CN107077619B - 指纹按键结构、按键压力检测方法和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例属于电子领域，涉及一种指纹按键结构、按键压力检测方法和电子设备。所述指纹按键结构包括一叠层结构，其中，所述叠层结构包括依次叠放的盖板、芯片层、布线层、填充层和支撑板电极，所述布线层底部设置有一压力传感器，所述压力传感器与所述支撑板电极形成一电容。通过本发明实施例的方案，可实现多个等级压力，以定义不同的按键功能，同时指纹按键更薄，占用空间少，使用寿命更长。

Description

指纹按键结构、按键压力检测方法和电子设备

技术领域

本发明实施例属于电子领域，尤其涉及一种指纹按键结构、按键压力检测方法和电子设备。

背景技术

目前在智能终端领域，常常将指纹识别和按键结合在一起形成指纹按键，现有的智能终端的指纹按键是在指纹识别模块底部加上Dome(圆片)机械按键，以实现指纹识别和按压功能。采用在指纹识别模块底部加上Dome机械按键这种设计来实现指纹识别和按压功能至少存在下述问题：

1、这种设计方式可以实现的压力只有一级，相应地只能对应单一操作，能够定义的功能有限；

2、对于按键越来越少的智能终端，其配置的按键均属于高使用频次的按键，机械按键容易损坏；

3、采用在指纹识别模块底部加上Dome机械按键这种设计会导致按键结构整体较厚，占用较大空间，不能满足智能终端轻薄的要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种指纹按键结构、按键压力检测方法和电子设备。

第一方面，本发明实施例提供一种指纹按键结构，包括：一叠层结构，其中，所述叠层结构包括依次叠放的盖板、芯片层、布线层、填充层和支撑板电极，所述布线层底部设置有一压力传感器，所述压力传感器与所述支撑板电极形成一电容。

作为本发明实施例的可选方案，所述指纹按键结构还包括金属环，所述金属环至少部分套接在所述叠层结构外面，其中，所述金属环的一端所述支撑板电极邻接，所述金属环的内壁与所述盖板的侧面邻接，同时，所述金属环的内壁与所述芯片层、布线层、填充层之间形成间隙。

作为本发明实施例的可选方案，所述金属环和所述支撑板电极通过激光焊接或胶粘的方式固定连接。

作为本发明实施例的可选方案，所述间隙中还填充有弹性密封件。

作为本发明实施例的可选方案，所述金属环与所述支撑板电极连接的一端设置有缺口，且所述支撑板电极设置有对应的缺口，所述金属环下端的非缺口部分与所述支撑板电极的非缺口部分对应连接。

作为本发明实施例的可选方案，所述布线层包括由上至下依次堆叠的电路板层和压力传感器层，所述压力传感器层下方设置有所述压力传感器。

作为本发明实施例的可选方案，所述电路板层为柔性电路板，所述布线层还包括补强层，所述补强层位于所述电路板层和压力传感器层之间。

作为本发明实施例的可选方案，所述填充层为弹性材料填充层。

作为本发明实施例的可选方案，所述填充层的厚度为0.2～0.3毫米。

第二方面，本发明实施例还提供一种按键压力检测方法，所述按键压力检测方法应用于上述的指纹按键结构，所述方法包括：

当所述指纹按键结构受到外力按压时，检测所述布线层所包含的压力传感器与所述支撑板电极所形成电容的电容值是否发生变化；

当所述电容的电容值发生变化时，检测所述电容当前的电容值或电容变化量；

所述芯片根据所述电容的电容值或电容变化量计算所述指纹按键结构受到的压力值。

第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括上述的指纹按键结构。

通过本发明实施例提供的指纹按键结构、按键压力检测方法和电子设备，一方面指纹按键上增加压力感应的方案相对于传统的Dome机械单个压力等级设计，能实现多个等级压力，从而可以定义不同的按键功能；另一方面采用本实施例指纹按键设计方案可以是的指纹按键变得更薄，占用空间更少，同时，采用本实施例中的设计方案，按键使用寿命更长。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明提供的指纹按键结构的第一实施例的示意图；

图2为本发明提供的指纹按键结构的第二实施例的示意图；

图3为本发明提供的指纹按键结构的第三实施例的示意图；

图4为本发明提供的指纹按键结构的第四实施例的示意图；

图5为本发明提供的指纹按键结构的第四实施例的另一示意图；

图6为本发明提供的指纹按键结构的第五实施例的示意图；

图7为本发明提供的指纹按键结构的第五实施例的另一示意图；

图8为本发明提供的指纹按键结构的第五实施例的又一示意图；

图9为本发明提供的指纹按键按压过程的示意图；

图10为本发明提供的电子设备的示意图。

附图标记说明：1-堆叠结构，2-金属环，10-盖板，20-芯片层，30-布线层，40-填充层，50-支撑板电极，60-间隙，70-弹性密封件，301-电路板层，302-压力传感器层，303-补强层。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本发明的较佳实施例。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参阅图1，图示为本发明实施例所提供的一种指纹按键结构的第一实施例的示意图；所述指纹按键结构包括一叠层结构1，其中，所述叠层结构1包括依次叠放的盖板10、芯片层20、布线层30、填充层40和支撑板电极50，所述布线层30底部设置有一压力传感器，所述支撑板电极50为支撑钢片，在具体实施例中，所述布线层30底部的压力传感器可以具体是与所述支撑板电极50平行相对的压力感应电极，所述压力传感器与所述支撑板电极50相对设置形成一电容，即压力感应电容。当使用者通过其手指按压所述指纹按键结构时，所述压力传感器将在所述手指的按压作用下压缩所述填充层40从而导致所述压力感应电容的电容值发生变化，其中所述压力感应电容的电容值变化量与所述手指按压所述指纹按键结构时施加的压力相对应。所述填充层40可以作为所述电容的介质层，且其可以采用弹性材料制成，比如弹性泡棉或者弹性胶。

所述盖板10可以是硬性的普通玻璃盖板、蓝宝石盖板或者陶瓷盖板，也可以是涂布(Coating)层等，所述盖板10所选的材料透明或不透明均可。可选的，所述芯片层20中至少设置有一指纹压力芯片，所述指纹压力芯片可用于指纹检测及识别和压力感应的处理；或者，在其他替代实施例中，所述芯片层2可以设置指纹感应芯片，所述指纹感应芯片主要用于检测按压所述指纹按键结构的手指指纹并获得相应的指纹数据，而针对所述压力感应电容检测得到的压力数据的处理可以放在其他功能部件来实现。

在本实施例中，所述依次叠放的盖板10、芯片层20、布线层30、填充层40和支撑板电极50，各层之间可采用固定连接，其中，所述芯片层20和支撑板电极50可以电性连接至所述布线层30；可选的，所述芯片层20与所述布线层30相邻设置，所述芯片层20可通过设置在其底部的焊盘直接连接至所述布线层30。

所述布线层30可以包括具有线路层的电路板单元，比如软性电路板；以软性电路板为例，所述软性电路板一方面可以承载且电连接所述芯片层20，另一方面还可以设置有其他外围电路，比如辅助电容或者其他辅助芯片。在具体实施例中，所述软性电路板的底面还可以设置有上述压力感应电极，以使所述压力感应电极与所述支撑板电极相对而形成压力感应电容。

参阅图2所示的所述指纹按键结构的第二实施例的示意图，所述指纹按键结构还包括一金属环2，所述金属环2至少部分套接在所述叠层结构1外面，其中，所述金属环2可以包括支撑部和环形部，其中所述环形部可以套设在所述盖板10、所述芯片层20、所述布线层30和所述填充层40的外围，所述支撑部可以从所述环形部的地面垂直向外延伸而成，并固定设置在所述支撑板电极50的表面，可选的，如图2所示，所述金属环2的支撑部底面与所述支撑板电极50邻接处齐平。作为本实施例的可选方案，所述金属环2的支撑部底面和所述支撑板电极50之间进行固定连接，具体可通过激光焊接的方式或者胶粘的方式进行固定连接。所述金属环2的内壁与所述盖板10的侧面邻接，当用户按压所述盖板10时，所述盖板10沿着金属环2的内壁向下移动，即朝着所述支撑板电极50的方向进行移动，从而与所述金属环2将产生相对运动。可选的，如图2所示，所述金属环2的内壁与所述芯片层20、布线层30、填充层40之间可以形成有间隙60，在本实施例中，所述芯片层20、布线层30、填充层40的宽度一致，其形成的堆叠结构与所述金属环2的内壁形成间隙60。

参阅图3，基于图2所示的实施例，图3所示为本发明提供的指纹按键结构的第三实施例的示意图，其中，在所述金属环2的内壁与所述芯片层20、布线层30、填充层40之间形成的间隙60中还可以填充有弹性密封件70，所述弹性密封件70具体可以为弹性密封圈，比如采用防水弹性胶水或者其他防水弹性材料制作的弹性密封圈，所述弹性密封件70可起到防水防尘的作用，所述弹性密封件70设置在所述间隙60中临近所述盖板10的位置，当按压所述盖板10时，所述弹性密封件70受到压力随着所述盖板10一同向下运动，即朝所述支撑板电极50的方向运动；可选的，所述弹性密封件70可以设置为填充整个间隙60。

参阅图4，基于上述实施例，图4所示为本发明所述的指纹按键结构的第四实施例的示意图，在本实施例中，所述布线层30可以采用多层结构，比如，所述布线层30包括由上至下依次堆叠的电路板层301和压力传感器层302，所述电路板层301和压力传感器层302电性连接，所述压力传感器层302包括如上所述的压力感应电极，所述压力感应电极与所述支撑板电极50形成一压力感应电容，其中位于所述压力传感器层302和所述支撑板电极50之间填充层40作为所述压力感应电容的介质层；由于所述填充层40是采用弹性材料制成的，因此其可以在受到外界施加的压力时发生形状变化，从而使得所述压力感应电容的电容值随着压力的变化而发生相应的变化，即使得所述压力感应电容为一个可变电容。

具体地，当所述指纹按键结构受到使用者的手指按压时，手指施加的压力通过所述盖板10、所述芯片层20和所述线路层30传导并施加至所述填充层40，导致所述填充层40发生弹性形变，此时，所述压力感应电容的电容值将发生变化，通过检测所述压力感应电容的电容值或者其变化量可获取所述指纹按键结构所受到的压力。可选的，可将所述填充层40的弹性形变量划分成多个范围，每个范围对应一个压力等级，从而可以实现针对多个不同压力等级的压力检测，进一步地，若将每一个压力等级分别对应于一个按键功能，即上述根据不同压力等级的检测结果可以对应实现多个按键功能。

在一种可选的实施例中，所述电路板层301为印制电路板或柔性电路板，当所述电路板层301为柔性电路板时，参阅图5所示的指纹按键结构的示意图，所述布线层30还可以包括补强层303，所述补强层303为补强钢片，所述补强层303位于所述电路板层301和压力传感器层302之间，所述补强层303与所述电路板层301可通过粘接的方式和压力传感器层302固定连接。

参阅图6，图示为本发明实施例提供的第五实施例的示意图，所述金属环2与所述支撑板电极50相连接的一端设置有缺口，且所述支撑板电极50设置有对应的缺口，所述金属环2下端的非缺口部分与所述支撑板电极50的非缺口部分对应连接。具体的，所述金属环2下端设置有缺口，如图6所示，所述缺口位于所述芯片层20、布线层30、填充层40和支撑板电极50组成的堆叠结构的一侧，所述金属环2下端的非缺口部分与所述支撑板电极50连接，所述缺口位于所述支撑板电极50一侧。在本实施例中，所述布线层30和所述填充层40的宽度可以小于所述芯片层20并且偏离所述芯片层20的中心设置(即采用偏心设计)，比如，所述布线层30和所述填充层40可以偏向所述芯片层50的一侧设置，从而进一步扩大所述缺口的空间。在本实施例中，所述缺口中可以容纳电子终端内部的其他电子部件，比如，如图6所示，采用所述按键结构的电子设备的LCM(Liquid Crystal Display Module，LCD显示模组)的下部延伸至所述缺口中，采用这种方式可提高电子设备的屏幕占比；当然，应当理解，所述缺口除了给所述液晶显示模组提供避让空间以外，在其他替代实施例中，所述缺口也可以来容纳所述电子终端的其他电子元部件，以满足电子终端的轻薄化对内部空间的需求。

可选的，基于上述实施例，本实施例五可以有多种变形，具体如图7和图8所示。

在图7所示的替代实施例中，所述芯片层20与所述布线层30和所述填充层40具有基本相同的宽度，因此三者的外侧基本平齐，并且所述芯片层20与所述布线层30和所述填充层40采用相类似地采用偏心设计，即所述芯片层20、所述布线层30和所述填充层40偏离所述盖板10的中心设置；由此，所述缺口直接延伸到所述盖板10的底部，从而可以提供更大的容纳空间。

可选地，在图7所示的替代实施例中，与图4所示的实施例相类似，所述布线层30同样包括依次堆叠的电路板层301和压力传感器层302。在图8所示的替代实施例中，所述电路板层301和压力传感器层302之间还可以设置有补强层303，与图5所示的实施例相类似。

在本发明上述实施例中，所述填充层40为弹性材料填充层，所述弹性材料可以是弹性泡棉或者弹性胶；可选的，所述填充层40的厚度为0.2～0.3毫米。

根据本发明上述实施例提供的指纹按键结构，通过在指纹识别的基础上增设压力传感器，将指纹识别和压力感应采用一体化的设计，实现指纹、压力感应功能集成在一个指纹按键中，一方面可以解决传统指纹机械按键容易损坏的问题，另一方面可以实现多个等级的压力检测，从而实现多个按键功能，同时本实施提供的指纹按键结构更薄，占用空间更小；此外，通过设置弹性密封件，可以实现密封防水防尘；通过在金属环设置缺口，可以进一步减少指纹按键结构所占用的空间，进而可以容纳其他电子部件，比如避开LCM，由此提高电子设备的屏幕占比。

本发明实施例还提供一种按键压力检测方法，所述按键压力检测方法应用上述各实施例所述的指纹按键结构，具体的，所述按键压力检测方法包括：

S101、当所述指纹按键结构受到外力按压时，检测所述布线层30所包含的压力传感器与所述支撑板电极50所形成电容的电容值是否发生变化；

S102、当所述电容的电容值发生变化时，获取所述电容当前的电容值或电容变化量；

S103、根据所述电容的电容值或电容变化量计算所述指纹按键结构受到的压力值。得到所述压力值后，可以根据所述压力值获取对应的按键操作。

为更好地理解上述按键压力检测方法，以下通过一个具体例子，来介绍本发明实施例所提供的按键压力检测方法的实现过程。

具体地，假设智能终端等电子设备的指纹按键采用如上所述各个实施例的指纹按键结构，当使用者通过其手指按压所述电子设备的指纹按键时，手指的压力将施加到所述指纹按键结构的盖板10，并通过所述盖板10传递到所述指纹按键结构的叠层结构，所述指纹按键的盖板10、芯片层20、布线层30将在所述压力的作用下一起往下移动，并挤压所述填充层40，从而使得所述填充层40发生压缩变形，参阅图9所示的按压示意图，此时所述填充层40的厚度发生变化，比如厚度从D1变为D2，即压力感应电极与支撑板电极50的距离从D1变化为D2,所述距离变化导致压力感应电容的电容值也会改变，当检测到所述压力感应电容的电容值的变化之后，根据所述电容值变化量可以通过算法处理可以推算出对应的压力值，可将所述填充层40的弹性形变量划分成多个范围，每个范围分别对应一个压力等级，从而可以实现针对多个不同压力等级的压力检测。并且，在所述电子设备中，可以进一步根据不同压力等级可以对应不同的功能，从而根据不同按键压力来对应实现不同的按键功能。

根据本发明上述实施例提供的按键压力检测方法，可以实现多个等级的压力检测，从而实现多个按键功能。

本发明实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括一指纹按键结构，参阅图10所示的示意图，所述按键结构包括一叠层结构，其中，所述叠层结构包括依次叠放的盖板10、芯片层20、布线层30、填充层40和支撑板电极50，所述布线层30底部设置有一压力传感器，在具体实施例中，所述布线层30底部的压力传感器可以具体是与所述支撑板电极50平行相对的压力感应电极，所述压力传感器与所述支撑板电极50形成一电容，即压力感应电容。当使用者通过其手指按压所述指纹按键结构时，所述压力传感器将在所述手指的按压作用下压缩所述填充层40从而导致所述压力感应电容的电容值发生变化，其中所述压力感应电容的电容值变化量与所述手指按压所述指纹按键结构时施加的压力相对应。可选的，所述指纹按键结构还包括金属环2，所述金属环2至少部分套接在所述叠层结构外面，其中，所述金属环2可以包括支撑部和环形部，其中所述环形部可以套设在所述盖板10、所述芯片层20、所述布线层30和所述填充层40的外围，所述支撑部可以从所述环形部的地面垂直向外延伸而成，并固定设置在所述支撑板电极50的表面，所述金属环2的内壁与所述盖板10的侧面邻接，可选的，所述金属环2的支撑部底面与所述支撑板电极50邻接处齐平。同时，所述金属环2的内壁与所述芯片层20、布线层30、填充层40之间形成间隙。可选的，所述金属环2和所述支撑板电极50通过激光焊接或胶粘的方式固定连接。可选的，所述间隙中还填充有弹性密封件。可选的，所述金属环2下端设置有缺口，所述缺口对应形成一空隙，所述金属环2下端的非缺口部分与所述支撑板电极50连接。可选的，所述布线层30包括由上至下依次堆叠的电路板层和压力传感器层，所述压力传感器层下方设置有所述压力传感器。可选的，所述电路板层为印制电路板或柔性电路板，当所述电路板层为柔性电路板时，所述布线层30还包括补强层，所述补强层位于所述电路板层和压力传感器层之间。可选的，所述填充层40为弹性材料填充层，所述弹性材料可以是弹性泡棉或者弹性胶；可选的，所述填充层40的厚度为0.2～0.3毫米。

可选的，所述电子设备可以是智能手机、平板电脑等终端设备。

本实施例中所描述的指纹按键结构为本发明上述实施例中所述的指纹按键结构，在此不再赘述。

根据本发明上述实施例提供的电子设备，通过在指纹识别的基础上增设压力传感器，将指纹识别和压力感应采用一体化的设计，实现指纹、压力感应功能集成在一个指纹按键中，一方面可以解决传统指纹机械按键容易损坏的问题，另一方面可以实现多个等级的压力检测，从而实现多个按键功能，同时本实施提供的指纹按键结构更薄，占用空间更小；此外，通过设置弹性密封件，可以实现密封防水防尘；通过在金属环设置缺口，可以进一步减少指纹按键结构所占用的空间。

以上仅为本发明的实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种指纹按键结构，其特征在于，包括金属环和一叠层结构，所述金属环至少部分套接在所述叠层结构外面，其中，所述叠层结构包括依次叠放的盖板、芯片层、布线层、填充层和支撑板电极，所述金属环的一端与所述支撑板电极邻接，所述金属环的内壁与所述盖板的侧面邻接；

所述布线层底部设置有一压力传感器，所述压力传感器与所述支撑板电极形成一电容；其中，所述布线层包括由上至下依次堆叠的电路板层和压力传感器层，所述压力传感器层下方设置所述压力传感器；

所述金属环与所述支撑板电极连接的一端设置有缺口，且所述支撑板电极设置有对应的缺口，所述金属环下端的非缺口部分与所述支撑板电极的非缺口部分对应连接。

2.根据权利要求1所述的指纹按键结构，其特征在于，所述金属环的内壁与所述芯片层、布线层、填充层之间形成间隙。

3.根据权利要求2所述的指纹按键结构，其特征在于，所述金属环和所述支撑板电极通过激光焊接或者胶粘的方式固定连接。

4.根据权利要求2所述的指纹按键结构，其特征在于，所述间隙中还填充有弹性密封件。

5.根据权利要求1所述的指纹按键结构，其特征在于，所述电路板层为柔性电路板，所述布线层还包括补强层，所述补强层位于所述电路板层和压力传感器层之间。

6.根据权利要求1所述的指纹按键结构，其特征在于，所述填充层为弹性材料填充层。

7.一种按键压力检测方法，所述按键压力检测方法应用于权利要求1～6任一项所述的指纹按键结构，其特征在于，所述方法包括：

当所述指纹按键结构受到外力按压时，检测所述布线层所包含的压力传感器与所述支撑板电极所形成电容的电容值是否发生变化；

当所述电容的电容值发生变化时，检测所述电容当前的电容值或电容变化量；

所述芯片根据所述电容的电容值或电容变化量计算所述指纹按键结构受到的压力值。

8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求1～6任一项所述的指纹按键结构。