一种压力传感器及其按键结构和按键模组的制作方法

本申请涉及传感器结构设计技术领域，具体而言，涉及一种压力传感器及其按键结构和按键模组。

背景技术：

现有的压力传感器一般是由聚合物以及柔性基底制作而成，但由于聚合物、柔性基底的黏弹性导致压力撤销后，响应速度较慢，需要一定时间才能恢复到原位，产生明显的蠕变、迟滞性，从而存在压力传感器的灵敏度以及可靠性低的问题。

技术实现要素：

本申请实施例的目的在于提供一种压力传感器及其按键结构和按键模组，用以解决现有的压力传感器在压力撤销后需要一定时间才能恢复到原位进而带来的灵敏度和可靠性低的问题。

第一方面，本实用新型实施例提供一种压力传感器，包括：一基底层；两个支撑结构，所述两个支撑结构间隔设置于所述基底层上；一弹性层，所述弹性层的下表面呈向远离所述基底层的方向凹陷的曲面状，所述弹性层通过所述两个支撑结构设置于所述基底层上方，所述弹性层的下表面、两个支撑结构以及所述基底层界定出一顶壁呈拱形的腔室；至少一个第一电极、至少一个第二电极以及一弹性基质，所述至少一个第一电极、至少一个第二电极以及弹性基质设置在所述腔室内，所述弹性基质用于在发生弹性形变后将所述至少一个第一电极和第二电极导通以产生与其形变量相关的按键信号。

在上述设计的压力传感器中，通过将压力传感器中的弹性层设计呈向远离基底层的方向凹陷的曲面状，可以增加弹性层的刚度，进而解决现有的压力传感器在压力撤销后需要一定时间才能恢复到原位进而带来的灵敏度和可靠性低的问题，提高了弹性层回弹的效率，进而提高压力传感器的灵敏度以及可靠性。

在第一方面的可选实施方式中，所述至少一个第一电极和至少一个第二电极间隔设置于所述弹性层的下表面并位于所述腔室内，所述弹性基质设置于所述至少一个第一电极和至少一个第二电极的下表面。

在第一方面的可选实施方式中，所述压力传感器还包括弹性海绵，所述弹性海绵将所述腔室填满并将所述至少一个第一电极、至少一个第二电极以及弹性基质包裹。

在第一方面的可选实施方式中，所述至少一个第一电极和至少一个第二电极间隔设置于所述弹性层的下表面并位于所述腔室内，所述弹性基质设置于所述基底层上，所述弹性基质与所述至少一个第一电极和至少一个第二电极相对。

在第一方面的可选实施方式中，所述至少一个第一电极设置于所述弹性层的下表面并位于所述腔室内，所述至少一个第二电极设置于所述基底层的上表面并位于所述腔室内，所述弹性基质设置在所述至少一个第二电极上并与所述至少一个第一电极的下表面相对。

在第一方面的可选实施方式中，所述至少一个第一电极包括至少一个第一子电极和至少一个第二子电极，所述至少一个第一子电极和至少一个第二子电极交替间隔设置于所述弹性层的下表面并位于所述腔室内，所述弹性基质与所述至少一个第一子电极和至少一个第二子电极的下表面相对。

在第一方面的可选实施方式中，所述压力传感器还包括弹性海绵，所述弹性海绵将所述腔室填满并将所述弹性基质包裹，所述弹性基质包括一水平弹性件和至少两个半封闭弹性件，所述半封闭弹性件的顶壁开口，所述半封闭弹性件的两侧壁和底壁形成一半封闭空间，所述半封闭弹性件的数量等于所述第一子电极和第二子电极的数量之和，所述水平弹性件设置在所述基底层的上表面，每一所述半封闭弹性件通过底壁连接于所述水平弹性件，每一第一子电极和第二子电极设置于对应的半封闭弹性件的半封闭空间内并与所述半封闭弹性件的两侧壁以及底壁间隔。

上述设计的实施方式，在弹性层的受压力撤销之后，由于海绵的高回弹作用，弹性层能够及时恢复到原位，使得至少第一子电极、至少一个第二子电极以及至少一个第二电极不再导通，提高了弹性层回弹的效率，进而提高压力传感器的灵敏度以及可靠性。

在第一方面的可选实施方式中，每一所述第一子电极包括第一主干导电杆和多个第一分支导电条，每一所述第二子电极包括第二主干导电杆和多个第二分支导电条，所述第一主干导电杆与所述第二主干导电杆相对间隔设置；所述多个第一分支导电条与所述多个第二分支导电条依次交替间隔排布并位于所述第一主干导电杆与所述第二主干导电杆之间；每一所述第一分支导电条的端部与所述第一主干导电条连接，每一所述第二分支导电条的端部与所述第二主干导电杆连接。

在第一方面的可选实施方式中，所述第一主干导电杆以及所述第二主干导电杆均呈圆弧状；所述第一主干导电杆以及所述第二主干电极导电杆在预设圆周上，所述多个第一分支导电条以及所述多个第二分支导电条位于所述预设圆周内。

第二方面，本实用新型实施例提供一种按键结构，包括前述实施方式中任一项所述的压力传感器以及一按压壳体，所述按压壳体包括按压部、抵接部以及两个支撑部；所述两个支撑部的上端间隔地连接于所述按压部的下表面上，所述两个支撑部的下端分别设置于所述弹性层上且分别与所述两个支撑结构相对；所述抵接部设置于所述按压部的下表面并位于所述两个支撑部之间，所述抵接部与所述腔室相对以用于挤压所述弹性层产生形变。

第三方面，本实用新型实施例提供一种按键模组，包括前述实施方式中的按键结构以及一信号生成电路，所述信号生成电路分别与每一第一电极和第二电极电连接，以生成与所述弹性基质的形变量相关的按键信号。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的压力传感器第一示意图；

图2为本申请实施例提供的压力传感器第二示意图；

图3为本申请实施例提供的压力传感器第三示意图；

图4为本申请实施例提供的压力传感器第四示意图；

图5为本申请实施例提供的压力传感器第五示意图；

图6为本申请实施例提供的压力传感器第六示意图；

图7为本申请实施例提供的压力传感器第七示意图；

图8为本申请实施例提供的压力传感器第八示意图；

图9为本申请实施例提供的压力传感器第九示意图；

图10位本申请实施例提供的按键结构的示意图；

图11为本申请实施例提供的按键模组示意图。

图标：10-基底层；20-支撑结构；30-弹性层；40-第一电极；401-第一子电极；4011-第一主干导电杆；4012-第一分支导电条；402-第二子电极；4021-第二主干导电杆；4022-第二分支导电条；50-第二电极；60-弹性基质；601-水平弹性件；602-半封闭弹性件；70-腔室；80-弹性海绵；90-按压壳体；901-按压部；902-抵接部；903-支撑部；200-信号生成电路。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

第一实施例

如图1所示，本申请实施例提供一种压力传感器，该压力传感器包括一基底层10、两个支撑结构20、一弹性层30、至少一个第一电极40、至少一个第二电极50以及一弹性基质60，两个支撑结构20间隔设置在该基底层10上，弹性层30的下表面呈向远离基底层10的方向凹陷的曲面状，弹性层30通过两个支撑结构20设置在基底层10的上方，弹性层30的下表面、两个支撑结构20以及基底层10界定出一顶壁呈拱形的腔室70，至少一个第一电极40、至少一个第二电极50以及弹性基质60设置在该腔室70内。其中，该支撑结构20可为独立的支撑器件或将弹性层30以及基底层10连接的胶层。

上述设计的压力传感器在应用时，弹性层30发生弹性形变使得腔室70内的空间压缩，进而对该弹性基质60进行施压，弹性基质60受压发生弹性形变后将至少一个第一电极40以及至少一个第二电极50导通，在至少一个第一电极40以及至少一个第二电极50导通后产生按键信号，该按键信号与该弹性基质60的形变量相关。其中，由于弹性层30的下表面呈向远离基底层10的方向凹陷的曲面状，在考虑启动力的情况下，可以增加刚度，解决触摸后由于黏弹性导致弹性层的基材无法及时回弹的问题。

上述描述中所说弹性基质受压后将至少一个第一电极40和至少一个第二电极50导通的原理如下：上述所说的弹性基质60的材料为碳基聚合物类的材料，例如，石墨烯或量子隧穿复合材料(quantumtunnellingcomposite，qtc)，该材料的弹性基质在正常形态下是绝缘体，在受压或发生弹性形变的情况下由绝缘体转变为导电体，进而使得至少一个第一电极40和至少一个第二电极50接通，并且转变为导电体之后，该弹性基质60的电阻与受力大小或自身发生的弹性形变量相关。以qtc材料为例，qtc材料的弹性基质60产生导电性的原理可称为场感应量子隧道效应现象，其具体是：在常规状态下该材料中的金属粒子非常紧密地分布在基质中，但相互之间没有任何接触，当该材料被按压或变形时，金属粒子之间的距离减小到电子可以在金属粒子之间发生转移，进而具有导电性。由于弹性基质的受压力或弹性形变量不同引起电阻值不同，进而使得产生的按键信号也不同，即可实现按键的受力变化调节。

上述设计的压力传感器，通过将压力传感器中的弹性层设计呈向远离基底层的方向凹陷的曲面状，可以增加弹性层的刚度，进而解决现有的压力传感器在压力撤销后需要一定时间才能恢复到原位进而带来的灵敏度和可靠性低的问题，提高了弹性层回弹的效率，进而提高压力传感器的灵敏度以及可靠性。

在本实施例的可选实施方式中，该弹性层30的下表面除了图1所示的为拱形状以外，还可以为如图2所示的两个曲面相接的形状，并且如图2所示，在图2中包含两个第二电极50和两个弹性基质60，两个第二电极50间隔设置在该基底层10，两个弹性基质60分别设置于两个第二电极50上，该第一电极40设置在两个曲面相接的水平处，同样可以达到前述所述的增加弹性层回弹刚度的效果。

在本实施例的可选实施方式中，前述已经描述了碳基聚合物类材料的弹性基质60在正常形态下是绝缘体，在受压或发生弹性形变的情况下由绝缘体转变为导电体，进而使得至少一个第一电极40和至少一个第二电极50接通。但由于弹性基质60中粒子分布的不同，弹性基质60有纵向导电和横向导电的差异，进而使得至少一个第一电极40和至少一个第二电极50的结构也不同，以弹性基质60为横向导电时为例，如图3所示，该至少一个第一电极40和至少一个第二电极50间隔设置于该弹性层30的下表面并位于该腔室70内，该弹性基质60设置于该至少一个第一电极40和至少一个第二电极50的下表面。

上述设计的压力传感器，在应用时，弹性层30受压发生挠曲带动设置在其下表面的至少一个第一电极40和至少一个第二电极50以及该弹性基质60下移，使得该弹性基质60接触基底层10并产生挤压，弹性基质60被挤压后发生弹性形变进而由绝缘体转换为导电体，使得至少一个第一电极40和至少一个第二电极50导通，其电子传递路径为至少一个第一电极40、弹性基质60以及至少一个第二电极50。

在本实施例的可选实施方式中，在前述所说的弹性基质60设置在至少一个第一电极40以及至少一个第二电极50的下表面的基础上，该压力传感器还可包括弹性海绵80，如图4所示，该弹性海绵80将该腔室70填满并将该至少一个第一电极40，至少一个第二电极50以及弹性基质60包裹。

在本实施例的可选实施方式中，弹性基质60除了前一实施方式中设置在至少一个第一电极40和至少一个第二电极50的下表面以外，如图5所示，其还可以设置在基底层10的上表面，在至少一个第一电极40和至少一个第二电极50随着弹性层30下移后对其产生挤压，其原理与上一实施方式的原理类似，这里不再赘述。

在本实施例的可选实施方式中，前述已经描述了由于弹性基质60中粒子分布的不同，弹性基质60有纵向导电和横向导电的差异，进而使得至少一个第一电极40和至少一个第二电极50的结构也不同，本实施方式以弹性基质60为纵向导电为例，至少一个第一电极40以及至少一个第二电极50的结构为：该至少一个第一电极40设置在该弹性层30的下表面并位于该腔室70内，至少一个第二电极50设置在该基底层10的上表面并位于该腔室70内，至少一个第一电极40和至少一个第二电极50一一相对，该弹性基质60设置在该至少一个第二电极50上。

上述设计的压力传感器，在应用时，弹性层30受压发生挠曲带动设置在其下表面的至少一个第一电极40下移，下移的至少一个第一电极40对设置在至少一个第二电极50上的弹性基质60进行挤压，使得弹性基质60由绝缘体转变为导电体，进而使得至少一个第一电极40和至少一个第二电极50导通，其电子传递路径为至少一个第一电极40-弹性基质60-至少一个第二电极50。

在本实施例的可选实施方式中，在前一实施方式的基础上，如图6所示，该至少一个第一电极40包括至少一个第一子电极401和至少一个第二子电极402，至少一个第一子电极401和至少一个第二子电极402交替间隔设置在该弹性层30的下表面并位于该腔室70内，该弹性基质60同样设置在该至少一个第二电极50上，并与该至少一个第一子电极401和至少一个第二子电极402相对。

上述设计的压力传感器，在应用时，弹性层30受压发生挠曲带动设置在其下表面的至少一个第一子电极401和至少一个第二子电极402下移，下移的至少一个第一子电极401和至少一个第二子电极402对设置在至少一个第二电极50上的弹性基质60进行挤压，使得弹性基质60由绝缘体转变为导电体，进而使得至少一个第一子电极401、至少一个第二子电极402和至少一个第二电极50导通，其电子传递路径为至少一个第一子电极401-弹性基质60-至少一个第二电极50-至少一个第二子电极402。

在本实施例的可选实施方式中，如图7所示，该压力传感器还包括弹性海绵80，该弹性海绵80将该腔室70填满并将该腔室70内的弹性基质60进行包裹，该弹性基质60包括一水平弹性件601至少两个半封闭弹性件602，半封闭弹性件602的顶壁开口，半封闭弹性件602的两侧壁和底壁形成一半封闭空间，半封闭弹性件602的数量等于第一子电极401和第二子电极402的数量之和，水平弹性件601设置在基底层10的上表面，每一半封闭弹性件602通过底壁连接于水平弹性件601，每一第一子电极401和第二子电极402设置于对应的半封闭弹性件602的半封闭空间内并与半封闭弹性件602的两侧壁以及底壁间隔。

上述设计的压力传感器，在应用时，弹性层30受力发生挠曲带动至少一个第一子电极401和至少一个第二子电极402下移，使得至少第一子电极401和至少一个第二子电极402与该弹性基质60的底壁接触，进而对弹性基质60的底壁、水平弹性件601以及水平弹性件601和底壁的连接处进行挤压，底壁、水平弹性件601以及水平弹性件601和底壁的连接处受到挤压之后转变为导电体，进而将至少第一子电极401、至少一个第二子电极402以及至少一个第二电极50导通，同时，由于腔室70内充满了弹性海绵80，使得在弹性层30的受压力撤销之后，由于海绵的高回弹作用，弹性层30能够及时恢复到原位，使得至少第一子电极401、至少一个第二子电极402以及至少一个第二电极50不再导通。

在本实施例的可选实施方式中，前述所说的第一子电极401和第二子电极402的数量都可为多个，其中，每一第一子电极401和第二子电极402的结构都可为如图8所示，每一第一子电极401包括第一主干导电杆4011和多个第一分支导电条4012，每一第二子电极402包括第二主干导电杆4021和多个第二分支导电条4022，第一主干导电杆4011与第二主干导电杆4021相对间隔设置；多个第一分支导电条4012与多个第二分支导电条4022依次交替间隔排布并位于第一主干导电杆4011与第二主干导电杆4021之间；每一第一分支导电条4012的端部与第一主干导电杆4011连接，每一第二分支导电条4022的端部与第二主干导电杆4021连接。

具体的，该第一主干导电杆4011和第二主干导电杆4021均呈圆弧状；第一主干导电杆4011以及第二主干导电杆4021在预设圆周上，多个第一分支导电条4012以及多个第二分支导电条4022位于该预设圆周内。另外，除了图9所示的圆周形以外，还可以为如图9所示，该第一主干导电杆4011和第二主干导电杆4021均可成矩形长条状并且平行设置。

第二实施例

本申请提供一种按键结构，如图10所示，该按键结构包括第一实施例中任一可选实施方式中所描述的压力传感器以及按压壳体90，按压壳体90包括按压部901、抵接部902以及两个支撑部903；两个支撑部903的上端间隔的连接于按压部901的下表面上，两个支撑部903的下端分别设置于腔室70相对的两侧壁相接；抵接部902设置于按压部901的下表面并位于两个支撑部903之间，抵接部902与腔室70相对以用于挤压弹性层30来对腔室70进行施压。其中，第一实施例设计的压力传感器除了用于按键以外，还可以有其他方面的应用，例如，秤体等使用压力传感器的设备。

第三实施例

本实施例提供一种按键模组，如图11所示，该按键模组包括第二实施例所描述的按键结构以及一信号生成电路200，该信号生成电路200分别与每一第一电极40和每一第二电极50连接，以生成与弹性基质60的形变量相关的按键信号。

上述设计的按键模组，通过将压力传感器中的弹性层30设计呈向远离基底层10的方向凹陷的曲面状，可以增加弹性层30的刚度，进而解决现有的压力传感器在压力撤销后需要一定时间才能恢复到原位进而带来的灵敏度和可靠性低的问题，提高了弹性层30回弹的效率，进而提高压力传感器的灵敏度以及可靠性。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。