其微小的部分面积接触，使得上电极IIT与单层压阻12B之间，仍保持一个无穷大的电阻。
[0050]如图11所示，当压力感测器被使用者按压时，电流I通过上电极11T、单层压阻12B、与下电极11B，其中，电流大于零(1>0)。
[0051]第四实施例
[0052]如图12A所示，本发明第四实施例提供的即时反应压力感测器，其具有单层压阻12T与共平面的左边电极IlLB与右边电极11RB，左边电极IlLB与右边电极IlRB设置于单层压阻12T下表面的下方；其中，当压力感测器尚未被使用者按压时，单层压阻12T接触于两个电极11LB、1 IRB的上表面，且单层压阻12T与两个电极11LB、1 IRB之间，具有一个无穷大的电阻，其中，电流I等于零(I = 0);上层基材1T设置于压阻12T的上方；下层基材1B设置于两个电极11LB、11RB的下方。
[0053]图12B显示压阻与两个电极之间的介面。因为单层压阻12T的下表面，在微观之下是粗糙的；因此，这种极其微小的面积接触，使得单层压阻12T与两个电极11LB，IlRB之间，保持一个无穷大的电阻。
[0054]如图13所示，当压力感测器被使用者按压时，电流I通过左边电极11LB、单层压阻12T与右边电极11RB，其中，电流I大于零(1>0)。
[0055]第五实施例
[0056]如图14A所示，本发明第五实施例提供的即时反应压力感测器，其具有共平面的左边电极IlLT与右边电极IlRT ;单层压阻12B设置于两个电极11LT、11RT下表面的下方；其中，当压力感测器尚未被使用者按压时，两个电极11LT、11RT接触于单层压阻12B的上表面，两个电极11LT、11RT与单层压阻12B之间，具有一个无穷大的电阻，其中，电流I等于零(1=0)。上层基材1T设置于两个电极11LT、IlRT的上方；下层基材1B设置于单层压阻12B的下方。
[0057]图14B显示两个电极与压阻之间的介面。因为单层压阻12B的上表面，在微观之下是粗糙的；因此，这种极其微小的面积接触，使得单层压阻12B与两个电极11LT、11RT之间，仍然保持一个无穷大的电阻。
[0058]如图15所示，当压力感测器被使用者按压时，电流I通过左边电极11LT、单层压阻12B与右边电极11RT，其中，电流大于零(DO)0
[0059]第一应用范例
[0060]如图16所示，电子笔60具有即时反应压力感测器61，设置于笔尖基材62的后面；笔尖基材62设置于笔尖61的后面；即时反应压力感测器61用以感测施加于笔尖61的压力；当笔尖61受压以后，即时反应压力感测器63会产生一个对应的电的信号提供系统做进一步处理。电路板64设置于即时反应压力感测器63的后面，接收即时反应压力感测器63传送过来的信号做进一步的处理。电路板64电性耦合到控制电路66，控制电路66电性耦合到电脑主机67 ;电脑主机67电性耦合到显示器68 ;感测板65用以感测笔尖61的XY座标位置；感测板65电性耦合到电脑主机67，以便显示器68可以显示电子笔60所绘制的图案。
[0061]第二应用范例
[0062]如图17所示，移动电话70具有音量控制按键71 ;音量控制按键71具有上端711可被压下，用以提高音量；具有下端712可被压下，用以降低音量；第一即时反应压力感测器72设置于按键71上端711的下方，用以感测使用者施加在按键71上端711的压力；第二即时反应压力感测器73设置于按键71下端712的下方，用以感测使用者施加在按键71下端712的压力。按键71上端711被压下时，会产生第一信号，提供系统做进一步的处理；按键71下端712被压下时，会产生第二信号，提供系统做进一步的处理。
[0063]本发明前述实施例和应用范例以压阻(Piezoresistor)作为感压层材料的范例说明，其他的感压层材料如压电(piezo-electric)、与压容(piezo-capacitive)，亦可以使用于本发明；当压力感应材料变更以后，其输出的信号性质不同，这可以在后续的控制电路，做不同设计，藉由电子电路一般习知技能加以克服，而完成可以实施的整体结构。换句话说，本发明的感压材料可以是压电、压阻或是压容材料。
【主权项】
1.一种即时反应压力感测器，其特征是，包含上电极、上层感压层、下层感压层和下电极，上层感压层设置于上电极的下方；下层感压层设置于上层感压层的下方，所述的下层感压层接触于所述的上层感压层，且当压力感测器尚未被压下之前，上层感压层与下层感压层之间具有一个无穷大的电阻；下电极设置于下层感压层的下方；所述的感压层材料为压电、压阻或压容。2.如权利要求1所述的即时反应压力感测器，其特征是，进一步包含上层基材和下层基材，上层基材设置于所述的上电极的上方，下层基材设置于所述的下电极的下方。3.如权利要求1所述的即时反应压力感测器，其特征是，上层感压层的下表面以及下层感压层的上表面，在微观之下是粗糙的；在这种极其微小部分面积的接触下，使得上层感压层与下层感压层之间仍保持一个无穷大的电阻。4.一种即时反应压力感测器，其特征是，包含上电极、感压层和下电极，感压层设置于上电极的下方；下电极设置于感压层的下方；感压层接触于下电极；当压力感测器尚未被压下时，感压层与下电极之间具有一个无穷大的电阻；所述的感压层材料为压电、压阻或压容。5.如权利要求4所述的即时反应压力感测器，其特征是，进一步包含上层基材和下层基材，上层基材设置于上电极的上方；下层基材设置于所述的下电极的下方。6.如权利要求4所述的即时反应压力感测器，其特征是，所述的感压层的下表面在微观之下是粗糙的；在这种极其微小部分面积的接触下，使得所述的感压层与所述的下电极之间保持一个无穷大的电阻。7.一种即时反应压力感测器，其特征是，包含上电极、感压层和下电极，感压层设置于上电极下表面的下方；当压力感测器尚未被使用者按压时，上电极接触于感压层；感压层与上电极之间具有一个无穷大的电阻；下电极设置于感压层的下表面；所述的感压层材料为压电、压阻或压容。8.如权利要求7所述的即时反应压力感测器，其特征是，进一步包含上层基材和下层基材，上层基材设置于上电极的上方，下层基材设置于下电极的下方。9.如权利要求7所述的即时反应压力感测器，其特征是，感压层的上表面在微观之下是粗糙的，在这种极其微小部分面积的接触下，使得所述的上电极与感压层之间保持一个无穷大的电阻。10.一种即时反应压力感测器，包含感压层、第一电极和第二电极，第二电极与第一电极呈共平面状；两个电极设置于感压层下表面的下方；感压层接触于两个电极的上表面，当压力感测器尚未被使用者按压时，感压层与两个电极之间具有一个无穷大的电阻；所述的感压层材料为压电、压阻或压容。11.如权利要求10所述的即时反应压力感测器，其特征是，进一步包含:上层基材，设置于感压层的上方；以及下层基材，设置于两个电极的下方。12.如权利要求10所述的即时反应压力感测器，其特征是，感压层的下表面，在微观之下是粗糙的；在这种极其微小部分面积的接触下，使得感压层与两个电极之间，保持一个无穷大的电阻。13.—种即时反应压力感测器，包含第一电极、第二电极和感压层，第二电极与第一电极呈共平面状；感压层设置于两个电极下表面的下方；两个电极接触于感压层的上表面，且当压力感测器尚未被使用者按压时，两个电极与感压层之间保持一个无穷大的电阻；所述的感压层材料为压电、压阻或压容。14.如权利要求13所述的即时反应压力感测器，其特征是，进一步包含上层基材和下层基材，上层基材设置于两个电极的上方，下层基材设置于感压层的下方。15.如权利要求13所述的即时反应压力感测器，其特征是，感压层的上表面在微观之下是粗糙的；当压力感测器尚未被使用者按压时，感压层与两个电极之间保持一个无穷大的电阻。16.一种电子笔，其特征是，包含即时反应压力感测器和电信号，即时反应压力感测器设置于笔尖基材的后面，用以感测使用者施加到电子笔的笔尖的压力；电信号对应于电子笔的笔尖所受到的压力而产生，提供系统作进一步的处理。17.—种移动电话，其特征是，包含第一即时反应压力感测器、第二即时反应压力感测器、第一电信号和第二电信号，第一即时反应压力感测器设置于音量按键上端的下方；第二即时反应压力感测器设置于音量按键下端的下方；第一电信号对应于施加在音量按键上端的压力而产生，提供系统作进一步的处理；第二电信号对应于施加在音量按键下端的压力而产生，提供系统作进一步的处理。
【文档编号】G01L1/14GK105987776SQ201510052371
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月2日
【发明人】周嘉宏, 侯智升
【申请人】利永环球科技股份有限公司