CN117572987A - 电容式检测结构及电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开实施例提供一种电容式检测结构及电子设备，涉及压力测试技术领域，电容式检测结构包括：底座以及位于底座正上方的盖板，底座与盖板相间隔，盖板用于承载压力；电路板，电路板位于盖板朝向底座的一面；两个极板，两个极板相间隔，且均位于电路板朝向底座的表面，且极板均与电路板电连接；导电片，导电片位于底座朝向盖板的表面，且导电片与两个极板均正对。本公开实施例将两个极板设置在同一块电路板上，极板无需再通过FPC或者导线的形式接入主电路中，节省电容式检测结构的制作成本。

Description

电容式检测结构及电子设备

技术领域

本公开实施例涉及压力测试技术领域，特别涉及一种电容式检测结构及电子设备。

背景技术

触摸板是现在被广泛应用的一种触摸传感输入装置。在触摸板领域，消费者已经不满足于简单的触摸操作，对于压力检测的需求也日益强烈。目前涌现出很多的压力检测方案，电容方案、电感方案、应变片方案、压力薄膜方案等。其中，电容检测方案以其低成本、高精度、高可靠性等特点，得到了广泛应用。

在当前的电容式检测方案中，电容的两个极板分别位于触摸板面板下方及固定支架上。当触摸板表面受到按压后，产生向下的微小位移，电容极板之间的距离发生变化，进而导致两极板之间的电容发生变化。通过检测电容的变化，可以测算触摸板受到的压力。

常规情况下，为了提高抗干扰能力，需要采用互容模式，两个极板都需要接入电路，不能处于浮空状态。这就导致其中至少有一个极板需要通过FPC（Flexible PrintedCircuit，柔性电路板）或者导线的形式接入主电路中，增加了电容式检测结构额外的制造成本。

发明内容

本公开实施例提供一种电容式检测结构及电子设备，至少有利于解决电容式检测方案成本过高的问题。

根据本公开一些实施例，本公开实施例一方面提供一种电容式检测结构，包括：底座以及位于所述底座正上方的盖板，所述底座与所述盖板相间隔，所述盖板用于承载压力；电路板，所述电路板位于所述盖板朝向所述底座的一面；两个极板，两个所述极板相间隔，且均位于所述电路板朝向所述底座的表面，且所述极板均与所述电路板电连接；导电片，所述导电片位于所述底座朝向所述盖板的表面，且所述导电片与两个所述极板均正对。

在一些实施例中，所述极板在所述底座表面的正投影位于所述导电片在所述底座的正投影内。

在一些实施例中，在所述盖板未受到承载压力时，两个所述极板之间的间隔距离为0.3mm~3mm。

在一些实施例中，所述极板的厚度为0.01mm~1mm。

在一些实施例中，所述导电片的厚度为0.05mm~3mm。

在一些实施例中，两个所述极板均由所述电路板朝向所述底座的表面露铜形成。

在一些实施例中，还包括：两个悬臂梁结构，两个所述悬臂梁结构分别固定连接于所述电路板远离所述盖板的一面的相对的两端；两个垫片，两个所述垫片分别设置于所述悬臂梁与所述电路板之间。

在一些实施例中，还包括：屏蔽层，所述屏蔽层设置于所述电路板内；其中，所述屏蔽层的截面面积与所述电路板的截面面积相同。

在一些实施例中，所述屏蔽层设置为接地式铜片。

根据本公开一些实施例，本公开实施例另一方面还提供一种电子设备，包括：如上述的电容式检测结构；处理器，所述处理器被配置为，获取所述盖板受到压力时的电容值变化量，并基于所述电容值变化量检测所述盖板受到的压力。

本公开实施例提供的技术方案至少具有以下优点：

本公开实施例提供的电容式检测结构的技术方案中，底座以及位于所述底座正上方的盖板，所述底座与所述盖板相间隔，所述盖板用于承载压力；电路板，所述电路板位于所述盖板朝向所述底座的一面；两个极板，两个所述极板相间隔，且均位于所述电路板朝向所述底座的表面，且所述极板均与所述电路板电连接；导电片，所述导电片位于所述底座朝向所述盖板的表面，且所述导电片与两个所述极板均正对。本公开实施例将两个极板设置在同一块电路板上，并在与电路板相对设置的固定底座上设置一块导电片，用于调节两个极板之间的电场，使得导电片与两个极板之间形成一组电容结构，在盖板受到压力时，位于电路板上的两个极板与位于底座上的导电片之间的距离发生变化，根据电容的计算公式，进而两极板与导电片形成的电容结构的电容也产生变化，由此实现电容式压力检测的目的。同时，本公开实施例将两个极板设置在同一块电路板上，极板无需再通过FPC或者导线的形式接入主电路中，节省电容式检测结构的制作成本。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制；为了更清楚地说明本公开实施例或传统技术中的技术方案，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公开的一些实施例，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为一种电容式检测结构的结构示意图；

图2为图1中盖板受到压力时极板之间的距离变化图；

图3为本公开一实施例提供的电容式检测结构的结构示意图；

图4为图3中盖板受到压力时两极板与导电片之间的距离变化图；

图5为图4的等效结构图；

图6为本公开一实施例提供的电容式检测结构。

具体实施方式

由背景技术可知，目前的电容式检测结构存在制作成本过高的问题。

图1为一种电容式检测结构的结构示意图。参照图1，分析发现，导致现在电容式检测结构存在制作成本过高的原因之一在于，由于电容式检测结构是通过检测两个相对设置的极板之间的电容值的变化，进而检测盖板103所受到的压力值，通常需要柔性电路板102（FPC，FlexiblePrinted Circuit）或者导线将两个极板形成一个电容结构。具体地，两个极板包括第一极板104和第二极板105，底座101与盖板103相间隔设置，第一电路板位于盖板103朝向底座101的一面，将第一极板104设置为电路板102上的露铜，第二极板105位于底座101朝向电路板102的一面，为使第一极板104和第二极板105之间形成电容结构，需要通过FPC或者导线，将第二极板105电连接于第一电路板，或，设置第二个电路板，将第二极板105设置为第二个电路板上的露铜，再通过FPC或者导线将第二个电路板电连接于电路板102。

图2为图1中盖板受到压力时极板之间的距离变化。

参照图2，在盖板103受到压力时候，第一极板104与第二极板105之间的距离变小。在盖板103未受到压力时候，第一极板104与第二极板105之间的电容计算公式为：

式1

其中，为介质介电常数，S为第一极板面积，d为第一极板104与第二极板205之间的垂直距离。

在盖板103受到压力时候，第一极板104与第二极板105之间的距离变小，此时第一极板104与第二极板105之间的电容计算公式为：

式2

其中，为介质介电常数，S为第一极板面积，/>为盖板受到压力时第一极板104与第二极板105之间的垂直距离。

进一步地，根据力学计算公式，盖板103受到的压力为：

式3

其中，为电容式检测结构在竖直方向上的刚度系数。

由式1、式2以及式3可知，通过检测第一极板104与第二极板105之间电容的变化量，计算盖板103受到压力的过程中，根据第一极板104与第二极板105之间垂直距离的变化量，计算盖板103受到的压力。

第二极板105通常为位于底座101上的金属极板，为了提高电容式检测结构的抗干扰能力，需要采用互容模式，第一极板104和第二极板105均需接入电路，第一极板104设置为电路板102上的露铜，第二极板105需要通过FPC或者导线与电路板102电连接，因此造成电容式检测结构的制作成本过高。

本公开实施提供一种电容式检测结构，包括：底座以及位于底座正上方的盖板，底座与盖板相间隔，盖板用于承载压力；电路板，电路板位于盖板朝向底座的一面；两个极板，两个极板相间隔，且均位于电路板朝向底座的表面，且极板均与电路板电连接；导电片，导电片位于底座朝向盖板的表面，且导电片与两个极板均正对。本公开实施例将两个极板设置在同一块电路板上，极板无需再通过FPC或者导线的形式接入主电路中，节省电容式检测结构的制作成本。

下面将结合附图对本公开的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本公开各实施例中，为了使读者更好地理解本公开而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本公开所要求保护的技术方案。

图3为本公开一实施例提供的电容式检测结构的结构示意图。

参考图3，电容式检测结构包括：底座201以及位于底座201正上方的盖板203，底座201与盖板203相间隔，盖板203用于承载压力；电路板202，电路板202位于盖板203朝向底座201的一面。具体地，底座201与盖板203之间的垂直间隔距离大于电路板202的厚度。

两个极板，两个极板相间隔，且均位于电路板202朝向底座201的表面，且极板均与电路板202电连接。具体地，两个极板分别为第一极板204和第二极板205。

导电片206，导电片206位于底座201朝向盖板203的表面，且导电片206与两个极板均正对。当盖板203受到压力时，第一极板204和第二极板205向着朝向导电片206的方向移动，即第一极板204和第二极板205与导电片206之间的垂直距离变小。

图4为图3中盖板受到压力时两极板与导电片之间的距离变化图。

参照图3和图4，将第一极板204和第二极板205同时设置在电路板202上，第一极板204和第二极板205与导电片206相对设置，因此第一极板204与导电片206之间的形成的电容结构与第二极板205与导电片206之间形成的电容结构是并联关系。在本公开的一些其他实施例中，第一极板204与导电片206之间的垂直距离与第二极板205与导电片206之间的垂直距离相等，第一极板204和第二极板205朝向导电片206一面的截面面积相同。

对于多电容结构并联的电容计算公式为：

式4

其中，为第一极板204和第二极板205与导电片206之间总的电容，/>为在盖板未受到压力时候，第一极板204或第二极板205与导电片206之间的电容。

也即，

式5

在盖板203受到压力时候，第一极板204和第二极板205与导电片206之间的距离变小。在盖板203未受到压力时候，第一极板204或第二极板205与导电片206之间的电容计算公式为：

式6

其中，为介质介电常数，/>为第一极板面积，/>为第一极板204与导电片206之间的垂直距离。

因此，将式6带入式5可得，

式7

在一些实施例中，在盖板203未受到承载压力时，两个极板之间的间隔距离为0.3mm~3mm。具体可以为0.3mm~0.5mm、0.5mm~0.8mm、0.8mm~1.1mm、1.1mm~1.4mm、1.4mm~1.7mm、1.7mm~2.0mm、2.0mm~2.3mm、2.3mm~2.6mm或者2.6mm~3mm。在这个间隔距离范围内，一方面可以使得第一极板204和第二极板205分别与导电片206之间形成并联的电容结构，两个电容结构相互之间不受影响，从而实现第一极板204和第二极板205均设置于电路板202上即可进行压力检测，节省电容式检测结构的制作成本。另一方面，在这个间隔距离范围内，由于两个极板均位于电路板202上，两个极板之间的间隔距离不会过大，进而不会导致电路板202的体积过大，使得电容式检测结构的整体体积过大，从而节省电容式检测结构的制作成本的同时，减小电容式检测结构的占用空间。

同理，在盖板203受到压力时候，第一极板204和第二极板205与导电片206之间的距离变小，此时第一极板204或第二极板205与导电片206之间的电容计算公式为：

式8

其中，为介质介电常数，/>为第一极板面积，/>为盖板203受到压力时第一极板204与导电片206之间的垂直距离。

根据式5和式8可得，在盖板203受到压力时候，第一极板204和第二极板205与导电片206之间的电容计算公式为：

式9

进一步地，根据力学计算公式，盖板203受到的压力为：

式10

其中，为电容式检测结构在竖直方向上的刚度系数。

由式4、式5、式6、式7、式8、式9以及式10可知，通过检测第一极板204和第二极板205与导电片206之间电容的变化量，计算盖板203受到压力的过程中，第一极板204或第二极板205与导电片206之间垂直距离的变化量，进而计算盖板203受到的压力。

在一些实施例中，第一极板204和第二极板205在底座201表面的正投影位于导电片206在底座201的正投影内。设置导电片206的面积需要大于第一极板204和第二极板205排布的面积，使得在各电容并联结构中，随着极板与导电片206之间的垂直距离变化而导致的电容变化效果不受影响，进而保障导电片206调节极板间电场的效果。

图5为图4的等效结构图。

结合图1、图2、图3和图5可知，当导电片206设置与第一极板204与第二极板205的间隔中时，第一极板204与导电片206之间形成的电容结构，与第二极板205与导电片206之间形成的电容结构相并联。

当第一极板104位于电路板上，第二极板105位于底座上需要通过FPC或者导线接入电路板时，由式1和式2可知，和/>与/>和/>之间的关系为：

式11

当第一极板204和第二极板205均位于电路板202上，在底座201朝向第一极板204和第二极板205方向的一面设置导电片206用于调节第一极板204和第二极板205之间的电场，以使第一极板204与导电片206之间的形成的电容结构与第二极板205与导电片206之间形成的电容结构形成并联关系时，由式4、式5、式6、式7、式8以及式9可知，和/>与/>和/>之间的关系为：

式12

由此可知，第一极板204和第二极板205的位置不影响电容式检测结构的电容检测效果，不影响电容式检测结构的相对检测灵敏度。

在本公开实施例中，第一极板204和第二极板205的厚度为0.01mm~1mm。具体可以为0.01mm~0.05mm、0.05mm~0.1mm、0.1mm~0.15mm、0.15mm~0.2mm、0.2mm~0.25mm、0.25mm~0.3mm、0.3mm~0.35mm、0.35mm~0.4mm、0.4mm~0.45mm、0.45mm~0.5mm、0.5mm~0.55mm、0.55mm~0.6mm、0.65mm~0.7mm、0.7mm~0.75mm、0.75mm~0.8mm、0.8mm~0.85mm、0.85mm~0.9mm、0.9mm~0.95mm或者0.95mm~1mm。在这个厚度范围内，一方面有利于形成轻量化的电容式检测结构，在设置较薄极板的情况下，也能够满足通过检测电容变化以检测盖板203受到的压力。另一方面，在这个范围内，由于在盖板203受到压力下压的过程中，第一极板204和第二极板205均随着盖板203下压，所以第一极板204和第二极板205需要与导电片206之间设置一定的间隔距离以保证第一极板204和第二极板205与导电片206之间的垂直距离产生一定的变化，进而电容产生变化，同时第一极板204和第二极板205不会与导电片206接触，造成电容结构的短路，保障电容结构的性能。

其中，第一极板204和第二极板205的厚度远小于第一极板204和第二极板205与导电片206之间的垂直距离。

在本公开实施例中，第一极板204和第二极板205均可以设置为金属极板，两金属极板间隔固定连接于电路板202。两金属极板均设置于电路板202上，无需再通过FPC或者导线连接极板和电路板202，可以节省电容式检测结构的制作成本。

在一些其他实施例中，第一极板204和第二极板205均由电路板202朝向底座201的表面露铜形成。将第一极板204和第二极板205直接通过对电路板202的加工制成，加工精度高，同时进一步减低电容式检测结构的制作成本。

在本公开实施例中，导电片206的厚度为0.05mm~3mm。具体可以为0.05mm~0.55mm、0.55mm~1.05mm、1.05mm~1.55mm、1.55mm~2.05mm、2.05mm~2.55mm或者2.55mm~3mm。在这个厚度范围内，导电片206的厚度不至于过小，一方面可以保障导电片206对于第一极板204和第二极板205之间电场的调节性能，使得第一极板204和第二极板205分别与导电片206之间形成并联的电容结构，且两个电容结构相互之间不受影响。另一方面，在盖板203受到压力下压的过程中，第一极板204和第二极板205与导电片206之间的间隔距离逐渐变小，将导电片206设置在这个厚度范围内，导电片206的厚度也不至于过大，可以为第一极板204和第二极板205与导电片206之间预留一定的间隔空间，防止第一极板204或第二极板205与导电片206相接触导致的电容结构短路。在本公开的一些其他实施例中，可以在第一极板204与第二极板205的表面或者导电片206的表面设置绝缘层。

在本公开实施例中，第一极板204和第二极板205朝向导电片206一面的截面的形状可以为矩形，导电片206朝向第一极板204的形状可以与固定底座的形状相适应。由于第一极板204、第二极板205和导电片206在电容式检测结构的组装过程中已加工完成，因此电容式检测结构的整体制作流程更加简便，使用到的加工设备更少，进一步降低了电容式检测结构的制作成本。在一些其他实施例中，第一极板和第二极板朝向导电片206一面的截面的形状也可以为其他形状。

具体地，导电片206可以设置为金属片，具体可以为铜片或铝片，只要能够保证导电片206分别与第一极板204和第二极板205之间形成并联的电容结构即可，在此不做限定。

在本公开实施例中，还包括：两个悬臂梁结构208，两个悬臂梁结构208分别固定连接于电路板202远离盖板203的一面的相对的两端；两个垫片207，两个垫片207分别设置于悬臂梁与电路板202之间。

具体地，两个悬臂梁结构208支撑电路板202、盖板203、第一极板204以及第二极板205的重量，以使电路板202、盖板203、第一极板204以及第二极板205固定于外部结构，在盖板203受到压力时，提高电容式检测结构整体的承受压力能力和耐久性。

在一些其他实施例中，可以将悬臂梁结构208与外部结构滑动连接，悬臂梁结构208可以带动电路板202、盖板203、第一极板204以及第二极板205与外部结构滑动连接，可以根据盖板203受到压力的大小滑动调节第一极板204和第二极板205与导电片206之间的垂直间隔距离，以保证电容式检测结构的检测效果。

将两个垫片207分别设置于两个悬臂梁结构208于电路板202之间，为第一极板204和第二极板205与导电片206之间提供间隔，以供第一极板204和第二极板205与导电片206之间分别形成电容结构。

其中，垫片207的厚度为0.3mm~2mm，具体可以为0.3mm~0.6mm、0.6mm~0.9mm、0.9mm~1.2mm、1.2mm~1.5mm、1.5mm~1.8mm或者1.8mm~2.1mm，在此不做限定。在一些实施例中，垫片207可以设置为一层膜层，也可以通过相同厚度或不同厚度的膜层堆叠形成，在具体应用过程中，可以根据实际电容式检测结构的需要选择垫片207的厚度，在此不作限定。

在本公开实施例中，可以将垫片207的长度设置为小于第一极板204或第二极板205的长度，以使电容式检测结构整体占用空间更小，同时进一步节省电容式检测结构的制作成本。

图6为本公开一实施例提供的电容式检测结构。

如图6所示，在本公开实施例中，电容式检测结构还包括：屏蔽层209，屏蔽层209设置于盖板203内；其中，屏蔽层209在朝向电路板202方向的截面面积与盖板203在朝向电路板202方向的截面面积相同。

具体地，在检测过程中，当采用导电介质对盖板203施加压力时，由于盖板203的厚度和电路板202的厚度比较薄，导电介质有可能会对电容结构周围的电场产生干扰，影响电容检测结构。在电极板内设置一层屏蔽层209，可以隔绝导电介质对电容结构产生的影响。

将屏蔽层209的截面面积与电路板202的截面面积设置为相同，可以进一步提高屏蔽层209对到导电介质的屏蔽能力，同时方便电容式检测结构的组装。

具体地，屏蔽层209可以设置为接地式铜片。铜片的材料成本低，制作方便同时导电性能良好，将屏蔽层209设置为接地式铜片，可以进一步降低电容式检测结构的制作成本。

在一些其他实施例中，屏蔽层209还可以采用其他屏蔽材料制成，例如导电泡棉、接地式铝片等，只要能够满足隔绝导电介质对电容检测结构产生的影响即可，在此不作限定。

本公开实施例将第一极板和第二极板设置在同一块电路板上，并在与电路板相对设置的固定底座上设置一块导电片，用于调节第一极板和第二极板之间的电场，使得导电片与两个极板之间形成一组电容结构，在盖板受到压力时，位于电路板上的第一极板和第二极板与位于底座上的导电片之间的距离发生变化，根据电容的计算公式，进而第一极板和第二极板与导电片形成的电容结构的电容也产生变化，由此实现电容式压力检测的目的的同时，节省电容式检测结构的制作成本。

根据本公开一些实施例，本公开实施例另一方面还提供一种电子设备，包括：如上述的电容式检测结构；处理器，处理器被配置为，获取盖板受到压力时的电容值变化量，并基于电容值变化量检测盖板受到的压力。

具体地，电子设备可以为手机、平板电脑等具有触摸屏的电子产品，或自动贩卖机、信号展示终端等具有触摸交互形式的显示终端的触摸屏。

本公开实施例通过设置电容式检测结构和处理器，对盖板施加压力时，通过检测第一极板和第二极板与导电片形成的电容结构的电容，计算盖板未受到压力时和盖板受到压力时，第一极板和第二极板与导电片之间垂直距离的变化值，进而计算盖板受到的压力的大小。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本公开的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本公开的精神和范围。任何本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围内，均可作各种改动与修改，因此本公开的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种电容式检测结构，其特征在于，包括：

底座以及位于所述底座正上方的盖板，所述底座与所述盖板相间隔，所述盖板用于承载压力；

电路板，所述电路板位于所述盖板朝向所述底座的一面；

两个极板，两个所述极板相间隔，且均位于所述电路板朝向所述底座的表面，且所述极板均与所述电路板电连接；

导电片，所述导电片位于所述底座朝向所述盖板的表面，且所述导电片与两个所述极板均正对。

2.根据权利要求1所述的电容式检测结构，其特征在于，所述极板在所述底座表面的正投影位于所述导电片在所述底座的正投影内。

3.根据权利要求1所述的电容式检测结构，其特征在于，在所述盖板未受到承载压力时，两个所述极板之间的间隔距离为0.3mm~3mm。

4.根据权利要求1所述的电容式检测结构，其特征在于，所述极板的厚度为0.01mm~1mm。

5.根据权利要求1所述的电容式检测结构，其特征在于，所述导电片的厚度为0.05mm~3mm。

6.根据权利要求1所述的电容式检测结构，其特征在于，两个所述极板均由所述电路板朝向所述底座的表面露铜形成。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的电容式检测结构，其特征在于，还包括：

两个悬臂梁结构，两个所述悬臂梁结构分别固定连接于所述电路板远离所述盖板的一面的相对的两端；

两个垫片，两个所述垫片分别设置于所述悬臂梁与所述电路板之间。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的电容式检测结构，其特征在于，还包括：

屏蔽层，所述屏蔽层设置于所述电路板内；其中，所述屏蔽层的截面面积与所述电路板的截面面积相同。

9.根据权利要求8所述的电容式检测结构，其特征在于，所述屏蔽层设置为接地式铜片。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：如权利要求1-9任一项所述的电容式检测结构；处理器，所述处理器被配置为，获取所述盖板受到压力时的电容值变化量，并基于所述电容值变化量检测所述盖板受到的压力。