CN113970389A - 一种薄膜式压力传感器及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及压力传感器的技术领域，提供了一种薄膜式压力传感器及电子设备，其中薄膜式压力传感器包括：力传导结构，具有预设弹性；按压基材，为柔性体，所述按压基材设于所述力传导结构的下表面；支撑基材，与按压基材层叠设置，且设有用于电连接的基材导线，支撑基材的机械强度比按压基材的机械强度高；传感材料，设于按压基材和支撑基材之间；传感电极，设于按压基材和支撑基材之间，且与传感材料相对设置，传感电极电连接基材导线；传感材料和传感电极的二者之一设于按压基材的下表面，传感材料和传感电极的二者之另一设于支撑基材的上表面；电子设备包括薄膜式压力传感器；上述方案方便组装，成本便宜，节省空间，尺寸可以做到更小。

Description

一种薄膜式压力传感器及电子设备

技术领域

本发明涉及压力传感器的技术领域，更具体地说，是涉及一种薄膜式压力 传感器及电子设备。

背景技术

现有的薄膜式压力传感器多采用柔性电子基材如PET、PI基材，且薄膜式 压力传感器是一体化的，主要带来的问题是在消费电子领域应用时由于传感器 材质的限定，无法进行大规模的贴片焊接生产工艺，只能采用人工焊接，人工 焊接会带来连接一致性、效率和焊接精度的问题。与此同时，柔性基材给传感 器的性能一致性也带来了挑战，并且基于接触式压力测量原理的传感器在应用 场景端如耳机、牙刷的按压应用时下方均需要有支撑基材，这使得结构的整体 设计以及组装工艺都变得比较复杂，特别是在小空间的应用下更加不利于加工 与生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种薄膜式压力传感器及电子设备，以解决现有技 术中存在的薄膜式压力传感器组装难度大且效率低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种薄膜式压力传感器，包括：

力传导结构，具有预设弹性；

按压基材，为柔性体，所述按压基材设于所述力传导结构的下表面；

支撑基材，与所述按压基材层叠设置，且设有用于电连接的基材导线，所 述支撑基材的机械强度比所述按压基材的机械强度高；

传感材料，设于所述按压基材和所述支撑基材之间；

传感电极，设于所述按压基材和所述支撑基材之间，且与所述传感材料相 对设置，所述传感电极电连接所述基材导线；

所述传感材料和所述传感电极的二者之一设于所述按压基材的下表面，所 述传感材料和所述传感电极的二者之另一设于所述支撑基材的上表面。

通过采用上述技术方案，首先，传感材料或者传感电极均被支撑基材所承 载，由于支撑基材的机械强度比按压基材的机械强度高，因此无需再另外使用 额外支架的支撑结构，节省了空间；其次，由于支撑基材的机械强度较高且材 质均耐高温，因此可以采用贴片(回流焊)工艺将薄膜式压力传感器设于主板 上，贴片工艺的焊接精度和焊接效率要远高于人工焊接，方便组装，同时集成 度更高，尺寸也可以做到更小；再次，力传导结构具有预设的弹性，主要用于 增加因为应用场景上结构公差和组装公差带来的不一致性情况下的容错性，而 且给组装好的传感器一个初始的预压力，便于算法端的初始自校准功能；最后， 传感材料和传感电极设于支撑基材和按压基材之间，但是传感材料和传感电极 的位置可相互对调，利于提高组装时的适用性。

在一个实施例中，所述传感电极为印刷结构件，或者所述传感电极为刻蚀 结构件。

具体地，按压基材或者支撑基材通过印刷工艺或者刻蚀工艺设有传感电极； 需要进一步解释的是，当支撑基材是PCB板时，可以在PCB板制备自身的电 路基材导线时，就把传感电极也一并制备，节省了工艺的步骤，同时提高了效 率。

通过采用上述技术方案，将传感电极制备在按压基材或者支撑基材时，可 以提高加工的效率，同时也不会增加按压基材或者支撑基材的厚度，提高了集 成度，也缩小了体积。

在一个实施例中，当所述传感电极设于所述按压基材的下表面时，所述传 感电极与所述基材导线通过电连接结构连接；当所述传感电极设于所述支撑基 材的上表面时，所述传感电极与所述基材导线直接连接。

具体地，当传感电极设置于支撑基材的上表面时，传感电极直接与支撑基 材的基材导线电连接；而当传感电极设置于按压基材的下表面时，传感电极需 要通过电连接结构与支撑基材的基材导线电连接，电连接结构架设于按压基材 和支撑基材之间。

通过采用上述技术方案，传感电极与基材导线通过电连接结构连接，使得 传感电极的设置位置可以在支撑基材上，也可以设置在按压基材上，提高了传 感电极设置位置的选择性，利于降低工艺的难度。

在一个实施例中，所述电连接结构包括焊接件或者导电胶件。

具体地，传感电极通过焊接方式例如用焊锡与支撑基材的基材导线连接， 或者通过导电胶与支撑基材的基材导线连接。

通过采用上述技术方案，使得传感电极可以通过贴片(回流焊)的方式与 支撑基材连接，提高了加工的效率。

在一个实施例中，当所述传感材料设于所述支撑基材的上表面，所述传感 电极设于所述按压基材的下表面时，所述传感电极通过焊接、贴合与压合工艺 电连接所述支撑基材的所述基材导线。具体地，传感电极通过焊接、贴合工艺 或压合工艺与支撑基材的基材导线连接，上述工艺具体可以指在基材导线上设 置导电胶膜(Anisotropic ConductiveFilm，ACF)，再通过上述工艺连接传感电极 和基材导线，而传感材料和传感电极之间可以形成空腔结构，也可以不形成空 腔结构；或者支撑基材的基材导线和传感电极之间通过贴片(回流焊)的工艺 相互连接。

在另一个实施例中，当所述传感材料设于所述按压基材的下表面，所述传 感电极设于所述支撑基材的上表面时，所述传感材料通过贴合与压合工艺与所 述支撑基材连接。

通过采用上述技术方案，可以提高传感材料和传感电极之间加工效率。

通过采用上述技术方案，其加工工艺简单方便，利于提高加工效率。

在一个实施例中，还包括设于所述按压基材和/或所述支撑基材上的处理结 构，当所述处理结构设于所述按压基材时，所述处理结构位于所述按压基材的 上表面或者下表面，当所述处理结构设于所述支撑基材时，所述处理结构位于 所述支撑基材的上表面或者下表面，所述处理结构电连接所述基材导线。

通过采用上述技术方案，支撑基材或者按压基材上还可以集成有处理器芯 片或者其他类型的芯片，可扩展性强，方便与处理器芯片和其他类型芯片相集 成，提供更加丰富的解决方案。

在一个实施例中，所述处理结构设于所述支撑基材和所述按压基材之间。

具体地，处理结构置于支撑基材和按压基材之间，避免了设置处理结构时 增加了整体的高度。

通过采用上述技术方案，提高了薄膜式压力传感器的集成度，缩小了体积。

本发明的另一目的在于提供一种电子设备，包括主板和上述的薄膜式压力 传感器，所述薄膜式压力传感器与所述主板电连接。

通过采用上述技术方案，首先，传感材料或者传感电极均被支撑基材所承 载，由于支撑基材的机械强度比按压基材的机械强度高，因此无需再另外使用 支架来做支撑结构，节省了空间；其次，由于传感器材质可耐高温，因此可以 采用贴片(回流焊)工艺将薄膜式压力传感器设于主板上，贴片工艺的焊接精 度和效率要远高于人工焊接，方便组装，同时集成度更高，尺寸也可以做到更 小；最后，传感材料和传感电极设于支撑基材和按压基材之间，但是传感材料 和传感电极的位置可相互对调，同样利于提高组装时的适用性。

在一个实施例中，所述主板上设有用于与所述支撑基材电连接的连接件结 构，所述连接件结构为卡扣结构。

具体地，卡扣结构包括卡槽和卡扣，将卡槽和卡扣两者之一设于主板上， 将卡槽和卡扣两者之另一与传感电极相连。

通过采用上述技术方案，连接件结构为金属材质，直接通过贴片的方式焊 接在主板上，然后通过卡槽/卡扣设计与支撑基材上的传感电极相连接，其连接 方式简单可靠。

在一个实施例中，包括所述主板和通过焊接工艺与所述主板电连接的所述 薄膜式压力传感器。

具体地，整个传感器通过回流焊工艺设于主板上。

通过采用上述技术方案，提高了电子设备的加工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要 使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一 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是本发明实施例提供的薄膜式压力传感器的立体结构图；

图2是本发明实施例提供的薄膜式压力传感器与主板连接后的立体结构 图；

图3是本发明第一实施例提供的薄膜式压力传感器的剖视图；

图4是本发明第二实施例提供的薄膜式压力传感器的剖视图。

图中各附图标记为：

100-薄膜式压力传感器；

1-按压基材；

2-支撑基材；

3-传感材料；

4-传感电极；

5-主板；

6-连接件结构；

7-力传导结构。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白， 以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描 述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可 以直接位于另一个元件上或者间接位于另一个元件上。当一个元件被称为“连 接于”另一个元件，它可以是直接连接或间接连接至另一个元件。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、 “左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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，仅是为了便于描述本 发明，而不是指示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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对 重要性或指示技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或 两个以上，除非另有明确具体的限定。以下结合具体实施例对本发明的具体实 现进行更加详细的描述：

如图1至图4所示，本发明实施例提供的一种薄膜式压力传感器100，其 应用于耳机或者电动牙刷等消费电子器件中。

本实施例的薄膜式压力传感器100包括：力传导结构7、按压基材1、支撑 基材2、传感材料3以及传感电极4；力传导结构7具有预设弹性；按压基材1 为柔性件，设于力传导结构7的下表面；支撑基材2与按压基材1层叠设置， 且设有用于电连接的基材导线，支撑基材2的机械强度比按压基材1的机械强 度高；传感材料3设于按压基材1和支撑基材2之间；传感电极4，设于按压 基材1和支撑基材2之间，且与传感材料3相对设置，两者可间隔预设距离， 也可以有部分相互接触，传感电极4电连接基材导线；传感材料3和传感电极4的二者之一设于按压基材1的下表面，传感材料3和传感电极4的二者之另 一设于支撑基材2的上表面。

本实施例提供的薄膜式压力传感器100的工作原理如下：

当用户利用手部按压在力传导结构7的上表面时，由于力传导结构7具有 预设弹性，因此力传导结构7会因受压而发生变形，进而驱使设于力传导结构 7的下表面的按压基材变形，当传感电极4设于按压基材1，而传感材料3设于 支撑基材2时(如图3)，按压基材1受压会引起传感电极4朝传感材料3形 变且与传感材料3接触面积发生改变，进而电性能发生改变(电阻、电容或者 阻抗的改变)，从而引起输出的电信号的改变，实现压力传感；同样地，当传 感材料3设于按压基材1，而传感电极4设于支撑基材2时(如图4)，按压基 材1受压会引起传感材料3朝传感电极4形变且接触面积发生改变，进而电性 能发生改变(电阻、电容或者阻抗的改变)，从而引起输出的电信号的改变， 实现压力传感。

通过采用上述技术方案，首先，传感材料3或者传感电极4均被支撑基材 2所承载，由于支撑基材2的机械强度比按压基材1的机械强度高，因此无需 再另外使用支架充当支撑结构，节省了空间；其次，由于传感器均为耐高温材 料，因此可以采用贴片(回流焊)工艺将薄膜式压力传感器100设于主板上， 贴片工艺的焊接精度要远高于人工焊接，方便组装，同时集成度更高，尺寸也 可以做到更小；再次，力传导结构7具有预设的弹性，主要用于增加因为应用 场景上结构公差和组装公差带来的不一致性情况下的容错性，而且给组装好的 传感器一个初始的预压力，便于算法端的初始自校准功能；最后，传感材料3 和传感电极4设于支撑基材2和按压基材1之间，但是传感材料3和传感电极 4的位置可相互对调，同样利于提高组装时的适用性。

需要进一步解释的是，支撑基材2可以选用PCB板，由于PCB板的机械 强度较高，可以作为承载传感材料3和传感电极4的载体，利于操作人员进行 加工，同时也利于通过更高效率的工艺进行加工；力传导结构7具有预设的弹 性，指的是，在操作人员的按压下会产生预设程度的变形，以改变传感材料3 和传感电极4两者接触的面积，进而改变传感电极4输出的电信号；力传导结 构7也可以选用缓冲材料，其具有一定弹性结构的材料如泡棉、硅胶、织物、 皮革或者弹片等，主要用于增加因为应用场景上结构公差和组装公差带来的不一致性情况下的容错性，而且给与组装好的薄膜式压力传感器100一个初始的 预压力，便于算法端的初始自校准功能。

在一个实施例中，传感电极4为印刷结构件，或者传感电极4为刻蚀结构 件。

具体地，按压基材1或者支撑基材2通过印刷工艺或者刻蚀工艺设有传感 电极4；需要进一步解释的是，当支撑基材2是PCB板时，可以在PCB板制备 自身的基材导线时，就把传感电极4也一并制备，节省了工艺的步骤，同时提 高了效率。

通过采用上述技术方案，将传感电极4印刷在按压基材1或者支撑基材2 时，可以提高加工的效率，同时也不会增加按压基材1或者支撑基材2的厚度， 提高了集成度，也缩小了体积。

在一个实施例中，当传感电极4设于按压基材1的下表面时，传感电极4 与基材导线通过电连接结构连接；当传感电极4设于支撑基材2的上表面时， 传感电极4与基材导线直接连接。

具体地，当传感电极4设置于支撑基材2的上表面时，传感电极4直接与 支撑基材2的基材导线直接电连接；而当传感电极4设置于按压基材1的上表 面时，传感电极4需要通过电连接结构与支撑基材2的基材导线电连接，电连 接结构架设于按压基材1和支撑基材2之间。

通过采用上述技术方案，传感电极4与基材导线通过电连接结构连接，使 得传感电极4的设置位置可以在支撑基材2上，也可以设置在按压基材1上， 提高了传感电极4设置位置的选择性，利于降低工艺的难度。

在一个实施例中，电连接结构包括焊接件或者导电胶件。

具体地，传感电极4通过焊接方式例如用焊锡与支撑基材2的基材导线连 接，或者通过导电胶与支撑基材2的基材导线连接。

通过采用上述技术方案，使得传感电极4可以通过贴片(回流焊)或者ACF 贴合的方式与支撑基材2连接，提高了加工的效率。

在一个实施例中，当传感材料3设于支撑基材2的上表面，传感电极4设 于按压基材1的下表面时，传感电极4通过焊接、贴合或压合工艺连接支撑基 材2的基材导线。

具体地，传感电极4通过贴合工艺或者压合工艺与基材导线连接，上述工 艺具体可以指在传感电极4上设置导电胶膜(Anisotropic Conductive Film， ACF)，再通过上述工艺连接传感电极4和基材导线；而传感材料3和传感电极 4之间可以形成空腔结构，也可以不形成空腔结构；或者传感材料3和传感电 极4之间通过贴片(回流焊)的工艺相互连接。

在另一个实施例中，当所述传感材料设于所述按压基材的下表面，所述传 感电极设于所述支撑基材的上表面时，所述传感材料通过贴合与压合工艺与所 述支撑基材连接。

通过采用上述技术方案，可以提高传感材料3和传感电极4之间加工效率。

在一个实施例中，薄膜式压力传感器100，还包括设于按压基材1和/或支 撑基材2上的处理结构，当处理结构设于按压基材1时，处理结构位于按压基 材1的上表面或者下表面，当处理结构设于支撑基材2时，处理结构位于支撑 基材2的上表面或者下表面，处理结构电连接基材导线。

通过采用上述技术方案，处理结构可为微处理器，包括采集芯片、处理芯 片或其他芯片，可扩展性强，方便与处理芯片和其他类型芯片相集成，提供更 加丰富的解决方案。在一个实施例中，处理结构设于支撑基材2和按压基材1 之间。

具体地，处理结构置于支撑基材2和按压基材1之间，避免了设置处理结 构时增加了整体的高度。

通过采用上述技术方案，提高了薄膜式压力传感器100的集成度，缩小了 体积。

本实施例还提供一种电子设备，包括主板5和上述的薄膜式压力传感器 100，主板5上与支撑基材2电连接。

通过采用上述技术方案，首先，传感材料3或者传感电极4均被支撑基材 2所承载，由于支撑基材2的机械强度比按压基材1的机械强度高，因此无需 再另外使用支架充当支撑基材，节省了空间；其次，由于传感器的材料均耐高 温，因此可以采用贴片(回流焊)工艺将薄膜式压力传感器100设于主板5上， 贴片工艺的焊接精度要远高于人工焊接，方便组装，同时集成度更高，尺寸也 可以做到更小；最后，传感材料3和传感电极4设于支撑基材2和按压基材1 之间，但是传感材料3和传感电极4的位置可相互对调，同样利于提高组装时的适用性。

在一个实施例中，主板5上设有用于与支撑基材2电连接的连接件结构6， 连接件结构6为卡扣结构。

具体地，卡扣结构包括卡槽和卡扣，将卡槽和卡扣两者之一设于主板5上， 将卡槽和卡扣两者之另一与薄膜式压力传感器100相连。

通过采用上述技术方案，连接件结构6为金属材质，直接通过贴片的方式 焊接在主板5上，然后通过卡槽/卡扣设计与支撑基材2上的传感电极4相连接， 其连接方式简单可靠。

在一个实施例中，包括主板5和通过焊接工艺与主板5电连接的薄膜式压 力传感器100。

具体地，薄膜式压力传感器100通过焊接工艺设于主板5上，支撑基材2 的上下表面之间的电连接方式包括但不限于：支撑基材2的的上表面的基材电 极通过支撑基材2的通孔与位于支撑基材2的下表面实现电连接。

通过采用上述技术方案，提高了电子设备的加工效率。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申 请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请 的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种薄膜式压力传感器，其特征在于，包括：

力传导结构，具有预设弹性；

按压基材，为柔性体，所述按压基材设于所述力传导结构的下表面；

支撑基材，与所述按压基材层叠设置，且设有用于电连接的基材导线，所述支撑基材的机械强度比所述按压基材的机械强度高；

传感材料，设于所述按压基材和所述支撑基材之间；

传感电极，设于所述按压基材和所述支撑基材之间，且与所述传感材料相对设置，所述传感电极电连接所述基材导线；

所述传感材料和所述传感电极的二者之一设于所述按压基材的下表面，所述传感材料和所述传感电极的二者之另一设于所述支撑基材的上表面。

2.如权利要求1所述的薄膜式压力传感器，其特征在于，所述传感电极为印刷结构件，或者所述传感电极为刻蚀结构件。

3.如权利要求2所述的薄膜式压力传感器，其特征在于，当所述传感电极设于所述按压基材的下表面时，所述传感电极与所述基材导线通过电连接结构连接；当所述传感电极设于所述支撑基材的上表面时，所述传感电极与所述基材导线直接连接。

4.如权利要求3所述的薄膜式压力传感器，其特征在于，所述电连接结构包括焊接件或者导电胶件。

5.如权利要求1所述的薄膜式压力传感器，其特征在于，当所述传感材料设于所述支撑基材的上表面，所述传感电极设于所述按压基材的下表面时，所述传感电极通过焊接、贴合与压合工艺电连接于所述基材导线；当所述传感材料设于所述按压基材下表面，所述传感电极设于所述支撑基材上表面时，所述传感材料通过贴合或压合工艺连接所述支撑基材。

6.如权利要求1所述的薄膜式压力传感器，其特征在于，还包括设于所述按压基材和/或所述支撑基材上的处理结构，当所述处理结构设于所述按压基材时，所述处理结构位于所述按压基材的上表面或者下表面，当所述处理结构设于所述支撑基材时，所述处理结构位于所述支撑基材的上表面或者下表面，所述处理结构电连接所述基材导线。

7.如权利要求6所述的薄膜式压力传感器，其特征在于，所述处理结构设于所述支撑基材和所述按压基材之间。

8.一种电子设备，其特征在于，包括主板和权利要求1至7任一项所述的薄膜式压力传感器，所述薄膜式压力传感器与所述主板电连接。

9.如权利要求8所述的电子设备，其特征在于，所述主板上设有用于与所述支撑基材电连接的连接件结构，所述连接件结构为卡扣结构。

10.如权利要求8所述的电子设备，其特征在于，包括所述主板和通过焊接工艺与所述主板电连接的所述薄膜式压力传感器。

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