CN214253196U - 应变传感模组和触控装置 - Google Patents

Abstract

本文公开一种应变传感模组和触控装置。应变传感模组包括基板、敏感栅和引出导线，所述基板上设有绝缘面，所述敏感栅设置在所述绝缘面上，所述引出导线与所述敏感栅连接。触控装置可包括应变传感模组，其中：所述应变传感模组的基板形成所述触控装置的触控板；或者，所述触控装置还包括触控板，所述触控板与所述应变传感模组的基板相抵。应变传感模组中，将对应变敏感的敏感栅直接设置在基板的绝缘面上，解决了应变片式传感器与基板间粘接工艺不易实现的问题；减小了由于粘贴不一致导致的测量偏差，提高了敏感栅的检测精度和可靠性。

Description

应变传感模组和触控装置

技术领域

本文涉及但不限于触控技术领域，特别涉及但不限于一种应变传感模组和触控装置。

背景技术

电阻式应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为电信号的敏感器件。应变片通常是通过特殊的粘合剂紧密地粘合在产生力学应变的基体(即被测件)上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。电阻式应变片具有以下明显优势，使得其在精密测量领域应用越来越广泛：

1.应用和测量范围广：用应变片可制成各种机械量传感器，如测力传感器、压力传感器、加速度传感器等；

2.分辨率(1με)和灵敏度高，精度较高；

3.结构轻小，对被测件的影响小；对复杂环境的适应性强，易于实施对环境干扰的隔离或补偿，从而可以在高低温、高压、高速、强磁场、核辐射等特殊环境中使用；

4.实现了商品化，选用方便，便于实现远距离、自动化测量。

由于具备明显的优势，因此，虽然目前传感器的种类繁多，但高精度的传感器仍以应变片式应用最普遍。

目前应变片式传感器的安装都是基于粘接的方式，粘贴质量直接影响数据测量的准确性。为制作符合产品质量要求的传感器，对应变片粘贴的方法和步骤有严格的规定，任何一个环节的变动都会严重影响测量的精度。

实用新型内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本申请实施例提供一种应变传感模组和触控装置，将敏感栅直接设置在基板的绝缘面上，解决了应变片式传感器与基板间粘接工艺不易实现的问题；减小了由于粘贴不一致导致的测量偏差，提高了敏感栅的检测精度和可靠性。

一种应变传感模组，包括：基板、敏感栅和引出导线，所述基板上设有绝缘面，所述敏感栅设置在所述绝缘面上，所述引出导线与所述敏感栅连接。

一种触控装置，包括上述的应变传感模组，其中：所述应变传感模组的基板形成所述触控装置的触控板；或者，所述触控装置还包括触控板，所述触控板与所述应变传感模组的基板相抵。

本申请实施例中，将具备电阻变化特性的敏感栅设置在基板上，使得基板具备了应变特性。该应变传感模组应用于触控装置时，基板可用作触控板，并可在触控力的作用下变形，或者基板可与触控板相抵，触控板上的力和形变可传递至基板，敏感栅可检测基板的形变，并产生电信号，以便获知触控板上的触控力度信息(包括触控位置、触控力的大小等)。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。

附图说明

图1a为根据本申请一实施例所述的应变传感模组的结构示意图；

图1b为根据本申请另一实施例所述的应变传感模组的结构示意图；

图1c为根据本申请又一实施例所述的应变传感模组的结构示意图；

图2为根据本申请一实施例所述的应变传感模组的敏感栅与引出导线的结构示意图；

图3为根据本申请另一实施例所述的应变传感模组的敏感栅与引出导线的结构示意图；

图4为根据本申请还一实施例所述的应变传感模组的结构示意图。

附图标记：

101：基板；102：绝缘层；103：敏感栅；1031：子敏感栅；104：保护层；105：引出导线；106：胶粘层。

具体实施方式

下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本申请实施例提供了一种应变传感模组，该应变传感模组1可应用触控装置中。

如图1a-图3所示，应变传感模组包括基板101、敏感栅103和引出导线105，基板101上设有绝缘面，敏感栅103设置在绝缘面上，引出导线105与敏感栅103连接。

敏感栅103对应变敏感，且具备电阻变化特性，将敏感栅103设置在基板101的绝缘面上，以免影响敏感栅103上的电信号的检测。引出导线105与敏感栅103连接，以便通过引出导线105为敏感栅103提供激励源，并将敏感栅103上电信号的变化输出到采样端。

将具备电阻变化特性的敏感栅103设置在基板101上，使得基板101具备了应变特性。该应变传感模组应用于触控装置时，基板101可用作触控板，并可在触控力的作用下发生微变形，或者基板101可与触控板相抵，触控板上的力和形变可传递至基板101，敏感栅103可检测基板101的形变，并产生对应的电信号，以便获知触控板上的触控力度信息(包括触控位置、触控力的大小等)。

本申请实施例的基板101，为具有一定结构强度的基板101。即在受力后，基板101上主要是在施力点周围的区域发生局部变形(肉眼可见的变形或不可见的变形)，远离施力点的区域变形逐渐减小。因此，基板101可采用塑料、玻璃(如有机玻璃)、金属等刚性或具有弹性(或一定弹性)的材料制成，使得基板101在受力后可发生弹性变形，并可在受力取消后自动回复。基板101不能采用布等柔性材料(或软质材料)制成。

一些示例性实施例中，基板101可为刚性基板。当然，基板101也可以具有一定弹性的材料制成。

一些示例性实施例中，敏感栅103可为电阻式敏感栅，即可将基板101上应变的变化转换为电阻的变化。在基板101发生形变时，敏感栅103也随之发生变形并且电阻发生变化，进而使得敏感栅103上的电流或电压发生变化，根据该电流或电压的变化，可获知触控力度信息。

一些示例性实施例中，敏感栅103可为金属材料(如合金等)制成的金属敏感栅，或者可为半导体材料制成的半导体敏感栅。

一些示例性实施例中，敏感栅103为通过对沉积在绝缘面上的敏感层进行图案化工艺处理形成。

上述的“沉积”可以采用电镀、溅射、蒸镀、化学气相沉积中的任意一种或多种。上述的“图案化工艺”：对于金属材料、无机材料或透明导电材料，包括涂覆光刻胶、掩膜曝光、显影、刻蚀等处理；对于有机材料，包括涂覆有机材料、掩模曝光和显影等处理，涂覆可以采用喷涂、旋涂和喷墨打印中的任意一种或多种，刻蚀可以采用干刻和湿刻中的任意一种或多种。

在一些示例性实施例中，基于金属应变特性的原理，敏感栅103采用合金材料制成。

将具备电阻变化特性的合金材料以特殊的图案Pattern形式通过真空电镀和光刻工艺蚀刻在基板101上，形成基于基板101的一体式应变传感模组，解决了应变式传感器使用时由于粘接工艺带来的不稳定问题。

敏感栅103的形成过程如下：

1.对基板101的表面进行清洁，去除静电；

2.在基板101上喷上一层绝缘层102，形成一个光滑平整的绝缘面，并对基板101上的绝缘层102进行烘烤，使其干燥；

3.在真空状态下注入氩气，使氩气撞击合金靶材，靶材分离成分子吸附在基板101的绝缘面上，形成一层均匀光滑的敏感层；

4.在敏感层上覆上光刻胶，使特定的光波穿过光掩膜照射在光刻胶上，对光刻胶进行选择性照射并进行曝光；

5.用显影液进行显影，使光掩模上的图形呈现在光刻胶上；

6.对基板101进行选择性的刻蚀或离子注入，未被溶解的光刻胶将保护合金材料在这些过程中不被改变，光刻胶溶解处的合金材料将被蚀刻掉；

7.对基板101进行清洗，去除残胶和表面杂质。

一些示例性实施例中，引出导线105为通过对沉积在绝缘面上的导电层进行图案化工艺处理形成。其中，引出导线105的形成过程可与敏感栅103的形成过程相同。

引出导线105与敏感栅103均通过沉积和图案化工艺处理形成，使得引出导线105与敏感栅103可直接连接，且连接可靠，避免了普通应变式传感器的引出导线105和敏感栅103需要点焊连接的问题，降低了工艺复杂度。

一些示例性实施例中，如图1b所示，基板101的相对两侧均设有绝缘面，两侧的绝缘面上均设有相互连接的敏感栅103和引出导线。其中，基板101两侧的敏感栅103可正对设置或错位设置。

如图1b所示，基板101的上下两侧的板面上均可设有绝缘层102，绝缘层102可形成绝缘面，并且每一侧的绝缘层102上均可设置有相互连接的敏感栅103和引出导线(图1b中未示出)，这样在基板101的上下两侧均可设置有敏感栅103，且上下两侧的敏感栅103可错位设置。进一步，上下两侧的敏感栅103可沿基板101的竖直对称面对称布置。

应变传感模组安装时，由于安装误差、制造误差等导致基板101存在初始形变，进而导致上下两侧的多个敏感栅103存在零漂，一致性差。而将上下两侧的敏感栅103错位设置，并沿基板101的竖直对称面对称布置，有助于减小或抵消零漂，提高应变传感模组的一致性。

一些示例性实施例中，如图1c所示，基板101设有多个，且多个基板101相对设置并依次连接。多个基板101上均设有绝缘面，且绝缘面设置在靠近或远离相邻基板101的一侧，每一个绝缘面上均设有相互连接的敏感栅103和引出导线(图1c中未示出)。其中，多个基板101上的敏感栅103可正对设置或错位设置。

如图1c所示，基板101可设有两个，每一个基板101上均可设有一个绝缘层102，绝缘层102可形成绝缘面，并且每一个绝缘层102上均可设置有相互连接的敏感栅103和引出导线。即，图1c中的应变传感模组，可视为由两个应变组件组成，每个应变组件可包括基板101、绝缘层102、敏感栅103和引出导线。应变组件之间可通过胶粘层106粘接连接。当然，应变组件之间也可以通过螺钉、卡接等方式固定。

图1c中，每个应变组件中，绝缘层102和敏感栅103均形成在基板101的下侧，这样上侧的应变组件的上表面未设置绝缘层102和敏感栅103。该应变传感模组用于触控装置时，该应变传感模组的上表面可用作触控面。当然，触控装置中单独设有触控板时，触控板可设置在该应变传感模组的上侧(即未设置绝缘层102和敏感栅103的一侧)，或者设置在该应变传感模组的下侧(即设置有绝缘层102和敏感栅103的一侧)

不同应变组件中，绝缘层102和敏感栅103也可以设置在基板101的不同侧。如：一个应变组件中，绝缘层102和敏感栅103可设置在基板101的下侧，另一应变组件中，绝缘层102和敏感栅103可设置在基板101的上侧，使一个应变组件的绝缘层102可设置在靠近或远离相邻应变组件的一侧，一个应变组件的敏感栅103可设置在靠近或远离相邻应变组件的一侧。

图1c中，不同应变组件的敏感栅103错位设置。进一步，多个应变组件的敏感栅103可沿基板101的竖直对称面对称布置。图1c中，两个应变组件的敏感栅103可沿基板101的竖直对称面对称布置，有利于减小或消除应变传感模组的零漂，提高应变传感模组的一致性。

应当理解，除包括两个应变组件外，应变传感模组可包括一个应变组件(如图1a或图1b所示)，或者，也可以包括三个或者更多个应变组件。

一些示例性实施例中，引出导线105与敏感栅103采用同种材料制成。如：引出导线105与敏感栅103均采用同种金属材料制成。

引出导线105与敏感栅103采用同种材料制成时，可通过一次的沉积和图案化工艺即可将引出导线105与敏感栅103同时形成在基板101上，简化了应变传感满足的加工过程，提高了加工效率。当然，引出导线105与敏感栅103也可以通过不同的沉积和/或图案化工艺步骤形成。

另一些示例性实施例中，引出导线105与敏感栅103采用不同材料制成。如：引出导线105与敏感栅103采用不同金属材料制成。

引出导线105与敏感栅103采用不同材料制成时，引出导线105与敏感栅103可通过沉积和图案化工艺先后形成在基板101上。引出导线105与敏感栅103采用不同材料制成，使得引出导线105的材料选择性更广，有利于降低成本。

一些示例性实施例中，引出导线105的线宽大于或等于敏感栅103的线宽。

一些示例性实施例中，引出导线105的线厚大于或等于敏感栅103的线厚。

引出导线105和敏感栅103的阻抗与线宽和线厚有关，线宽越大，线厚越大，阻抗越小，因此，将引出导线105的线宽设置成大于或等于敏感栅103的线宽，引出导线105的线厚大于或等于敏感栅103的线厚，可减小引出导线105的阻抗，降低引出导线105上的损耗，且使得引出导线105上阻抗变化的一致性好。

一些示例性实施例中，如图2和图3所示，敏感栅103包括四个子敏感栅1031，四个子敏感栅1031首尾依次连接形成全桥测试结构，每相邻子敏感栅1031的连接点与一个引出导线105连接。

敏感栅103的四个子敏感栅1031首尾依次连接形成全桥测试结构，全桥测试结构的零漂和一致性效果好、测量误差小，使得应变传感模组可批量地应用于高精度测量。

当然，敏感栅103的子敏感栅1031不限于组成全桥测试结构，还可以为其他结构。如：敏感栅103包括两个子敏感栅1031，两个子敏感栅1031可形成半桥测试结构。

一些示例性实施例中，如图2和图3所示，四个子敏感栅1031的电阻相同，且与四个子敏感栅1031中相邻的子敏感栅1031的连接点连接的四个引出导线105的长度相同。

四个子敏感栅1031的电阻相同，使得四个子敏感栅1031在相同应变下的电阻值变化相等；四个引出导线105的长度相同，使得四个引出导线105上的损耗相同，保证了敏感栅103的测量精度和一致性。

当然，四个子敏感栅1031的电阻可以一定规则设置为不相同，和/或，四个引出导线105的长度可不相同。

如图2和图3所示，敏感栅103具有特殊的Pattern设计，每个Pattern包括四个子敏感栅1031，并与四个引出导线105连接。如图2所示，四个子敏感栅1031对称布置，使得敏感栅103大体呈矩形状，且子敏感栅1031的栅长L可沿矩形的对角线方向设置；或者，如图3所示，四个子敏感栅1031对称布置，使得敏感栅103大体呈矩形状，且子敏感栅1031的栅长可沿矩形的边长方向设置。

通过该设计，使具有图2和图3所示的Pattern的敏感栅103能够感应在垂直纸面的方向施加的力，实现在同一平面上多方向形变所产生的压力信息检测。

一些示例性实施例中，如图4所示，敏感栅103设置有多个，且呈中心对称分布；与多个敏感栅103连接的多个引出导线105的长度相同。

通过阻抗的匹配设计，以距离最远的引出导线105为参考，其他距离较近的引出导线105采用蛇形线布置，以实现多个引出导线105的等长设计(即敏感栅103与采样设备之间的引出导线105的长度相等)，保证引出导线105上的阻抗一致，避免因引出导线105的阻抗差异带来的测量误差，保证不同的敏感栅103的采集信号的一致性。

一些示例性实施例中，基板101为绝缘基板，绝缘基板的一板面形成绝缘面；或者，如图1a-图1c所示，绝缘基板上设有绝缘层102形成绝缘面。如：基板101可为玻璃基板，可直接利用玻璃基板的板面作为绝缘面，或者可在玻璃基板上涂覆一层绝缘层102。

另一些示例性实施例中，如图1a-图1c所示，基板101为导电基板，导电基板上设有绝缘层102形成绝缘面。如：基板101可为金属基板。

应当理解，基板101不限于玻璃基板或金属基板，还可以为其他材质，如可为塑料基板等。

一些示例性实施例中，绝缘层102可喷涂在基板101上。

一些示例性实施例中，如图1a所示，敏感栅103和引出导线105上覆盖有保护层104。

保护层104可保护敏感栅103和引出导线105，避免敏感栅103和引出导线105外露导致的短路、氧化等风险。

一些示例性实施例中，保护层104可以是未剥离的光刻胶形成，或者，光刻胶剥离后，在敏感栅103和引出导线105上涂覆一层有机或无机材料形成的保护层104。

本申请实施例还提供了一种触控装置，包括上述的应变传感模组，其中：应变传感模组的基板101形成触控装置的触控板；或者，触控装置还包括触控板，触控板与应变传感模组的基板101相抵，如触控板与基板101直接相抵并接触，或者触控板与基板101通过力传导结构相抵，以便触控板上受到的触控力和变形可传导至基板101，并通过敏感栅103接触基板101的变形，进而实现触控力度信息的检测。

该触控装置可应用于各种具有触控功能的电子设备，如笔记本电脑外、手机等。

综上所述，本申请实施例的应变传感模组，解决了柔性薄膜式的应变传感器安装困难的问题，使普通的刚性基板具备了应变传感的特性，敏感栅与刚性基板的结合，突破了应变传感器和刚性基板各自原来的应用局限，开拓了新的应用场景，所有基于刚性基板的触控装置均可以采用此应变传感模组实现对力度的响应。

在本申请的描述中，术语“多个”指两个或更多个。

虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种应变传感模组，其特征在于，包括：基板、敏感栅和引出导线，所述基板上设有绝缘面，所述敏感栅设置在所述绝缘面上，所述引出导线与所述敏感栅连接。

2.根据权利要求1所述的应变传感模组，其特征在于，所述敏感栅为通过对沉积在所述绝缘面上的敏感层进行图案化工艺处理形成；

和/或，所述引出导线为通过对沉积在所述绝缘面上的导电层进行图案化工艺处理形成。

3.根据权利要求1所述的应变传感模组，其特征在于，所述基板为绝缘基板，所述绝缘基板的一板面形成所述绝缘面，或者，所述绝缘基板上设有绝缘层形成所述绝缘面；

或者，所述基板为导电基板，所述导电基板上设有绝缘层形成所述绝缘面。

4.根据权利要求1所述的应变传感模组，其特征在于，所述敏感栅和所述引出导线上覆盖有保护层。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的应变传感模组，其特征在于，所述基板的相对两侧均设有所述绝缘面，两侧的所述绝缘面上均设有相互连接的所述敏感栅和所述引出导线，且两侧的所述敏感栅正对设置或错位设置。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的应变传感模组，其特征在于，所述基板设有多个，且多个所述基板相对设置并依次连接，多个所述基板上均设有所述绝缘面，且所述绝缘面设置在靠近或远离相邻所述基板的一侧，每一个所述绝缘面上均设有相互连接的所述敏感栅和所述引出导线；

多个所述基板上的所述敏感栅正对设置或错位设置。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的应变传感模组，其特征在于，所述引出导线与所述敏感栅采用同种材料或不同材料制成；

并且，所述引出导线的线宽大于或等于所述敏感栅的线宽，和/或，所述引出导线的线厚大于或等于所述敏感栅的线厚。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的应变传感模组，其特征在于，所述敏感栅包括四个子敏感栅，四个所述子敏感栅首尾依次连接形成全桥测试结构，每相邻所述子敏感栅的连接点与一个所述引出导线连接，

四个所述子敏感栅的电阻值相同，且与四个所述子敏感栅中相邻的所述子敏感栅的连接点连接的四个所述引出导线的长度相同。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的应变传感模组，其特征在于，所述敏感栅设置有多个，且呈中心对称分布；

与多个所述敏感栅连接的多个所述引出导线的长度相同。

10.一种触控装置，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的应变传感模组，其中：

所述应变传感模组的基板形成所述触控装置的触控板；或者，所述触控装置还包括触控板，所述触控板与所述应变传感模组的基板相抵。

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