CN110006468A - 制造应变计量设备的方法、应变计量设备及该设备的用途 - Google Patents

Abstract

提出了用于制造应变计量设备的方法、应变计量设备(20)及该设备的用途。该方法包括：获得(110)用于容纳电子部件的第一基板(21A)，优选地为第一可成型基板膜(21A)；通过印刷电子器件的方法诸如通过丝网印刷或喷墨印刷，将应变计量装置(22)印刷(120)在第一基板(21A)上；以及优选地通过利用注塑模制，模制(140)一模制材料层(23)，该模制材料层包埋应变计量装置(22)。应变剂量设备(20)可以包括两个优选可成型的基板膜，应变计量装置(22)和模制材料层(23)可以布置在这两个基板膜之间。

Description

制造应变计量设备的方法、应变计量设备及该设备的用途

促成该申请的项目已根据拨款协议No 725076从欧盟地平线(horizon)2020研究和创新项目获得资助。

技术领域

本发明大体上涉及电子器件、相关联设备、结构、其用途和制造方法的技术领域。然而，尤其是但不唯一地是，本发明涉及利用模制诸如注塑模制来制造应变计量设备以及这样的设备及其用途。

背景技术

通常，在电子器件和电子产品的背景下存在各种不同的多层组件和结构。电子器件和相关产品集成的背后的动机可能与相关的使用环境一样多样化。当得到的方案最终展现多层性质时，相对经常寻求的是节省大小、节省重量、节省材料、节省成本、性能增益或仅仅有效地填塞部件。反过来，相关联的使用场景可能涉及产品包装或食品盒、设备壳体的视觉设计、可穿戴电子器件、个人电子设备、显示器、检测器或传感器、车辆内饰、天线、标签、车辆电子器件、家具等。

多层结构能够例如通过利用基板诸如电路板或甚至塑料膜获得，该基板可以设置有电子器件并且可以通过塑料进行包覆模制，以便建立具有至少部分地包埋在模制层中的电子器件的多层结构。因此，电子器件可以对于环境是隐藏的并且免受环境条件诸如湿气、物理冲击或尘土，而模制层还可以在美学、传输介质、定尺寸等方面具有各种附加用途。

电子器件诸如电子部件、集成电路(IC)和导体通常可以通过多种不同技术设置在基板元件上。例如，现成的电子器件诸如各种表面安装设备(SMD)可以安装在最终形成多层结构的内部或外部界面层的基板表面上。另外，属于术语“印刷电子器件”的技术可以应用于直接且基本上添加地将电子器件生产到相关联的基板。在该上下文中，术语“印刷”是指能够通过基本上添加的印刷工艺从印刷品生产电子器件/电气元件的各种印刷技术，包括但不限于丝网印刷、柔版印刷和喷墨印刷。使用的基板可以是柔性的，但并非总是如此。

电子组件用于各种不同的应用中。在许多这些应用中，诸如在利用电子器件的许多控制系统或用户界面中，用于监测和/或用于响应影响其压力的变化的传感器、开关和/或设备——例如压力传感器或机械按钮——是期望的特征件。传感器可以是基于监测电容、电感或电阻的，或者是基于光学性质的变化的或基于各种其他已知技术的。利用传感器的设备可以具有各种形式，并且可以用于不同目的及不同环境。

其中例如利用机械按钮的技术领域的一个示例是汽车产业。车辆可以具有连接到车辆的公共电力系统的各种电子设备。该设备通常通过下述进行控制：通过使用监测影响它们的压力和/或响应于所述压力的变化而运行的设备或者通过诸如在机械按钮的情况下施加力。此外，电容开关可以用作控制车辆中的设备的装置。然而，在那些条件下，电容非接触式电气开关易于出现由电磁干扰引起的错误功能，或者易于出现由电容传感器或其系统的错误检测，该错误检测是响应于并非意在引起电容传感器的所述检测或动作的手部运动而做出的。

也可以使用典型的机械按钮，但是，它们趋向于较大、昂贵并且暴露于污垢诸如来自用户手指的油脂，并且在其他方面可能不利地影响车辆高雅的内饰表面。当将机械按钮集成到周围结构时，该结构被设计成使得按钮可以被布置并固定到结构，并且使得可以响应于施加到按钮的压力而移动该按钮。典型地，这通过使按钮或可旋转开关与周围结构分离来完成，例如，从结构突出或至少具有间隙，使得能够相对于结构移动。按钮或开关可以经包覆层压，或者可以布置单独的保护层以覆盖按钮或开关，以便保护它们免受污垢并提供相对于周围结构的更均匀的外表面。经外层层压体或单独的保护层使得其让按钮或开关能够使用，也就是说，为了能够操作按钮或开关，它是高度柔性的。然而，当重复使用时，层压体或层可能很容易损坏或磨损。层压体或层可能很容易从按钮或开关脱落，从而使设备的性能退化。

因此，仍然需要开发一种用于制造压力感测开关和设备的方法，并且需要其设备，相较于已知的尝试方案这些方法和设备不那么容易受干扰并且操作更可靠。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于制造应变计量设备的方法、一种应变计量设备及其用途、一种称重设备和一种水平指示器设备。本发明的另一目的是该方法有利于应变计量设备的制造，并且应变计量设备耐用且操作可靠。

本发明的目的通过由本发明实施方式限定的一种方法、一种应变计量设备及其用途、以及一种称重设备和一种水平指示器设备来实现。

根据第一方面，提供了一种用于制造应变计量设备的方法。该方法包括获得用于容纳电子部件的第一基板，优选为第一可成型基板膜。该方法还包括通过印刷电子器件的方法诸如通过丝网印刷或喷墨印刷将应变计量装置印刷在第一基板上。该方法还包括优选地通过利用注塑模制来模制一模制材料层，该模制材料层包埋应变计量装置。

该方法可以包括使包括印刷的应变计量装置的第一基板成型，诸如热成型或冷成型。

该方法可以包括获得第二基板，优选为第二可成型基板膜，其中，模制包括在第一基板与第二基板之间诸如在两个基板膜之间模制该模制材料层。

应变计量装置可以是第一应变计量装置，并且该方法可以包括将至少一个第二应变计量装置印刷在第二基板上，至少部分地处于与第一应变计量装置对应的位置处。

第一基板和第二基板中的至少一个，诸如基板膜，可以是柔性的。

该方法可以包括布置控制单元，以用于控制在第一基板或第二基板上的应变计量装置的操作，以及通过诸如印刷电子器件的方法在控制单元与应变计量装置之间布置电连接件。模制可以优选地包括模制该模制材料层，以包埋控制单元。

该方法可以包括在第一基板和第二基板上布置电容感测设备诸如电容传感器的电容感测元件。

第一基板膜可以包括金属，优选具有高电阻率，诸如高于或等于0.1微欧姆/米(micro-ohm/m)。该方法可以包括在第一基板上设置绝缘层，诸如利用介电墨印刷介电层，并且将应变计量装置印刷在所述绝缘层上。

根据第二方面，提供了一种应变计量设备。应变计量设备包括在第一基板上诸如在基板膜上的印刷的应变计量装置，其中，该印刷的应变计量装置被包埋在模制材料层中。

应变计量设备可以包括至少三个印刷的应变计量装置，并且该设备可以被配置成基于该至少三个印刷的应变计量装置通过三角测量来定位施加到第一基板的压力。本文提到的施加压力是指在某一点或区域的压力相对于周围区域的压力的偏差。这可以是例如在小的区域上由于用户的手指的推动运动导致的压力增加。

应变计量设备可以包括第二基板，诸如可成型第二基板膜，其中，包埋应变计量装置的模制材料层被布置在第一基板与第二基板之间。

应变计量装置可以是在第一基板上的第一应变计量装置，并且设备可以包括至少一个第二应变计量装置，该至少一个第二应变计量装置印刷在第二基板上，至少部分地处于与第一应变计量装置对应的位置处。

应变计量设备可以包括控制单元，该控制单元在第一基板膜或第二基板膜上并且被布置成与应变计量装置电连接。

包括应变计量装置的第一基板，诸如可成型基板膜，可以被成型为三维(3D)形状。

应变计量装置可以被配置成用作加热元件。

至少第一基板可以是柔性的。

应变计量设备还可以包括电容感测设备，诸如包括两个电容感测元件。

应变计量设备可以被配置成使得电容感测设备被配置成提供第一触发信号，并且应变计量装置的电阻被配置成响应于第一触发信号而被监测。

应变计量设备可以被配置成使得应变计量装置的电阻被配置成被监测并且提供第一触发信号，并且电容感测设备被配置成响应于第一触发信号而被监测。

第一基板可以包括或基本上由下述材料中的一种构成：塑料、聚合物、聚碳酸酯、聚碳酸酯-丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚酰亚胺、甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯单体的共聚物(MS树脂)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、木材、皮革或织物。根据各种实施方式，基板可以包括或基本上由选自下述构成的组中的至少一种天然且通常但并非必须是有机生长的材料构成：木材、实木、单板、胶合板、茎皮、树皮、白桦树皮、软木(包括茎皮组织的木栓层)、天然皮革以及天然纺织品或织物材料(可以是由例如天然纤维而编织或针织或以其他方式生产的)，诸如棉、羊毛、亚麻、丝绸或类似物。

第一基板可以包括金属，诸如薄金属层，优选地具有高电阻率，诸如高于或等于0.1微欧姆/米。该设备还可以包括在第一基板上的绝缘层，诸如介电墨的印刷的介电层，并且印刷的应变计量装置可以在所述绝缘层上。

根据第三方面，提供了一种手-放置-离开检测传感器。手-放置-离开检测传感器包括根据第二方面的应变计量设备。

根据第四方面，提供了一种转向盘。该转向盘包括根据第三方面的手-放置-离开检测传感器。

根据第五方面，提供了根据第二方面的应变计量设备在手-放置-离开检测中的用途。

根据第六方面，提供了一种称重设备。称重设备包括根据第二方面的应变计量设备。

根据第七方面，提供了根据第二方面的应变计量设备用于称重的用途。

根据第八方面，提供了一种水平指示器设备。水平指示器设备包括根据第二方面的应变计量设备。

根据第九方面，提供了根据第二方面的应变计量设备用于水平指示的用途。

本发明的效用源于取决于实施方式的多个议题。可以通过在基板上印刷一个或多个应变计量装置来容易地制造应变计量设备。此外，可以通过使用某种墨和/或通过设计应变计量装置的几何结构来容易地调整应变计量装置及其特点，诸如电阻值或电阻率，使得获得所期望的特点。通过在应变计量装置上模制一材料层或通过模制材料层以包埋应变计量装置，应变计量装置被保护免受环境和干扰的影响，耐用且操作可靠。此外，通过利用印刷的应变计量装置和模制材料层的组合，确保了应变计量装置与通过该计量装置感测作为应变的力或压力要被施加的表面的机械耦接。此外，除了适当的机械耦接之外，模制材料层有利地将力传递到该计量装置，因此可以使应变计量设备对力敏感。因此，本发明促进了制造具有上述特性的应变计量设备，并提供了这样的有利的设备。

术语“第一”、“第二”、“第三”等不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个元素与另一个元素区分开。

本文提出的本发明的示例性实施方式不应被解释为对所附权利要求的适用性构成限制。动词“包括”在本文中用作开放式限制，其不排除还未记载的特征的存在。除非另有明确说明，否则从属权利要求中记载的特征可以相互自由组合。

特别是在所附权利要求中阐述了被认为是本发明特点的新颖特征。然而，本发明本身，无论是其构造还是其操作方法及其用途，以及其附加目的和优点，将根据联系附图阅读时的以下特定实施方式的描述得到最佳理解。

附图说明

在以下简要描述的附图的图中，通过示例然而并非限制的方式示出本发明的实施方式。

图1示出了根据本发明的实施方式的方法的流程图。

图2示意性地示出了根据本发明的实施方式的应变计量设备。

图3示意性地示出了根据本发明的实施方式的应变计量设备。

图4A至图4D示出了根据本发明的各种实施方式的应变计量装置。

图5示意性地示出了根据本发明的实施方式的应变计量设备。

图6示意性地示出了根据本发明的实施方式的应变计量设备。

图7示意性地示出了根据本发明的实施方式的应变计量设备。

图8A和图8B示出了根据本发明的各种实施方式的应变计量设备的运行的实施例。

图9A至图9C示意性地示出了根据本发明的一些实施方式的应变计量设备。

图10A至图10C示意性地示出了根据本发明的一些实施方式的应变计量设备。

图11A和图11B示意性地示出了根据本发明的实施方式的应变计量设备。

图12示意性地示出了根据本发明的实施方式的应变计量设备。

图13示意性地示出了根据本发明的实施方式的称重设备。

图14示意性地示出了根据本发明的实施方式的水平指示器设备。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的实施方式的方法的流程图。在步骤10，参考启动阶段，可以进行必要的任务，诸如：材料；部件，诸如电接触焊盘、导体、电子器件和连接器；以及工具选择、采集、校准和其他配置。必须特别注意，各个元件和材料选择一起发挥作用并且存活于选定的制造工艺和可以安置结构或布置的可能的目标产品，这自然优选地基于制造工艺规范和部件数据表或者例如通过研究和测试生产的原型来预先检查。模制诸如注塑模制、模内装饰(IMD)/模内贴标签(IML)，层压和/或印刷装备诸如利用丝网印刷或喷墨印刷等，可以因此在此阶段阶段上升到操作状态。

在步骤11，可以获得诸如用于容纳电子器件的基板，优选为可成型基板膜或片。可选地，在步骤11之前或在该步骤，可以通过例如印刷将装饰、图形指示、颜色等制作到膜上。这在方法流程中可以省略或者其位置可以改变。可替换地或另外地，其他层诸如保护层可以设置有这样的特征。例如，可以应用丝网印刷或喷墨印刷。通常可以使用IMD/IML兼容方法设置装饰性或指示性(例如指导性)特征。可以获取现成的基板材料例如塑料膜卷，并且可选地对基板材料进行处理诸如涂覆、着色(如果最初不是所期望的颜色或例如最初不是最佳透明度或半透明度)、雕刻、压花、成形等，或者基板本身可以是通过模制诸如注塑模制、或其他方法来由所期望的起始材料从头开始室内制作的。

在各种实施方式中，基板可以是可成型的。基板可以基本上是可成型材料诸如可热成型材料，或者至少包括可成型层。最初可能基本上是平面的例如片状(在xy方向上延伸得相当多，而厚度或z-尺寸较小并且基本上恒定)的第一基板因此可以利用合适的成型方法诸如热成型而形成，以展现具有例如在模制前或在模制期间设立的突起或凹部形状的所期望的、至少局部三维(3D)的形状(变化的厚度，即在z方向上的尺寸变化)。

可以根据由每个使用场景设置的要求来处理和成形材料层诸如第一基板和可选的第二基板。它们可以展现例如矩形、圆形或方形的大致形状。它们可以是基本上无孔的或包含凹部、凹口、过孔、切口或开口，可选地填充有其他材料，以用于各种目的，诸如：附接到其他元件，传导电力以及例如相关的电功率或其他信号，装配电子器件或其他部件，设置用于光或其他辐射、流体等的通道或薄化部分。

基板以及塑料层或潜在的另外的层(涂料、墨、膜等)可以被配置成展现可以是在外部可感知的所期望的颜色或图形图案。例如，可以利用IML程序来在结构中布置包埋图形。

优选可成型的基板诸如膜或片可以是柔性的。基板可以包括或基本上由下述构成：例如，塑料/聚合物诸如聚碳酸酯(PC)、聚碳酸酯/丙烯腈丁二烯苯乙烯(PC/ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺、甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯的共聚物(MS树脂)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或金属。基板膜或片可以包括有机或生物材料诸如木材、皮革或织物，或这些材料中的任何材料彼此的组合或者与塑料或聚合物或金属的组合。基板诸如膜或片也可以被进一步处理，诸如成形、成型、涂覆等。

基板可以包括浮雕形式或形状诸如相对于表面平面的突起、脊部、凹槽或凹部，可选地为通孔。可以利用这些特征件在基板内容纳或至少部分地包埋元件诸如导体、电子部件等。保护层中可以存在类似的特征件。

根据本发明的实施方式，在步骤11，可以获得两个优选为柔性的基板，诸如膜或片。基板可以相对于彼此类似或不同。一个或两个可以用于容纳电子器件，诸如电子部件或导体或传导区域，例如贴片或电子接触焊盘。基板可以基本上是二维的或平面的，例如片状的(自然地，具有有限的厚度，然而相对于形成平面状形状的其他两个尺寸，尺寸较小)。

在步骤12，可以将一个或多个应变计量装置印刷在一个或多个基板上。这可能需要使用任何已知的印刷方法，诸如丝网印刷或喷墨印刷。墨有利地是导电墨，其可以是透明的，或者在某种程度上是透明的，或是不透明的。

关于传导墨的性质，它可以是一种组合物，该组合物包括各种材料诸如一种或多种导电材料和粘结剂材料或粘结剂组合物及溶剂(在印刷后在适当的环境下蒸发)。传导材料可以是例如银、碳或石墨烯。聚合物材料可以用作粘结剂。通过印刷制造应变计量装置提供了优势，通过使用合适的导电墨，即，通过调整墨的含量使得应变计量装置在使用中展现所期望的性质，诸如电阻率和/或电阻率响应于应变的变化。例如，可以调整不同传导颗粒相对于彼此的量。可替换地或另外地，例如，可以调整导电颗粒的量与粘结剂的量的比率。通过适当选择所述量，可以将墨的电性质和/或机械性质调整成诸如所期望的那样。

根据本发明的实施方式，所使用的墨是软墨材料。通过利用本领域技术人员已知的软墨材料，避免了导体例如使结构本身更加刚性，而因此使应变计量设备对由引导到该设备上的力或压力引起的变形不那么敏感。在步骤12，分别地，一个或多个应变计量装置及其元件——诸如接触焊盘、迹线、贴片、线圈状结构或导体——可以例如通过印刷设置在优选为柔性的基板诸如一个或多个膜或片上的期望的一个或多个位置，并且可以通过适当的安装技术附接电子部件。柔性印刷电路(FPC)结构由此可以形成。安装例如可以包括使用粘合剂、糊剂和/或传导墨来设立和稳固所期望的机械连接和电连接。步骤11和步骤12可以根据实施方式重复或交替地执行，因此并不总是必需或甚至是不可能将它们分离成专用执行阶段。

一个或多个应变计量装置可以优选地是导电迹线、贴片或平面线圈，诸如包括铜、金属网、氧化铟锡(ITO)或类似物。

在可选的步骤13，例如通过压制成型或使用真空或压力可以进行成型，诸如热成型或冷成型。在成型期间，可以利用模具结构将优选地可成型基板例如柔性基板膜成形为所期望的基本上3D的形状。如果一些电子部件已经布置在待成型的基板上，则它们应优选地被安置成使得避免在成型期间发生最大应力的位置，诸如最大压力或曲率的位置。

成型可以在将电路的至少一部分设置到第一基板之后进行，以便避免或至少减少电子器件的复杂3D组装。成型仍然可以例如作为单独的处理步骤发生在下述之前：使用例如注塑模制将塑料层模制到基板上和在其上设置的电路上，以至少部分地包覆模制该基板和其上设置的电路。然而，在一些实施方式中，可以结合模制来执行成型。为了促进或增强利用例如木制基板诸如单板或胶合板的这样的成型，可以先使基板润湿。

在步骤14，印刷在基板诸如一个或多个膜上的应变计量装置可以布置在由模具结构限定的腔中。这可以通过利用模具结构和将基板诸如基板膜——如果有两个——布置在模具结构的腔的相反侧上来实现，之后诸如通过使腔板或模具部分合并在一起以形成模具腔来准备模具结构进行模制。在14处，优选地使用注塑模制技术对优选塑料层进行模制，该优选塑料层例如为热塑性的、热固性的、弹性体材料、聚合物、有机物、生物材料、复合材料诸如有机的或图形的、以及它们的任何组合。通过在应变计量装置上模制材料层提供了下述优点：应变计量装置与模制材料层的机械耦接变得坚固且耐用，并且模制材料层提供了良好介质，以用于将力传递通过该模制材料到达应变计量装置(并且通过该计量装置的电阻变化)而被感测为应变。

除了其他选择之外，模制层通常可以包括弹性体树脂。更详细地，模制层可以包括一种或多种热塑性材料，该一种或多种热塑性材料包括选自由下述构成的组中的至少一种材料：PC、PMMA、ABS、PET、尼龙(PA、聚酰胺)、PP(聚丙烯)、TPU(热塑性聚氨酯)、聚苯乙烯(GPPS)、TPSiV(热塑性硅酮硫化橡胶)和MS树脂。在一些实施方式中，热固性材料可以可替换地或另外地与合适的模制方法诸如反应模制一起利用。例如，当基板诸如一个或多个膜已经被布置到模具腔中并且当通过利用高压力将模制材料注入腔中然后将基板即它们中的一个或两个形成为一个或多个3D形状时，步骤13和步骤14也可以基本上同时执行。

在步骤19，结束该方法的执行。一旦模制材料充分凝固，所制造的应变计量设备可以从模具结构中取出。凝固的时间段可能受到例如模制材料被注入时的温度的影响。通过印刷到基板和进一步模制基板，应变计量装置紧紧地稳固到(例如通过按压)经受应力的结构，因此与例如后层压结构相比响应更好，尤其是这种结构中应变计量装置被定位在后层压的面板构件上。

关于使用传统的应变计量装置，使用印刷的应变计量装置是特别有利的，因为由模制工艺引起的压力可能高到导致在模制材料围绕并压靠在计量装置上时传统的应变计量装置被损坏或至少失去对应变的敏感性。此外，相较于在应变计量装置的顶部上使用单独的塑料层或层压层的情况，应变计量装置——尤其当被印刷在第二基板上、在模制材料层的与将要接收所感测的压力的外表面相反的侧上时——更好地机械耦接到所述外表面。所述更好的附接提供了下述效果：相较于使用层压结构的情况，施加到模制材料层的相反侧上的所述外表面上的压力通过模制材料层更好地传递到应变计量装置。

在各种实施方式中，基板可以包括或基本上由选自由下述构成的组中的至少一种天然且通常但并非必须有机生长的材料构成：木材、实木、单板、胶合板、茎皮、树皮、白桦树皮、软木(包括茎皮组织的木栓层)、天然皮革以及天然织物或织物材料(可以是由例如天然纤维而编织或针织或以其他方式生产的)，诸如棉、羊毛、亚麻、丝绸或类似物。清楚的是，在参考例如木材和单板或胶合板的情况下，上述一些选项重叠并且可以同时地出现。在各种实施方式中，第一基板确实包括或至少主要由下述构成：有机物、生物制品、生物材料或类似物、或这些材料彼此的任何组合以及可能的其他材料，可选地为碳基材料和/或各种塑料。在木制基板的情况下，可以在木制基板的表面上设置漆层或另外的模制材料层。在本发明的各种实施方式中，可以在基板中使用的各种材料上设置另外的模制材料层。

在各种实施方式中，第一基板或至少一子部分诸如其木质的、纺织的、皮革的或其它有机的天然基层的厚度可以小于约几(例如2-6)毫米，更优选地小于约1mm厚，甚至更优选地小于约0.5mm厚，并且最优选地小于约0.3mm厚。在第一基板包含例如上述纺织品、皮革或例如单板或胶合板的木制层、以及例如塑料材料的至少一个另外的层(例如，塑料膜诸如热塑性膜)的情况下，所得基板构造的总厚度仍可以至少局部保持在上述范围内或略大，通常最大为大一或两毫米，这取决于基板的厚度。应变计量设备的功能特点可能受到下述项的影响：印刷所使用的墨的性质(也如本文前面所描述)，应变计量装置的几何形状和/或大小，基板的材料，应变计量装置的导体的长度、宽度和厚度，且因此，作为上述特征中的两个或更多个的组合，应变计量装置的电阻或应变计量装置的部分的电阻率。单独或组合的上述特征也可以影响应变计量装置的电阻相对于所施加的应变/压力/力如何进行变化。

通过将应变计量装置的端子例如经由模数(AD)转换器耦接到控制单元诸如微控制器，可以利用应变计量装置来感测压力，该模数转换器可以是单独的一个或多个AD转换器、或包括在该微控制器中。可以基于应变计量装置的性质例如基于其电阻来选择微控制器和/或AD转换器。另一方面，可以通过考虑用于操作应变计量设备的微控制器和/或AD转换器的性质来设计应变计量装置，例如，通过使应变计量装置具有适当几何结构或尺寸，以便匹配电气参数诸如阻抗，使得可以不需要单独的放大器，而是简单的微控制器就足以操作应变计量装置。

通过利用施加到应变计量装置的端子的激励电压，一个或多个应变计量装置可以用作感测设备。任何合适的电压源例如产生5V或12V的输出电压的电压源可以施加激励电压。可以通过例如惠斯通电桥配置或用于测量在配置中的一些电阻之间不平衡的以便测量应变计量装置的电阻变化的任何其他合适的配置来感测电阻的变化。

根据本发明的实施方式的应变计量设备的应变计量装置可以例如通过合适的尺寸而容易地被设计成展现任何电阻值，并且因此结合测量配置诸如惠斯通电桥配置中包括的某些电阻来进行使用。

应变计量设备可以用于通过确定计量装置系数或应变系数来感测设备上的压力，该计量装置系数或应变系数是电阻相对于机械应变的相对变化的比率。根据本发明的实施方式，0.01-0.2的应变因子——即电阻相对于机械应变的相对变化的应变因子——可以用于确定设备上压力的存在。

包括在应变计量设备中或布置成与应变计量设备连接的测量布置或系统可以优选地包括控制单元或微控制器，该控制单元或微控制器包括至少一个处理单元或处理器。控制单元可以被配置成测量由外部对象——诸如用户的手指——导向应变计量装置的应变，或者可替换地，应变计量设备可以被配置成测量结构中存在的应变并检测应变的任何变化。可以连续地测量应变计量装置的电阻值，并且如果设备被用作按钮或开关，则如果电阻值超过或低于阈值，则可以执行动作。此外，可能需要基于温度或由于应变计量装置的老化或“蠕变”及其电阻值来调整阈值。响应于应变的电阻值和/或其变化可能需要定期或随机地或在需要时进行校准。可替换地或另外地，设备的操作可以基于通过测量来检测电阻值中的瞬态。此外，瞬态可以被表征为人的按压动作的时域或频域模型并与其进行比较。这可以包括在模型中限定并且考虑增加的应变的测量信号的持续时间和/或某些斜率和/或针对测量的电阻(即，应变)的上升和/或下降沿的持续时间。

图2示意性地示出了根据本发明的实施方式的应变计量设备20。首先，可以在201处获得用于容纳电子部件的第一基板21A诸如平面基板，该基板可以优选地是可成型的。然后可以优选地，通过印刷诸如丝网印刷或喷墨印刷将应变计量装置22布置在第一基板21A上。接下来，在202处，示出了可以利用模制材料层23包覆模制容纳应变计量装置的第一基板21A的应变计量装置22或者将该应变计量装置可以包埋在该模制材料层中。这可以通过使用模制设备诸如利用注塑模制来完成。模制材料层23的其他边缘27可以例如由模制设备的模制腔或其模具的结构限定。

此外，控制单元25诸如微控制器25可以布置成与应变计量装置22电连接26，如图2所示。微控制器25可以布置在第一基板膜21A上，并且因此也包埋到模制材料层23中，或者包埋到某个其他位置，例如相对于模制材料层23在外部。

根据本发明的各种实施方式的应变计量设备20可以包括多于一个应变计量装置22。应变计量装置22可以彼此平行地印刷在第一基板膜21A上。然而，应变计量装置22可以可替换地或另外地设置成一个在另一个顶部上，使得一个应变计量装置22被设置在第一基板膜21A上，而另一应变计量装置22通过例如通过印刷使该另一应变计量装置与该一个应变计量装置之间具有电绝缘材料的方式而印刷在所述一个应变计量装置22上。例如，在将所述另一应变计量装置22印刷在电绝缘材料上的与所述一个应变计量装置22对应的部分处之前，通过将该电绝缘材料印刷在所述一个应变计量装置22上来设置电绝缘材料。因此，在一个位置可能存在几个应变计量装置22，它们可以被单独利用以监测该位置处的应变或施加的压力/力。此外，可以利用凹部和突起将力引导到应变计量装置22以被感测为应变。在应变计量装置22被用作按钮或开关的一部分的情况下，可以利用凹部和突起来指示例如按钮或滑块的位置。此外，凹部和/或突起对于视力受损的用户可能是有利的。

根据本发明的各种实施方式，应变计量设备20可以被配置成使得由应变计量装置22测量的应变的量级可以用作指示例如用户命令的强度。因此，设备20可以被配置成例如控制用于向上和/或向下移动车窗的致动器。该致动器可以响应于应变计量设备20感测所施加的压力而开始降低或升高窗户。然而，由应变计量设备20测量的应变的量级可以另外用于控制降低或升高窗户的速度。因此，应变的存在可以用作切换命令和所测量的量，以用来指示待执行动作的增益或强度。

根据本发明的各种实施方式，应变计量装置22可以用作加热元件。在这些实施方式中，应变计量装置22应被设计成承受所期望的温度值，或者注入应变计量装置22以便使应变计量装置22的温度上升的功率应当保持足够低，以免损坏应变计量装置22。加热元件可以用在例如转向盘中，在转向盘中应变计量装置22也用于手-放置-离开检测，即，用于检测何时用户的一个手或两个手实际上放置在转向盘上。

应变计量装置22的电阻可以随温度而变化。根据本发明的实施方式，通过例如基于影响应变计量装置22的温度来改变施加到应变计量装置22的激励电压的水平，可以补偿温度对应变计量装置22的电阻的作用。这可以例如通过下述来实施：配置微控制器或AD转换器或电压源中用于提供激励电压的任何一个，以基于温度调节应变计量装置22的激励电压。根据本发明的实施方式，温度补偿可以通过下述实施：提供与应变计量装置22隔开一距离的参考电阻器，优选地，其上印刷有应变计量装置22的相同或类似的基板上，并且用模制材料层23包覆模制该参考电阻器，参考电阻器的温度行为从而固有地类似于应变计量装置22的温度行为。然后这可以用于应变计量装置22的温度补偿。如上所述的参考电阻器本身也可以是应变计量装置22。可以存在一个或若干个可以用于温度补偿的参考电阻器。

温度对应变计量装置22的作用也可以用于开发温度传感器。这可能需要在某个参考温度下校准电阻值，然后基于应变计量装置22的温度的温度行为配置控制系统或控制单元，以确定影响应变计量装置22的温度。此外，由于对应变计量装置22的电阻的应变/压力/力变化，为了提供精确的温度确定，所以这可能需要检测何时向应变计量装置22施加了相当大的压力。

根据实施方式，单独的温度测量可以用于温度补偿中，诸如测量环境温度并将数据输入到控制单元或单独的温度补偿系统。

在其上已经印刷了应变计量装置22的一些基板上，温度对应变计量装置22的电阻的影响至少在某些温度范围内基本上是线性的。然而，在一些基板中，该影响也可以是非线性的。控制单元或温度补偿系统——例如，包括温度测量、微控制器和可选的激励电压源——可以被配置成提供相对于所使用基板的合适的补偿电压，应变计量装置22将被设置或已经被设置在该所使用基板上。

应当理解，温度补偿和利用应变计量装置作为加热元件或温度传感器也可以用于图3至图14中所示的实施方式中。

图3示意性地示出了根据本发明的实施方式的应变计量设备20。在相对于图2中所示的201基本上类似的301处，可以进一步例如通过利用成型按压或气压来形成，诸如热成型或冷成型、真空成型、压力成型或高压成型该容纳应变计量装置的基板21A，以优选地具有如302所示的3D形状。在303处，示出了可以利用模制材料层23包覆模制容纳应变计量装置的基板21A的应变计量装置22或者该应变计量装置可以包埋到该模制材料层中。这可以通过使用模制设备诸如利用注塑模制来完成。模制材料层23的其他边缘27可以由模制设备的模制腔或其模具的结构来限定。由此可见，应变计量设备20由于成型而展现三维形状。

根据本发明的实施方式，第一基板21A或第二基板21B可以优选地是薄的金属膜或片。应变计量装置22可以印刷在这样的金属膜或片上，并且可以利用模制材料层23而被包覆模制。然而，可以有利地设置绝缘层，诸如利用介电墨将介电层印刷在第一基板上，然后可以将应变计量装置22印刷在所述绝缘层上。应变计量装置22可以用于监测、感测或检测施加到金属膜或片的压力，其中，例如，电容感测设备可能由于金属膜或片的相对高的导电性而无法正确地工作。金属膜或片应优选地使得它被配置成弯曲，使得应变计量装置22响应于金属膜或片的弯曲而弯曲。在一些实施方式中，金属膜或片因此可能需要被配置成在用户通过例如他/她的手指或手臂施加力时弯曲。然而，在一些应用中，应变计量装置22可以用于监测金属膜或片的变形，在正常条件下，金属膜或片不应发生变形，并且可以由此提供损坏对象或设备的指示。根据一个实施方式，第一基板21A是金属，诸如金属膜或片，并且应变计量装置22和可选的其他电子部件被布置到第二基板21B，例如，用于容纳电子器件的基板膜。

根据实施方式，第一基板膜21A和/或另外的基板膜可以包括金属，诸如优选为薄的金属膜或片，优选地具有高电阻率，诸如高于或等于0.1微欧姆/米，这促进了包括传导墨的应变计量装置22的运行。

根据本发明的实施方式，可能存在设置在第一基板或另外的基板上的可以具有高介电常数或导电率的图形，因此可能难以使用电容感测设备。在这些应用中，使用根据本发明的实施方式的应变计量设备20可能是特别有利的。

图4A至图4D示意性地示出了根据本发明的各种实施方式的应变计量装置22。由此可见，应变计量装置22可以被生产为具有各种形状中的一种应变计量装置。尽管在图4A至图4D中仅示出了四个实施例，但是清楚的是应变计量装置22可以展现不同于所讨论的附图中示出的形状的一些其他形状。应变计量装置22的端子可以优选地连接到电导体41，该电导体也可以是例如被印刷的。此外，可以存在例如通过印刷或其他方式用于将电导体连接到应变计量装置22的接触焊盘42。图4A和图4B示出了矩形形状的应变计量装置22，并且图4C和图4D示出了弧形形状的应变计量装置22。由此可见，弧形形状的应变计量装置22彼此不同之处在于，图4C中的计量装置22的导电条带类似于锯齿形图案，而在图4D中图案包括形成计量装置22的弧和连接部分。

可以选择应变计量设备20的几何结构，使得可以最小化或至少减少对所施加压力的错误检测。模制材料层23可以例如由两个不同的部分和/或材料制成，或者在该两个部分之间具有间隔，以便使设备的不同部分彼此隔离，从而创建可以由不同应变计量装置22或应变计量装置22组监测的压力感测区域。

图5示意性地示出了根据本发明的实施方式的应变计量设备20。首先，在501处可以获得用于容纳电子部件的第一基板21A和第二基板21B诸如平面基板，该第一基板和第二基板可以优选地是可成型的。应变计量装置22然后可以布置在基板21A、基板21B中的一个上。接下来，在502处，示出了通过在第一基板21A和第二基板21B之间模制模制材料层23，可以利用模制材料层23包覆模制容纳应变计量装置的基板的应变计量装置22，在该特定情况下为第一基板膜21A，或将该应变计量装置包埋该模制材料层中。这可以通过使用模制设备诸如利用注塑模制来完成。应注意，应变计量设备20(包括至少两个应变计量装置22的设备20)也可以可选地或另外地布置在第二基板21B上。

此外，第一基板21A和第二基板21B中的至少一个可以包括其他电子部件61，诸如导体、电子器件、迹线、焊盘、贴片等。根据一些实施方式，控制单元25诸如微控制器25可以被布置到相对于应变计量装置22的不同基板。然后，电连接件26可以延伸通过模制材料层23。

在本发明的各种实施方式中，第一基板21A可以布置在设备20的外边缘，这意味着待由设备20感测的压力被设计为从设备20的该侧即从第一侧施加或预期地引导。由于温度通常也影响材料的电阻率，因此应变计量装置22也可能受到如本文前面所描述的温度变化的影响。因此，通过将应变计量装置22布置在第二基板21B上，即，通过模制材料层23与设备20的第一侧绝缘，第一侧上温度对应变计量装置22的操作的影响可以被最小化或至少减少。模制材料层23因此使应变计量装置22与环境温度绝缘或与设备20尤其是在第一侧上接触或紧密接近的任何对象的温度绝缘。

图6示意性地示出了根据本发明的实施方式的应变计量设备20。步骤601与图5中所示的步骤501基本类似。在602处，可以例如通过利用成型按压或气压来形成诸如热成型或冷成型、真空成型、压力成型或高压成型至少容纳应变计量装置的基板，以优选地具有三维形状。优选地，第一基板21A和第二基板21B二者都可以在602处形成。在603处，示出了通过在第一基板21A和第二基板21B之间模制模制材料层23，可以利用模制材料层包覆模制容纳应变计量装置的基板的应变计量装置22，或者将该应变计量装置包埋该模制材料层中。这可以通过使用模制设备诸如利用注塑模制来完成。由此可见，应变计量设备20由于成型而展现三维形状。控制单元25诸如微控制器25可以布置到相对于应变计量装置22不同的基板。然后，电连接件26可以延伸通过模制材料层23。

考虑到材料选择，第二基板21B可以基本上由选自由下述构成的组中的至少一种材料构成或包括由下述构成的组中的至少一种材料：聚合物、热塑性材料、PMMA、PC、聚酰亚胺、MS树脂、玻璃、PET、碳纤维、有机材料、生物材料、皮革、木材、纺织品、织物、金属等。所使用的材料可以是至少局部导电的或更典型地是绝缘的。然而，考虑到不透明度/透明度、透射率等，光学性质可以根据实施方式而变化。

图7示意性地示出了根据本发明的实施方式的应变计量设备20。虽然应变计量装置22已经被设置诸如被印刷在第二基板21B上，但是该应变计量装置也可以设置在第一基板21A上。设备20还可以包括电容感测设备70，该电容感测设备包括第一电容感测元件71和第二电容感测元件72。电容感测元件71、72可以例如是平面传导元件或“贴片”。根据图7中所示的实施方式，第一电容感测元件71诸如Rx电极可以作为现成的部件印刷或布置在第一基板21A上。第二电容感测元件72诸如Tx电极可以作为现成的部件印刷或布置在第二基板21B上。应变计量装置22可以例如被布置成与第二电容感测元件72平行，或者如果第二电容感测元件72具有闭合形状诸如矩形或圆形，则被布置成由所述元件72围绕。根据本发明的实施方式，所印刷的应变计量装置22可以用作电容感测设备的电极。根据另外的实施方式，电容感测元件71、72可以平行于一个应变计量装置22或多个应变计量装置22被布置到相同的基板或相同的平面，即，布置到不同的位置，或者布置到不同的基板和不同的位置，或者与应变计量装置22对准。在利用应变计量装置22作为按钮的一部分的情况下，电容感测设备70或至少其感测元件71、72可以布置到相同的按钮，甚至使得应变计量装置22充当电容感测元件71、72之一。图7中所示的应变计量设备20或类似种类的设备20可以用作感测设备，使得来自电容感测设备70和应变计量设备20的信息可以用于检测所施加的压力或“触摸”。根据一个实施例，电容感测设备70的测量可以例如在超过测量或压力感测系统中的第一阈值时用作第一触发或者用于提供第一触发信号。该系统可以被配置成仅在接收到第一触发之后才开始测量应变计量装置22的输出，因此应变计量装置22可以用于验证电容感测设备70的测量。因此，可以通过确认应变计量装置20的感测来有利地避免电容感测设备70的错误测量。这也是有利的，因为只要不存在由电容感测设备70感测到的第一触发，应变计量装置22就可以保持无源并且不消耗电功率。根据另一实施例，应变计量装置22可以在测量或感测系统中用于感测或测量第一触发，这之后电容感测设备70可以用于验证或确认应变计量装置22的测量结果。可以仅在电容感测设备70和应变计量装置22二者都指示存在推动即施加了足够的压力之后，执行例如由于推动某个按钮或在某个位置的预期的动作。

根据本发明的实施方式，电容感测设备70可以被配置成确定用户的手或手指的位置或用于使电容感测设备70作出反应的对象的位置。然后可以利用所确定的位置来激活应变计量装置22，即，基于由电容感测设备70确定的位置来测量应变计量装置22的电阻，并且因此验证所述手或对象的位置，并且可选地确定用户已给出命令。然后，系统可以被配置成执行与这样的命令相关的动作。例如，如果在目标设备或系统中布置有多个应变计量设备20，则基于电容感测设备70的测量可以仅激活它们中的一个或一部分。这具有的优点在于其余的或未激活的应变计量装置22例如不消耗电功率。根据另一实施方式，可以布置和配置一个或若干个应变计量装置22，以确定例如用户的手指在用户界面上的位置，然后电容感测设备70可以用于例如通过推动运动验证位置和/或接收来自用户的命令。

图8A和图8B中示出了根据本发明的实施方式的利用应变计量装置22和电容感测设备70的应变计量设备20的操作的实施例。

在图8A中，在步骤80A，参考启动阶段，可以获得并配置包括至少一个或若干个应变计量装置22和一个或若干个电容感测设备70的应变计量设备20，以供使用。在步骤81A，可以例如通过与应变计量设备20连接的控制单元25来控制电容感测设备70，以感测一个或多个电容感测设备70的电容是否改变，并且如果改变，则确定电容变化的特点。然后，在步骤82A，可以使用该电容变化的特点来确定对象诸如用户的手指的位置或定位。可以通过结合电容传感器利用的已知方法来确定位置或定位。然后在步骤83A，可以例如通过控制单元25和/或激励电压源激活在所述确定位置或定位处的一个或多个应变计量装置22，以用于测量是否正感测到压力，即，一个或多个应变计量装置22的电阻是否已经从其基值改变，或者它们是否将在一个或多个计量装置22被激活的时间段期间改变。如果在步骤84A未检测到压力，则该方法可以返回到步骤81A。另一方面，如果在步骤84A感测到压力，则一个或多个应变计量装置22的测量可以例如用于确认由电容感测设备70确定的位置或定位。因此，电容感测设备70可以用于提供第一触发信号，并且应变计量装置22可以响应于该第一触发信号而被激活，例如，用以确认由电容感测设备70确定的位置，并且可选地，在步骤85A处，在该位置或定位处的感测压力可以被配置成触发功能或动作，该功能或动作可以是例如为特定设备或系统配置的任何功能。因此，诸如本文所说明的应变计量设备20可以用作例如按钮或滑块，或者用作适用于触发动作的所讨论的系统的任何控制设备。步骤89A指的是该方法流程结束。取决于设备20的期望操作和用途，图8A的方法可以被执行一次、连续或间歇地执行。

图8B示出了应变计量设备20的操作的另一实施例。步骤80B指的是启动阶段，在该启动阶段中，可以获得并配置包括至少一个应变计量装置或若干个应变计量装置22和一个或若干个电容感测设备70的应变计量设备20，以供使用。在步骤81B处，一个应变计量装置22或者优选地多个应变计量装置22可以例如通过控制单元25被激活，并且它们的电阻被监测。例如，步骤82B可以指将电阻值或其变化与基值或阈值进行比较。如果未感测到压力，则方法返回到步骤81B。另一方面，如果感测到压力，则在步骤83B，可以激活在相应位置或定位或区域处的一个或多个电容感测设备70，并且可以监测它的电容或它们的电容。在步骤84B，可以基于所监测的电容来计算引起压力的对象例如用户的手指的位置。如果计算的位置对应于已经感测到压力的一个或多个应变计量装置22的位置，则可以在步骤85B处以与关于图8A所描述的类似的方式触发功能。步骤89B指的是该方法流程结束。取决于设备20的期望操作和用途，图8B的方法可以被执行一次、连续或间歇地执行。

根据本发明的再一实施方式，应变计量设备20的应变计量装置22和电容感测设备70可以并行地或同时地被用于或配置成用于分别监测电阻或其变化以及电容。这可能需要同时激活一个或多个应变计量装置22和一个或多个电容感测设备70两者并监测它们的相关测量参数(例如电阻和电容)。然后可以利用测量进行交叉检查，或者例如利用其中一个测量来监测环境条件，并利用另一个测量接收压力即例如来自用户的命令。例如，应变计量装置22可以用于例如监测例如温度或振动，而电容感测设备70可以用作按钮或开关。

应变计量设备20和电容感测设备70的组合可以被配置成由一个控制单元25或多个控制单元25操作。在单个控制单元25的情况下，所述设备20、70的操作可以基于时分方法或频分方法进行划分。

通过本文描述的方法(特别是关于图1)制造本文上述的包括应变计量装置22和电容感测设备70的结构，提供了下述优点：可以在一个工艺中制造该结构，从而产生一有效的方式来生产该结构并产生包括用作传感器、按钮或开关的压力传感设备的一体化和耐用结构。此外，电容感测设备70和应变计量设备20可以被配置成例如通过使用控制单元25来验证彼此的测量，该控制单元包括至少处理器和其他已知的基本部件。

图9A、图9B和图9C示意性地示出了根据本发明的实施方式的应变计量设备20。在图9A中，通过使用两种不同的材料已经生产了模制材料层23。第一模制材料23A已用于设备20的、一个应变计量装置22或多个应变计量装置22所在的部分中。应变计量装置22可以被包覆模制到或包埋在该第一模制材料23A中，或者在应变计量装置22与第一模制材料23A之间可以设置有其他的材料层。可以已经利用至少第二模制材料23B模制其他部分。所述其他材料可以是例如相对薄的第二模制材料23B层。第一模制材料23A可以优选地比第二模制材料23B软，以使应变计量设备20对在应变计量装置22处施加到设备的压力更敏感，而设备20的具有第二模制材料23B的部分可以不那么敏感。例如，可以使用聚氨酯作为较软的第一材料23A，而较硬的第二材料23B可以是较硬的塑料。此外，可以在应变计量装置22所在的部分设置凹部或突起。

图9B利用关于截面A-A的截面视图示出了设备20。一个应变计量装置22或多个应变计量装置22可以被布置例如印刷在第一基板21A和第二基板21B中的一个或两者上。设备20被示出为展现平面的或二维状的形状，然而，它也可以被成型为具有3D形状。通过将应变计量装置22布置在提供“内”表面的基板上，即，在模制材料层23A和模制材料层23B的相反侧上的基板是被设计成施加待测量压力的基板，局部温度变化例如由于人的手指的温度变化对应变计量装置22的测量的影响可以最小化或至少减小，因为模制材料层23A和模制材料层23B使应变计量装置22与局部温度变化绝缘，不论温度是增高还是降低。压力仍然有效地传递通过模制材料层23A和模制材料层23B，并且能够利用应变计量装置22测量。在图9B中，例如可以认为第一基板21A位于设备20的外表面上，且因此，其被设计成接收待测量的压力。在这种情况下，第二基板21B可以被认为位于设备20的内侧。由此可见，第一模制材料层23A可以优选地被模制在设备20的对应部分，如应变计量装置22处。第一模制材料层23A基本上从第一基板21A延伸通过设备20。

图9C利用关于截面A-A的截面视图示出了设备20的另一实施方式。在该情况下，由图9C可见，第一模制材料层23A不延伸通过设备20，而是仅延伸通过设备20的厚度的一部分。应变计量装置22可以印刷到第一基板21A或到第二基板21B，或者，例如，如果第二模制材料层23B在第一阶段已被模制，则应变计量装置22可以在第二阶段中被布置在第一模制材料层23A被模制在其中的凹部或者孔的底部上。可选地或另外地，图9C中所示的应变计量设备20可以使得省略第一模制材料层23A，即，应变计量装置22例如被布置在第二基板21B上，并且模制材料层23、23B可以至少在设备20的与一个或多个应变计量装置22对应的位置处较薄，即，至少局部地不那么厚(在平面基板的情况下在z方向上较短)。图10A至图10C从上方或下方(图10A)以及根据关于截面C-C的截面侧视图(图10B和图10C)示意性地示出了根据本发明的一些实施方式的应变计量设备20。设备20可以包括布置到脊部28或突起28、或者布置到凹部(凹槽)28或孔28的一个或优选地多个应变计量装置22。在具有多个应变计量装置22的情况下，应变计量设备20可以被配置成作为滑块操作，例如，作为触摸滑块。尽管多个应变计量装置22可以被布置在平面基板的表面上，并且设备20被配置成作为滑块操作，但是图10A示出了布置在脊部28或凹部28上的应变计量装置22。通过具有脊部28或凹部28，引起应变的力被更好地传递到一个或多个应变计量装置22。图10B示出了在脊部28或突起28中包括一个或多个应变计量装置22的设备20的实施方式。图10C示出了在凹部28、孔28或凹槽28中包括一个或多个应变计量装置22的设备20的实施方式。

图11A和图11B示意性地示出了本发明的实施方式。图11A示出了包括布置在基板21A、21B上的多个应变计量装置22的应变计量设备20。根据图11A的实施方式，在第一基板21上布置有三个平行的应变计量装置22，即第一应变计量装置22A，优选地在相对于其模制材料层23的内表面上，并因此包埋在模制材料层23中。此外，在第二基板21B上可以布置另外三个平行的应变计量装置22B，即第二应变计量装置22B，优选地在其内表面上并且因此包埋在模制材料层23中。第一基板21和第二基板21B的应变计量装置22A、22B可以分别交叠，使得每个应变计量装置22的一部分可以位于设备20的与在相对基板上的一个应变计量装置22或多个应变计量装置22对应的部分处，即，第一应变计量装置22A关于第二应变计量装置22B。至少一个第一应变计量装置22A可以至少部分地在与至少一个第二应变计量装置22B对应的位置处。根据实施方式，第二基板21B上的应变计量装置22B可以被布置成与第一基板21A上的应变计量装置22A垂直并且如上所述那样交叠。根据实施方式，通过将应变计量装置22A、22B布置成以图11A中的方式交叠，尤其是当利用透明墨进行印刷时，可以获得触摸屏。

图11A中所示的配置可以用于定位正被施加压力的区域。这可以通过测量所有六个应变计量装置22A、22B的输出来实现。该六个应变计量装置22A、22B基本上限定或形成九个区域或点，即，可以用于检测压力点的矩阵。例如，如果向包括应变计量装置22的设备20的表面的右上角施加压力，则在第一基板21A的右侧上的应变计量装置22A的电阻变化大于在第一基板21A上其他两个应变计量装置22的电阻。此外，由于在第二基板21B上也存在应变计量装置22B，因此在第二基板21B上的最上方的应变计量装置22B的电阻变化大于在第二基板21B上的另外两个应变计量装置22B的电阻。因此，压力点可以被定位在设备20的右上角。应注意，包括由应变计量装置22A、22B限定的这样的测量点的矩阵的大小可以具有任何大小，例如，2×2、如图11A中所示的3×3、或3×4、或4×4等。图11B利用关于截面B-B的截面视图示出了图11A的设备20。

根据实施方式，第一应变计量装置22A和第二应变计量装置22B可以基本上布置在同一基板即第一基板21A或第二基板21B的表面上。第一应变计量装置22A可以印刷在第一基板21A上，然后电绝缘材料诸如介电层可以印刷在第一应变计量装置22A上，然后第二应变计量装置22B可以印刷在介电层上，从而介电层使第一应变计量装置22A和第二应变计量装置22B彼此电分离。在相同位置处具有一个在另一个顶部上的多个应变计量装置22的优点在于，每个应变计量装置22的测量均可以用于交叉检查或验证计量装置22的测量。此外，这允许针对温度或其他应力蠕动或偏移进行自校正。根据另外的实施方式，布置在相同位置处的应变计量装置22可以是使得它们是方向性敏感的。这意味着一个计量装置22可以对x-y平面的x方向更敏感，而另一个应变计量装置对x-y平面的y方向更敏感。还可以对其布置另外的对方向敏感的应变计量装置22。

根据一些实施方式，用于印刷应变计量装置22；22A、22B的传导墨可以是透明的，这使得可以生产触摸屏，在该触摸屏中应变计量装置22；22A、22B用于感测触摸的存在和位置。然而，根据另一实施方式，所用的墨可以是不透明的。

图12示出了本发明的再一实施方式。可以有至少三个应变计量装置22基本上在一平面上印刷到基板21A、21B上，其中所述三个应变计量装置22基本上限定假想三角形的三个顶点。然后，当定位施加压力的点时，可以在三角测量工艺中使用如此配置。在这种情况下，图12中的压力点P在由应变计量装置22限定的三角形区域上。本文提到的施加压力是指在某一点或区域的压力相对于周围区域的压力的偏差。这可以是例如在小区域上由于用户的手指的推动运动导致的压力增加。通过比较三个应变计量装置22的电阻相对于彼此的变化，可以确定压力点P与每个应变计量装置22的距离。如果应变计量装置或至少电阻值或其响应于应变/压力/力的变化不一致，则这可能需要相对于每个应变计量装置22校准该应变计量装置的基值。对于技术人员明显的是，应变计量装置22的数量可以多于三个。

注塑模制可以应用于制造工艺中。基板和可选的保护层(如果已经存在)可以用作模具结构或模具中的插入件。可选地，应用多次注射模制或多部件模制以例如向多层结构提供多种材料。塑料层可以是至少部分光学透明的和/或包括凹部或通孔，以提供到下面的电子器件的视觉路径，该电子器件可以包括光电子部件(发光二极管(LED)、光敏检测器)或者例如显示器诸如OLED(有机LED)显示器。塑料层可以附加地或可替换地包括不透明的例如彩色或含图形或半透明的部分。塑料层还可以设置有表面浮雕形式或其他特征件，以用于各种目的，诸如用于光学用途(例如光内耦接、外耦接、散射或反射)。

根据一些实施方式，附加层也可以例如在模制之后，诸如通过使用粘合剂层压到模制材料层23上或基板21A、21B中的至少一个上，这取决于特定实施方式和/或所得设备20的预期用途。

本领域技术人员应事先知道或根据使用的材料、尺寸和部件通过现场测试来确定最佳工艺参数。仅能对通用指南给出少数示例性指南。当基板是PET并且待包覆模制在其上的塑料是PC时，熔化PC的温度可以在280摄氏度至320摄氏度之间，并且适用的模具温度可以在约20摄氏度至95摄氏度的范围内，即，例如它可以是约80摄氏度。所使用的基板21A、21B诸如膜和工艺参数应当被选择成使得基板在该工艺期间保持基本上为固态。

潜在预先安装的电子器件已优选地附接到基板，使得它们在模制期间保持固定不动。可选地，可以在至少针对所选择的阶段——诸如为基板设置迹线/部件或将层集成在一起——执行制造方法期间利用卷对卷技术。卷对卷的应用需要来自所使用材料层的一些柔性。因此，最终产品(所获得的设备)可以是柔性的。然而，本发明实际上也适用于具有更刚性的材料片或通常是所期望材料件的场景。

结合了一个应变计量装置22或多个应变计量装置22的目标电子产品或设备20可以包括例如消费者电子设备、工业电子器件、自动化装备、机械装置、汽车产品、安全或保护设备、计算机、平板电脑、平板手机、移动终端诸如手机、报警设备、可穿戴电子器件/产品(服装、头饰、鞋类等)、传感器设备、测量设备、显示设备、游戏控制器或控制台、照明设备、多媒体或音频播放器、视听(AV)设备、运动器材、通信设备、运输或承载装备、电池、光学设备、太阳能电池板或太阳能能量设备、发射器、接收器、无线控制设备或控制器设备。

根据一个实施例情况，根据本发明的实施方式的应变计量设备20可以用于检测用户的手何时放置在车辆的转向盘上，即用于手-放置-离开检测和/或在手-放置-离开检测传感器中使用。这可以通过包括应变计量装置22的设备20来实现，该应变计量装置可以用于检测由用户的手施加到转向盘的压力。

根据另一实施例，当除了应变计量装置22之外还将电容感测设备70诸如电容传感器布置到设备20时，应变计量装置22可以用作第二触发器或者提供或生成第二触发信号例如是否超过与测量的电阻值相关的第二阈值，以便验证电容感测设备70正确地指示转向盘上的手的存在。根据本发明的各种实施方式的应变计量装置22可以有利地用于下述应用中：其中电容感测设备70由于来自电力装备等的干扰或者例如附近用户的手的错误检测或者由于液滴或污垢的错误检测而容易出错。在汽车产业中，与传感器操作相关的可靠性是重要的安全问题。

应变计量设备20可以有利地用作感测设备，例如在触摸屏或控制装备诸如转向盘或任何用户界面的情况下，该感测设备首先感测正被施加到设备的压力和/或其次，根据所施加力的量级可以选择执行不同的动作。根据本发明的实施方式的应变计量设备20对于用户的手是干还是湿这一事实不敏感，因为设备20至少部分地基于下述力或压力而运行：所述力或压力由用户或任何对象生成并且传递到应变计量装置22并被感测作为应变(通过测量计量装置22的电阻或其电阻值的变化)。

应变计量设备20的实施方式可以用于在各种应用中进行称重。应变计量设备20可以有利地布置到称重设备110，诸如图13中所示。与应变计量设备20有关的应变计量装置22和测量系统可以被配置成提供关于放置在称重设备110上的对象的重量(或由于重力的质量引起的力)的测量信号。应变计量设备20可以被布置在表面112，该表面被布置成用于放置待称重的对象，或者可以存在对象将要被放置在其上的附加的表面或结构，然后压力(或力)被传递到应变计量装置22。用于称重或称重设备110的应变计量设备20可以至少部分地通过利用本文前面所描述的制造方法的实施方式来制造。称重设备110可以优选地包括用于为用户呈现称重结果的数字屏幕111。屏幕111可以优选地连接到控制单元25，该控制单元至少包括处理器和用于确定应变计量装置22的电阻值变化的装置，以用于计算放置在称重设备110上的对象的重量(或质量)。还可以存在用户界面，诸如被包括在称重设备110中的按钮113。

应变计量设备20的实施方式可以用于各种应用中的水平，诸如液位121指示。应变计量设备20可以有利地布置到水平，例如液位，指示器设备120，诸如以包括一个或多个应变计量装置22或一个或多个应变计量设备20的条带的形式。应变计量装置22和与应变计量装置22连接的测量系统诸如控制单元25可以被配置成提供相对于待测量的量的水平诸如液位121的测量信号。可以有一个或若干个应变计量设备20，例如布置在容纳液体的容器的内侧壁上，如图12中所示。根据实施方式，可能有应变计量设备20的若干个应变计量装置22可以布置在条带中，如图14中所示。该条带可以被布置在例如容器的内侧壁上，且因此条带可以用于指示液位，因为液体对液体表面122B下方的应变计量装置22产生静力，而空气或大气压力影响表面122A上的应变计量装置22。应注意，应变计量设备20也可以用作除液体之外的水平指示器(设备)，例如用于砂或其他这样的粒状的材料。用于水平指示或用在水平指示器中的应变计量设备20可以通过利用本文前面所描述的制造方法的实施方式来制造。

根据本发明的各种实施方式的应变计量设备20可以用于各种应用中，其中一些应用在上文中提出。然而，通常，根据本发明的一个或多个应变计量装置22可以通过印刷设置在各种不同的基板或表面上，然后用于任何合适的设备或系统中。基板可以是刚性的或可成型的或柔性的。此外，基板可以是平面的或展现出明显的厚度。除了上文所提出的之外，根据本发明的各种实施方式的应变计量设备20可以用于例如车辆中，诸如在汽车座椅中(检测是否有人坐在座椅上和/或用于加热)、用于转弯信号开关中、变速杆中、或用于控制车辆中的设备诸如窗户或照明等的任何开关中。此外，应理解根据本发明的实施方式的应变计量设备20可以用于除车辆之外的其他领域，诸如关于图13和图14所描述的那些领域。通常，应变计量设备20可以用作例如用于监测参数的传感器和/或用作在任何合适的系统中操作致动器的开关。

在前面的描述中描述的特征可以以与明确描述的组合不同的组合进行使用。尽管已经参考某些特征描述了功能，但是无论是否描述，这些功能可以通过其他特征来执行。尽管已经参考某些实施方式描述了特征，但是无论是否描述，这些特征也可以存在于其他实施方式中。

Claims (47)

1.一种用于制造应变计量设备的方法，所述方法包括：

获得用于容纳电子部件的第一基板，所述第一基板包括第一可成型基板膜，

通过印刷电子器件的方法将应变计量装置印刷到所述第一基板上，以及

在所述应变计量装置之上注塑模制一模制材料层，从而将所述应变计量装置包埋在所述模制材料层中。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括通过下述中的至少一种形成包括所印刷的应变计量装置的所述第一基板：热成型、冷成型、真空成型、压力成型或高压成型。

3.根据权利要求1所述的方法，包括获得第二可成型基板膜，其中，所述模制包括在所述第一可成型基板膜与所述第二可成型基板膜之间模制所述模制材料层。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述应变计量装置是第一应变计量装置，所述方法包括：

将至少一个第二应变计量装置印刷在第二基板上，至少部分地处于与所述第一应变计量装置对应的位置处。

5.根据权利要求1所述的方法，包括：

布置控制单元，以用于控制在所述第一基板与第二基板之间的所述应变计量装置的操作，以及

利用印刷电子器件的方法在所述控制单元与所述应变计量装置之间布置电连接件，

其中，所述模制包括模制所述模制材料层以包埋所述控制单元。

6.根据权利要求1所述的方法，包括在所述第一基板或第二基板上布置电容感测元件。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一基板包括下述中的一种：塑料、聚合物、聚碳酸酯、聚碳酸酯-丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚酰亚胺、甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯单体的共聚物(MS树脂)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、木材、皮革或织物。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一基板包括具有高于或等于0.1微欧姆/米的电阻率的金属，并且所述方法还包括在所述第一基板上设置绝缘层，并且其中，将所述应变计量装置印刷在所述绝缘层上。

9.一种应变计量设备，包括：

在第一可成型基板膜上的印刷的应变计量装置，所述应变计量装置被包埋在注塑模制的材料层中，其中，所述第一可成型基板膜包括下述中的至少一种：塑料、聚合物、聚碳酸酯、聚碳酸酯-丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚酰亚胺、甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯单体的共聚物(MS树脂)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、木材、皮革或织物。

10.根据权利要求9所述的应变计量设备，包括至少三个印刷的应变计量装置，并且其中，所述设备被配置成基于所述至少三个印刷的应变计量装置通过三角测量来定位施加到所述第一可成型基板膜的压力。

11.根据权利要求9所述的应变计量设备，包括第二基板，其中，包埋所述应变计量装置的所述模制材料层被布置在所述第一可成型基板膜与所述第二基板之间。

12.根据权利要求9所述的应变计量设备，包括控制单元，所述控制单元在所述第一可成型基板膜上并且被布置成与所述应变计量装置电连接。

13.根据权利要求9所述的应变计量设备，其中，包括所述应变计量装置的所述第一可成型基板膜被成型为三维形状。

14.根据权利要求9所述的应变计量设备，其中，所述应变计量装置是所述第一可成型基板膜的第一应变计量装置，并且所述设备包括至少一个第二应变计量装置，所述至少一个第二应变计量装置被印刷在第二基板上，至少部分地处于与所述第一应变计量装置对应的位置处。

15.根据权利要求9所述的应变计量设备，其中，所述应变计量装置被配置成用作加热元件。

16.根据权利要求9所述的应变计量设备，其中，所述设备还包括电容感测设备。

17.根据权利要求16所述的应变计量设备，其中，所述电容感测设备被配置成提供第一触发信号，并且所述应变计量装置的电阻被配置成响应于所述第一触发信号而被监测；或

所述应变计量装置的所述电阻被配置成被监测并且提供第一触发信号，并且所述电容感测设备被配置成响应于所述第一触发信号而被监测。

18.一种包括根据权利要求9所述的应变计量设备的手-放置-离开检测传感器。

19.一种包括根据权利要求18所述的手-放置-离开检测传感器的转向盘。

20.一种用于使用根据权利要求9所述的应变计量设备的方法，包括提供手-放置-离开检测。

21.一种包括根据权利要求9所述的应变计量设备的称重设备。

22.一种用于使用根据权利要求9所述的应变计量设备的方法，包括利用所述应变计量装置进行称重。

23.一种包括根据权利要求9所述的应变计量设备的水平指示器设备。

24.根据权利要求9所述的应变计量设备用于液位指示的用途。

25.根据权利要求1所述的方法，其中，所述印刷电子器件的方法是丝网印刷或喷墨印刷。

26.根据权利要求20所述的应变计量设备，其中，用于手-放置-离开检测的所述应变计量装置被用在转向盘中。

27.一种应变计量设备，包括：

在可成型基板膜上的至少三个印刷的应变计量装置，所述至少三个应变计量装置被包埋在注塑模制的材料层中，其中，所述设备被配置成基于所述至少三个印刷的应变计量装置、通过三角测量来定位施加到所述可成型基板膜的压力。

28.根据权利要求27所述的应变计量设备，其中，所述可成型基板膜被成型为三维形状。

29.根据权利要求27所述的应变计量设备，包括控制单元，所述控制单元在所述可成型基板膜上并且被布置成与所述至少三个印刷的应变计量装置电连接。

30.根据权利要求27所述的应变计量设备，包括电容感测设备。

31.根据权利要求27所述的应变计量设备，其中，所述可成型基板膜包括具有高于或等于0.1微欧姆/米的电阻率的金属，所述应变计量设备还包括在所述可成型基板膜上的绝缘层，并且其中，所述至少三个印刷的应变计量装置被印刷在所述绝缘层上。

32.一种应变计量设备，包括：

在第一可成型基板膜上的印刷的应变计量装置，其中，所述应变计量装置被包埋在注塑模制的材料层中；以及

第二可成型基板膜，其中，包埋所述应变计量装置的模制材料层被布置在所述第一可成型基板膜与所述第二可成型基板膜之间。

33.根据权利要求32所述的应变计量设备，其中，所述第一可成型基板膜被成型为三维形状。

34.根据权利要求32所述的应变计量设备，包括控制单元，所述控制单元在所述第一可成型基板膜上并且被布置成与所述应变计量装置电连接。

35.根据权利要求32所述的应变计量设备，包括电容感测设备。

36.根据权利要求32所述的应变计量设备，其中，所述第一可成型基板膜包括具有高于或等于0.1微欧姆/米的电阻率的金属，所述应变计量设备还包括在所述第一可成型基板膜上的绝缘层，并且其中，所述应变计量装置被印刷在所述绝缘层上。

37.一种应变计量设备，包括：

在第一可成型基板膜上的印刷的应变计量装置，其中，所述应变计量装置被包埋在注塑模制的材料层中；以及

控制单元，所述控制单元在所述可成型基板膜上并且被布置成与所述应变计量装置电连接。

38.根据权利要求37所述的应变计量设备，包括电容感测设备。

39.根据权利要求37所述的应变计量设备，其中，所述可成型基板膜包括具有高于或等于0.1微欧姆/米的电阻率的金属，所述应变计量设备还包括在所述可成型基板膜上的绝缘层，并且其中，所述应变计量装置被印刷在所述绝缘层上。

40.一种应变计量设备，包括：

在可成型基板膜上的印刷的应变计量装置，所述应变计量装置被包埋在注塑模制的材料层中，其中，所述可成型基板膜被成型为三维形状。

41.根据权利要求40所述的应变计量设备，包括控制单元，所述控制单元在所述可成型基板膜上并且被布置成与所述应变计量装置电连接。

42.一种应变计量设备，包括：

在第一可成型基板膜上的印刷的第一应变计量装置，其中，所述第一应变计量装置被包埋在注塑模制的材料层中；以及

至少一个第二应变计量装置，所述至少一个第二应变计量装置被印刷在第二可成型基板膜上，至少部分地处于与所述第一应变计量装置对应的位置处。

43.根据权利要求42所述的应变计量设备，其中，所述第一可成型基板膜包括具有高于或等于0.1微欧姆/米的电阻率的金属，所述应变计量设备还包括在所述第一可成型基板膜上的绝缘层，并且其中，所述第一应变计量装置被印刷在所述绝缘层上。

44.一种应变计量设备，包括：

在可成型基板膜上的印刷的应变计量装置，其中，所述应变计量装置被包埋在注塑模制的材料层中；以及

电容感测设备，所述电容感测设备与所述可成型基板膜相关联。

45.根据权利要求44所述的应变计量设备，其中，所述电容感测设备被配置成提供第一触发信号，并且所述应变计量装置的电阻被配置成响应于所述第一触发信号而被监测；或

所述应变计量装置的所述电阻被配置成被监测并且提供第一触发信号，并且所述电容感测设备被配置成响应于所述第一触发信号而被监测。

46.一种应变计量设备，包括：

在可成型基板膜上的印刷的应变计量装置，所述应变计量装置被包埋在注塑模制的材料层中，其中，所述可成型基板膜包括具有高于或等于0.1微欧姆/米的电阻率的金属；以及

在所述可成型基板膜上的绝缘层，其中，所述应变计量装置在所述绝缘层上。

47.根据权利要求46所述的应变计量设备，其中，所述绝缘层包括利用介电墨印刷的介电层。