KR101327399B1 - Sensor and method for sensor manufacture - Google Patents

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KR101327399B1
KR101327399B1 KR1020120104907A KR20120104907A KR101327399B1 KR 101327399 B1 KR101327399 B1 KR 101327399B1 KR 1020120104907 A KR1020120104907 A KR 1020120104907A KR 20120104907 A KR20120104907 A KR 20120104907A KR 101327399 B1 KR101327399 B1 KR 101327399B1
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forming
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김원효
김건년
박광범
곽연화
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전자부품연구원
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Abstract

The present invention relates to a capacitive sensor and a manufacturing method thereof and, more specifically, to a sensor having a capacitive direction key capable of recognizing pressure and a manufacturing method thereof. The capacitive sensor of the present invention comprises a bottom electrode part which has an electrode; a top electrode part has an electrode corresponding to the electrode formed on the bottom electrode part; a cavity forming part which is formed between the bottom electrode part and the top electrode part and has a hole corresponding to the electrode formed on the bottom electrode part; and an actuator which is formed on the upper part of the top electrode part and has a protrusion part corresponding to the electrode formed on the top electrode part.

Description

정전용량 방식의 센서 및 그 제조 방법{Sensor and Method for Sensor manufacture}Capacitive sensor and its manufacturing method {Sensor and Method for Sensor manufacture}

본 발명은 정전용량 방식의 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압력 인식이 가능한 정전용량 방식의 방향키를 갖는 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a capacitive sensor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a sensor having a capacitive direction key capable of pressure recognition and a method of manufacturing the same.

일반적으로 가장 많이 사용되고 있는 개인용 PC 의 마우스의 경우, 방향이동 및 클릭 부분이 별도의 센서의 동작으로 이루어진다. In general, in the case of the mouse of the personal PC most commonly used, the direction and click portion is made of a separate sensor operation.

도 1은 종래 PC용 마우스와 광마우스를 도시하고 있다. 마우스는 케이스, 동작을 지시하는 버튼, 동그란 트랙볼로 이루어져 있다. 마우스 안에는 동그란 볼이 들어 있어서 이 볼을 바닥에서 굴리면서 작동하며, 내부에는 홈이 잘게 파여져 있는 2개의 원반이 있고 각각의 원반에는 발광 다이오드와 광다이오드가 두 개씩 부착되어 있다. 마우스가 움직이면서 마우스의 위치 변화를 컴퓨터에 전달하면 그것에 따라 컴퓨터는 화면 위의 커서를 마우스와 같은 방향으로 움직인다. 커서를 원하는 위치에 갖다 놓고 마우스 버튼을 클릭하면 아이콘이 나타내는 명령이 실행된다. 이러한 커서의 이동 및 클릭하는 동작은 서로 다른 센서의 동작에 의해 이루어지고 클릭하는 버턴의 경우 단순 ON/OFF 동작만을 수행하고 있다.Figure 1 shows a conventional PC mouse and optical mouse. The mouse consists of a case, a button to indicate the action, and a round trackball. The mouse contains a round ball that works by rolling the ball off the floor, and there are two discs in the groove, each with two light emitting diodes and two photodiodes. As the mouse moves, it transmits a change in the mouse's position to the computer, which causes the computer to move the cursor on the screen in the same direction as the mouse. Move the cursor to the desired location and click the mouse button to execute the command indicated by the icon. Such movement and clicking of the cursor are performed by the operation of different sensors, and in the case of clicking buttons, only the simple ON / OFF operation is performed.

광마우스는 광학적 기술을 이용하여 커서를 움직인다. 광마우스는 매우 작은 카메라작용을 하는 광학센서(금속 산화물 CMOS 반도체), 빨간 불빛을 내는 작은 다이오드(LED)가 있으며, 공학마우스가 내는 빨간 불빛은 광학센서위로 반사되고, 센서의 신호는 다시 각 영상을 디지털 신호 처리장치(DSP)로 보내고, DSP는 각 영상의 패턴을 감지할 수 있고, 그런 패턴들이 이전의 영상과 비교해 어떻게 움직였는지 간파할 수 있다. 일련의 영상 패턴이 변화한 것을 토대로 DSP는 마우스가 얼마나 멀리 움직였는지를 결정하고, 이에 상응하는 좌표를 컴퓨터로 보내고, 컴퓨터는 마우스에서 받은 좌표를 바탕으로 화면 위에 커서를 움직인다. 하지만 이러한 마우스도 클릭을 위해서는 별도의 센서를 이용하여 클릭을 해야 하는 등 커서의 이동 및 클릭이 동일한 센서에서 이루어지지 못하며, 또한 힘에 대한 반응할 수 없는 센서로 이루어져 있으므로 향후 다양한 인간의 감성에 대해 반응하기 어려움이 있다.The optical mouse uses optical technology to move the cursor. The optical mouse has an optical sensor (metal oxide CMOS semiconductor) that acts as a very small camera, and a small LED that emits red light. The red light emitted by the engineering mouse is reflected onto the optical sensor, and the signal of the sensor is again reflected in each image. The signal can be sent to a digital signal processing device (DSP), and the DSP can detect the patterns of each image and see how those patterns have moved compared to the previous image. Based on the change in the sequence of images, the DSP determines how far the mouse has moved, sends the corresponding coordinates to the computer, and the computer moves the cursor on the screen based on the coordinates received from the mouse. However, such a mouse also requires a click using a separate sensor to click, such as the movement and click of the cursor is not made in the same sensor, and also consists of a sensor that can not react to the force, so the various human emotions in the future Difficult to respond

우리의 실생활에서 누구나 사용하고 있는 휴대폰이나 가정에서 사용하고 있는 게임기, 휴대용 게임기의 경우도 마찬가지이다. 일반적으로 게임기의 경우 조이스틱이나 방향이동을 할 수 있는 방향키로 이루어져 있다. 가정용 게임기의 경우에는 방향이동을 할 수 있는 조이스틱이나 리모콘을 사용하고 있다. 조이스틱의 경우 방향이동을 위해 조이스틱을 상, 하, 좌, 우로 움직여서 이동을 하며 클릭을 하기 위해서는 별도의 클릭키를 누르는 형태이다. 리모콘의 경우 방향이동을 위해 방향이동 키를 직접적으로 누름으로써 사물의 이동 명령을 수행하는 형태이다. 휴대폰이나 휴대용 게임기의 경우도 리모콘의 경우와 비슷한 동작을 가진다.The same is true of mobile phones used in our real life, game consoles and portable game consoles used at home. In general, a game machine is composed of a joystick or a direction key for directional movement. Home game consoles use joysticks or remote controls that can be moved. In the case of the joystick, the joystick is moved up, down, left and right to move the direction, and a separate click key is pressed to click. In the case of the remote control, a movement command of an object is performed by directly pressing a direction movement key for direction movement. Mobile phones and handheld game consoles have a similar behavior to remote controllers.

도 2는 일반적인 휴대폰이나 휴대용 게임기를 보여주고 있다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 휴대폰이나 게임기의 경우 상, 하, 좌, 우 방향이동을 위한 내비게이션 키가 위치하고 있으며 게임기의 경우에는 양 손에 파지할 수 있도록 2개의 set로 구성되어 있다. 이러한 키는 단순 이동을 위한 on/off 구조이며, 휴대폰의 key pad에 많이 적용되고 있는 dome 스위치 형태의 센서가 많이 사용되고 있다. 이러한 센서의 구조로는 사람이 누르는 힘에 대해 반응할 수 없는 형태이며, 향후 다양한 핸드폰용 UI(User Interface) 및 감성 게임 등에 적용하기에는 한계가 있을 수밖에 없다. 사용하는 사용자에 따라서는 사람이 큰 힘으로 누르느냐, 적은 힘으로 누르느냐에 따라 다양한 기능을 부가할 수 있는 센서의 요구가 필요할 것이다.
Figure 2 shows a typical mobile phone or portable game machine. As illustrated in FIG. 2, a navigation key for up, down, left, and right direction movements is located in the case of a mobile phone or a game machine, and in the case of a game machine, two sets are provided to be held in both hands. These keys have an on / off structure for simple movement, and dome switch-type sensors are widely used in key pads of mobile phones. The structure of such a sensor is a form that can not respond to the pressing force of the human, there is no limit to be applied to various mobile phone UI (user interface) and emotional games in the future. Depending on the user used, the user may need a sensor that can add various functions depending on whether the user presses with a large force or a small force.

본 발명이 해결하려는 과제는 센서의 상단에 가해지는 압력의 크기에 따라 상이한 출력값을 출력하는 정전용량 방식의 센서 및 그 제조 방법을 제안함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to propose a capacitive sensor and a method of manufacturing the same, which output different output values according to the magnitude of pressure applied to an upper end of the sensor.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는 복수 개의 구조물로 조립되는 정전용량 방식의 센서의 조립 공정을 간소화하는 방안을 제안함에 있다.
Another object of the present invention is to propose a method of simplifying an assembly process of a capacitive sensor assembled into a plurality of structures.

이를 위해 본 발명의 정전용량 방식의 센서는 전극을 형성하고 있는 하부 전극부, 상기 하부 전극부에 형성된 전극과 대응되는 위치에 전극을 형성하고 있는 상부 전극부, 상기 하부 전극부와 상기 상부 전극부 사이에 형성되며, 상기 하부 전극부에 형성된 전극과 대응되는 위치에 천공을 형성하고 있는 캐비티 형성부, 상기 상부 전극부 상단에 형성되며, 하면 중 상기 상부 전극부에 형성된 전극과 대응되는 위치에 돌출부를 형성하고 있는 액츄에이터를 포함한다.To this end, the capacitive sensor of the present invention includes a lower electrode portion forming an electrode, an upper electrode portion forming an electrode at a position corresponding to an electrode formed on the lower electrode portion, the lower electrode portion and the upper electrode portion. A cavity forming part formed between the cavity and a hole formed at a position corresponding to the electrode formed at the lower electrode part, and formed at an upper end of the upper electrode part, and at a position corresponding to the electrode formed at the upper electrode part of the lower surface. It includes an actuator forming a.

이를 위해 본 발명의 센서 제작 방법은 하부 전극부에 전극을 형성하는 단계, 상기 하부 전극부에 형성된 전극에 대응되는 위치에 천공을 형성하고 있는 캐비티 형성부는 상기 하부 전극부 상단에 적층하는 단계, 상기 하부 전극부에 형성된 전극과 대응되는 위치에 전극을 형성하고 있는 상부 전극부를 상기 캐비티 형성부 상단에 적층하는 단계, 하면 중 상기 상부 전극부에 형성된 전극과 대응되는 위치에 돌출부를 형성하고 있는 액츄에이터를 상기 상부 전극부 상단에 적층하는 단계를 포함하며, 상기 캐비티 형성부의 상단에는 돌출부를 형성하며, 상기 상부 전극부의 하단에는 상기 돌출부와 대응되는 위치에 홀을 형성한다.
To this end, the sensor manufacturing method of the present invention comprises the steps of forming an electrode on the lower electrode portion, the cavity forming portion forming a perforation in a position corresponding to the electrode formed on the lower electrode portion laminated on the upper electrode portion, Stacking an upper electrode part forming an electrode at a position corresponding to an electrode formed at a lower electrode part on an upper end of the cavity forming part, and an actuator having a protrusion formed at a position corresponding to an electrode formed on the upper electrode part among lower surfaces; And forming a protrusion on an upper end of the upper electrode part, and forming a protrusion at an upper end of the cavity forming part, and forming a hole at a position corresponding to the protrusion at a lower end of the upper electrode part.

본 발명에 따른 하부 전극부, 캐비티 형성부, 상부 전극부, 액츄에이터로 구성되는 정전용량 방식의 센서는 조립 공정을 효율화하기 위해 상호 결합되는 구조물에 고정용 돌출부와 홀을 형성한다. 이와 같이 상호 결합되는 구조물에 고정용 돌출부와 홀을 형성함으로써 조립 공정을 단순화할 수 있게 된다. The capacitive sensor consisting of a lower electrode portion, a cavity forming portion, an upper electrode portion, and an actuator according to the present invention forms fixing protrusions and holes in structures that are coupled to each other in order to streamline the assembly process. Thus, by forming the fixing protrusions and holes in the structure to be coupled to each other it is possible to simplify the assembly process.

또한, 부가하여 상부에서 가해지는 압력에 따라 하부 전극부와 상부 전극부 사이의 간격이 선형적으로 변하게 함으로써 하나의 센서를 이용하여 적어도 세 개 이상의 제어 정보를 출력할 수 있게 된다.
In addition, the interval between the lower electrode portion and the upper electrode portion is linearly changed according to the pressure applied from the upper side, so that at least three or more control information can be output using one sensor.

도 1은 종래 일반적인 마우스의 형상을 도시하고 있으며,
도 2는 종래 핸드폰 및 휴대용 게임의 방향키를 도시하고 있으며,
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 정전용량 방식의 센서의 구조를 도시하고 있으며,
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 상부 전극부와 하부 전극부 사이의 정전용량을 산출하는 예를 도시하고 있으며,
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 센서와 액츄에이터의 결합 방식을 도시하고 있으며,
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 센서를 구성하고 있는 각 구조물의 결합 방법을 도시하고 있으며,
도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 정전용량 방식의 센서의 디자인 도면을 도시하고 있으며,
도 8은 본 발명의 일실시 예에 따른 센서에 가해지는 하중에 따른 출력값을 도시하고 있으며,
도 9는 본 발명의 일실시 예에 따른 하부 전극부, 캐비티 형성부, 상부 전극부로 구성되는 센서부와 액츄에이터를 도시하고 있으며,
도 10은 본 발명의 일실시 예에 따른 센서의 패키징 예를 도시하고 있다.
Figure 1 shows the shape of a conventional general mouse,
2 illustrates a direction key of a conventional mobile phone and a portable game,
3 illustrates a structure of a capacitive sensor according to an embodiment of the present invention.
4 illustrates an example of calculating a capacitance between an upper electrode portion and a lower electrode portion according to an embodiment of the present invention.
5 shows a coupling method of a sensor and an actuator according to an embodiment of the present invention,
6 is a view illustrating a method of coupling each structure constituting a sensor according to an embodiment of the present invention.
7 shows a design diagram of a capacitive sensor according to an embodiment of the present invention,
8 illustrates an output value according to a load applied to a sensor according to an embodiment of the present invention.
9 illustrates a sensor part and an actuator including a lower electrode part, a cavity forming part, and an upper electrode part according to an embodiment of the present invention.
10 shows an example of packaging of a sensor according to an embodiment of the present invention.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.The foregoing and further aspects of the present invention will become more apparent through the preferred embodiments described with reference to the accompanying drawings. Hereinafter will be described in detail to enable those skilled in the art to easily understand and reproduce through this embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 정전용량 방식의 센서의 구조를 도시하고 있다. 이하 도 3을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 정전용량 방식의 센서 구조에 대해 상세하게 알아보기로 한다.3 shows a structure of a capacitive sensor according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the capacitive sensor structure according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 3.

센서는 크게 4가지 구조물이 결합된 형태로 구성된다. 먼저 하부 전극을 형성하는 하부 전극부(300), 외부 하중에 의해 센서의 구동을 위한 공간을 확보하기 위한 캐비티(cavity) 구조물(310), 하부 전극과의 정전용량을 형성하기 위한 상부 전극부(320) 및 센서의 구동을 효율적으로 수행하기 위한 액츄에이터(330)로 구성된다.The sensor is largely composed of four structures combined. First, the lower electrode part 300 forming the lower electrode, a cavity structure 310 for securing a space for driving the sensor by an external load, and an upper electrode part for forming capacitance with the lower electrode ( 320 and an actuator 330 for efficiently driving the sensor.

도 4는 센서의 정전용량 값을 산출하는 수식을 도시하고 있다. 센서의 정전용량은 상부 전극과 하부 전극 사이에 구성되어 있는 물질의 유전율 값, 상부 전극과 하부 전극의 면적, 하부 전극과 상부 전극 사이의 거리를 이용하여 산출한다.4 shows a formula for calculating the capacitance value of the sensor. The capacitance of the sensor is calculated using the dielectric constant value of the material comprised between the upper electrode and the lower electrode, the area of the upper electrode and the lower electrode, and the distance between the lower electrode and the upper electrode.

이하에서는 상술한 센서의 구조에 대해 상세하게 알아보기로 한다.Hereinafter, the structure of the above-described sensor will be described in detail.

-하부 전극부(300)-Lower electrode unit 300

정전용량 방식의 센서의 하부 전극부는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 딱딱한 재료위에 상, 하, 좌, 우, 중앙 부분에 위치할 센서에 전극을 구성한다. 상, 하, 좌, 우, 중앙의 5개의 센서는 내비게이션 센서로 동작시 4가지의 방향키와 중앙의 선택키로 구성되며, 상부 전극과 정전용량을 형성하게 된다. 여기에서 사용되어질 딱딱한 재료는 흔히 일반적으로 사용되는 FR4, 플라스틱, 폴리머, 실리콘 등과 같이 다양한 재료 등이 사용될 수 있으며, 필요에 따라 유연한 재료도 사용이 가능하다. 전극의 형상은 원형 또는 사각형 이외에 어떠한 형상으로도 가능하다. 신호처리를 위한 신호라인이 커넥터(연결부, connector) 부분과 연결하기 위해 일정 길이 돌출된다. 여기에서 사용되는 전극부분의 재료는 도전성 재료를 모두 사용할 수 있으며, 일반적으로 구리, 금, 알루미늄, 주석, 은 등 다양한 재료가 사용될 수 있다.
The lower electrode portion of the capacitive sensor constitutes an electrode in the sensor to be positioned in the upper, lower, left, right, and center portions on the hard material as shown in FIG. 3. The five sensors of the up, down, left, right, and center are composed of four direction keys and a selection key in the center when operating as a navigation sensor, and form capacitance with the upper electrode. As a hard material to be used herein, various materials such as FR4, plastic, polymer, silicone, etc., which are commonly used, may be used, and flexible materials may be used as necessary. The shape of the electrode may be in any shape other than round or square. The signal line for signal processing protrudes a certain length to connect with the connector part. As the material of the electrode portion used herein, all conductive materials may be used, and in general, various materials such as copper, gold, aluminum, tin, and silver may be used.

-공간 형성부(캐비티 형성부)(310)-Space forming part (cavity forming part) 310

정전용량 방식의 센서가 동작하기 위해서는 상부 전극과 하부 전극 사이의 간극 변화를 통해 신호가 변하게 된다. 이러한 신호 변화를 위해 상부 전극과 하부 사이의 적절한 공간 확보가 필요하며 이를 위해 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 캐비티 형성을 위한 구조물이 필요하다. 캐비티 형성부는 상부 전극의 형상과 동일한 형상으로 천공(penetration)된 형태로 제작된다. 또한 캐비티 형성부는 FR4, 플라스틱, 폴리머, 실리콘 등과 같은 재료 등이 사용될 수 있다. 캐비티 형성부는 전체 센서의 감도 등에 있어서 중요한 역할을 수행하므로, 사용하고자 하는 용도에 따라 캐비티 형성에 사용되는 재료의 두께를 적절히 조절한다. 단, 캐비티 형성부는 하부 전극부의 상단에 놓여지는 형태이며, 하부 전극부의 커넥터 접속 부분과의 간섭을 막기 위해 하부 전극부 보다 다소 작은 크기로 제작된다.In order to operate the capacitive sensor, the signal is changed by changing the gap between the upper electrode and the lower electrode. In order to change the signal, it is necessary to secure an appropriate space between the upper electrode and the lower part, and for this, a structure for forming a cavity is required as shown in FIG. 3. The cavity forming part is manufactured in the form of a perforated shape in the same shape as that of the upper electrode. In addition, the cavity forming portion may be a material such as FR4, plastic, polymer, silicon, and the like. Since the cavity forming part plays an important role in the sensitivity of the entire sensor, the thickness of the material used for forming the cavity is appropriately adjusted according to the intended use. However, the cavity forming portion is placed on the upper end of the lower electrode portion, and is manufactured to be somewhat smaller than the lower electrode portion to prevent interference with the connector connection portion of the lower electrode portion.

또한 캐비티 부분은 일반적으로 공기층으로 사용하나 센서의 클릭시 사용자에게 클릭감을 주기 위해 또는 출력 신호의 크기를 증가하기 위해 에어로 구성된 공기층에 폴리머, 실리콘, 고무, 겔, 글리세린 등과 같은 고유전율을 가지는 재료를 채워 넣을 수도 있다.
In addition, the cavity part is generally used as an air layer, but a material having a high dielectric constant such as polymer, silicone, rubber, gel, glycerin, etc. is used in the air layer composed of air to give a user a feeling when clicking on the sensor or to increase the magnitude of the output signal. You can also fill it in.

-상부 전극부(스프링 역할)(320)-Upper electrode portion (role of spring) 320

상부 전극부는 하부 전극부와의 커패시턴스를 형성하기 위해 필요한 부분이다. 실질적으로 정전 용량을 형성하기 위해서는 상부 전극과 하부 전극이 필요하며, 센서의 동작 특성은 상부 전극부의 변위에 의한 두 전극 사이의 간극 변화를 감지하여 외부 하중에 의한 출력 신호를 나타내게 된다. 따라서 하부 전극은 고정된 형태의 전극이며, 상부 전극은 외부 하중에 의해 변형되는 전극 부분이다. 센서의 거동에 있어서 가장 중요한 것 중의 하나가 센서의 재연성, 신뢰성, 복원성 등에 관한 것이다. 외부 하중에 의해 상부 전극 부분의 변위가 잘 발생하는 것도 필요하지만, 인가된 하중이 제거되면 원래의 형상대로 빠른 시간내에 복원되는 것이 필요하다. 즉, 상부 전극은 스프링과 같은 역할을 하는 부분이다. 본 발명에서는 이러한 특성을 향상을 위해 상부 전극은 탄성, 복원력이 우수한 재료를 사용하는 것을 목적으로 한다. The upper electrode portion is a portion necessary for forming capacitance with the lower electrode portion. In order to substantially form the capacitance, the upper electrode and the lower electrode are required, and the operation characteristic of the sensor detects a change in the gap between the two electrodes due to the displacement of the upper electrode portion, and represents an output signal due to an external load. Accordingly, the lower electrode is a fixed type electrode, and the upper electrode is an electrode portion that is deformed by an external load. One of the most important things about the sensor's behavior is its reproducibility, reliability, and resilience. It is also necessary that displacement of the upper electrode portion is caused well by the external load, but it is necessary to restore the original shape in a short time as soon as the applied load is removed. That is, the upper electrode is a part that acts like a spring. In the present invention, the upper electrode is intended to use a material excellent in elasticity, restoring force in order to improve such characteristics.

이러한 상부 전극에 사용되는 재료는 도전성 물질로서, 탄성 및 복원성이 우수한 재료를 사용하여야 하며 본 발명에서는 SUS와 같은 메탈을 사용하여 제조할 수 있다. 물론 SUS 재질이 아니더라도 알루미늄 등과 같은 다양한 금속재질을 사용할 수 있으며, 금속 재질 이외에 탄성 및 복원력이 우수한 부도체 재질을 사용하는 경우에는 전극 부분의 표면에는 금속 재질을 도포하면 된다. 이러한 전극 형성은 Metal deposition 및 포토리소그래피 공정 등을 이용하여 형성하거나, 폴리머와 같은 얇은 필름 재료위에 전극 부분을 형성하여 탄성, 복원력이 우수한 부도체에 부착하여 사용할 수 있다. 부연하여 설명하면 상부 전극부는 전도성 재질 이외에 부도체 재질의 탄성, 복원력이 우수한 모든 재질을 사용할 수 있다.
The material used for the upper electrode is a conductive material, and a material having excellent elasticity and resilience should be used. In the present invention, a material such as SUS may be used. Of course, a variety of metal materials such as aluminum may be used even if the material is not SUS. In the case of using an insulator material having excellent elasticity and resilience in addition to the metal material, a metal material may be applied to the surface of the electrode part. Such electrode formation may be performed using metal deposition, photolithography, or the like, or may be used by attaching to an insulator having excellent elasticity and resilience by forming an electrode portion on a thin film material such as a polymer. In detail, the upper electrode part may use any material having excellent elasticity and resilience of the non-conductive material in addition to the conductive material.

-액츄에이터(330)-Actuator 330

액츄에이터는 상기와 같은 하부 전극부, 캐비티 형성부, 상부 전극부로 구성된 후, 센서부분에 외부 하중을 효과적으로 전달하기 위해 필요한 부분이다. 일반적으로 액츄에이터가 없게 되면 외부 하중에 의해 상, 하, 좌, 우, 중앙 부분의 센서에 원하는 곳에 정확하게 하중을 인가하기 힘들며 이러한 힘을 각각의 센서에 효과적으로 전달하기 위해서는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 액츄에이터가 필요하다. 액츄에이터는 각각의 센서의 중앙에 힘이 인가될 수 있도록 제작이 되며 액츄에이터의 재질은 폴리머, 고무, 겔, 실리콘 등과 같은 다양한 재료를 몰드(mold) 형상에 부어서 경화하여 제작하거나 사출 등과 같은 방법으로 제작할 수 있다. 액츄에이터의 상단부는 실질적으로 사람의 손가락이 놓여지는 곳이므로 평탄한 형태로 제작이 되거나 도 3과 같이 다소 라운딩 진 형태로 제작하여 사람의 손가락의 움직임을 최대로 반영하여 센서에 전달될 수 있도록 할 수 있다. 또한 액츄에이터는 상부 전극 상단에 고정이 되어야 하므로 액츄에이터의 테두리에 포론 테이프(poron tape)나 얇은 접착제 등으로 고정하면 된다. 또한 액츄에이터는 센서의 중앙 부분과의 정렬도 중요하므로 도 5b와 같이 상부 전극부에 액츄에이터의 특정부분이 삽입될 수 있도록 상부 전극부에 홀을 형성하여 그 위에 액츄에이터의 일부가 삽입되는 형태로 제작이 가능하다.
The actuator is composed of the lower electrode portion, the cavity forming portion, and the upper electrode portion as described above, and is a portion necessary for effectively transferring an external load to the sensor portion. In general, when there is no actuator, it is difficult to apply the load to the sensor of the upper, lower, left, right, and center part by the external load exactly where desired. In order to effectively transmit such a force to each sensor as shown in FIG. Actuator required. Actuators are manufactured so that a force can be applied to the center of each sensor, and the materials of the actuators can be made by pouring various materials such as polymer, rubber, gel, silicone, etc. into a mold shape and curing them or by injection molding. Can be. Since the upper end of the actuator is a place where a human finger is actually placed, it may be manufactured in a flat form or in a somewhat rounded form as shown in FIG. . In addition, since the actuator should be fixed on the upper electrode, the actuator may be fixed to the edge of the actuator with a poron tape or a thin adhesive. In addition, since the actuator is also important to be aligned with the central portion of the sensor, as shown in Figure 5b to form a hole in the upper electrode portion so that the specific portion of the actuator can be inserted into the upper electrode portion is formed in such a way that a part of the actuator is inserted thereon It is possible.

센서를 제작함에 있어서 각 요소의 정확한 정렬(결합, align)이 중요하다. 이를 해결하기 위해 도 3에서 도시되어 있는 각 구조물을 제작함에 있어서 정렬을 용이하게 하는 방안을 제안한다.In fabricating the sensor, the exact alignment of each element is important. In order to solve this problem, we propose a method for facilitating alignment in manufacturing each structure shown in FIG.

하부 전극부는 제일 아래로 놓여지는 부분이며, 하부 전극부 상단에 놓여지는 캐비티 형성부는 하부 전극부와 외곽 크기가 동일하므로 하부전극부와 간단하게 결합된다. 그러나 캐비티 형성부 상단에 안착되는 스프링 역할을 수행하는 상부 전극부는 개비티 형성부와 간단하게 결합하기 위해 캐비티 형성부 상단에 상부 전극 고정부(또는 돌출부)를 상, 하, 좌, 우 등에 형성한다. 이후 상부 전극부 제작시 캐비티 형성부에 형성된 상부 전극 고정부보다 조금 큰 홀을 형성하여 조립시에 꽂아 놓으면 별다른 정렬 방법 없이도 모든 구조물을 정확하게 조립할 수 있다. 조립에 사용되는 재료는 얇은 필름형 테이프나 액형 접착액 등을 이용하여 견고하게 모든 구조물을 결합할 수 있다.The lower electrode portion is the lowermost portion, and the cavity forming portion placed on the upper portion of the lower electrode portion has the same outer size as the lower electrode portion, and thus is simply coupled with the lower electrode portion. However, the upper electrode part serving as a spring seated on the upper part of the cavity forming part forms an upper electrode fixing part (or protrusion) on the upper part of the cavity forming part to easily combine with the cavity forming part. . Thereafter, when forming the upper electrode part and forming a hole that is slightly larger than the upper electrode fixing part formed in the cavity forming part, the assembly can be accurately assembled without any alignment method. The material used for assembly can be firmly bonded to all the structures using a thin film tape or a liquid adhesive.

도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 하부 전극부, 캐비티 형성부, 상부 전극부를 개략적으로 도시한 캐드 디자인 및 이들이 결합된 형상을 도시하고 있다. FIG. 7 illustrates a CAD design schematically showing a lower electrode portion, a cavity forming portion, and an upper electrode portion according to an embodiment of the present invention, and a shape in which they are coupled.

도 8은 본 발명의 일실시 예에 따른 센서에 인가되는 하중에 대한 출력 신호의 변화를 도시하고 있다. 도 8에 도시되어 있는 바와 같이 인가되는 하중의 크기에 따라 상, 하부의 전극 사이의 간격이 줄어들게 되며, 이로 인해 출력이 증가되는 것을 알 수 있다. 또한, 도 8에 의하면, 인가되는 하중에 대해 출력은 선형적인 특성을 갖는다. 이와 같이 본 발명은 인가되는 하중에 따라 선형적인 출력을 가지므로 하나의 센서를 이용하여 적어도 3개의 제어 신호를 출력할 수 있다. 즉, 센서에서 출력되는 값을 이용하여 해당 방향으로 이동하도록 제어하는 대상체의 이동 속도를 제어할 수 있다. 즉, 사용자가 높은 하중을 액츄에이터에 인가하는 경우 상술한 대상체의 이동 속도 역시 빠르게 이동하도록 제어할 수 있다. 이와 같이 종래 정전용량 방식의 센서가 두 개의 신호만을 출력하는 데 비해 본 발명은 센서에 인가되는 하중에 따라 적어도 세 개의 출력 신호를 출력한다.8 illustrates a change in an output signal with respect to a load applied to a sensor according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the distance between the upper and lower electrodes is reduced according to the magnitude of the applied load, thereby increasing the output. 8, the output has a linear characteristic with respect to the applied load. As described above, since the present invention has a linear output according to the applied load, at least three control signals may be output using one sensor. That is, the moving speed of the object controlling to move in the corresponding direction may be controlled by using the value output from the sensor. That is, when the user applies a high load to the actuator, the movement speed of the above-described object may also be controlled to move quickly. As described above, the present invention outputs at least three output signals according to the load applied to the sensor, whereas the conventional capacitive sensor outputs only two signals.

또한 본 발명에서 제안하는 센서는 적용되는 분야에 따라 상부 전극(SUS와 같은 탄성체 물질)의 두께, 센서의 크기, 상부 전극과 하부 전극사이의 간격을 조절함으로써 휴대폰과 같은 비교적 적은 힘을 필요로 하는 입력 장치뿐만 아니라 게임기 등과 같은 비교적 큰 힘을 필요로 하는 분야의 입력장치로도 활용이 가능하다. 또한 두 전극 사이에 에어 갭이 아닌 고유전체의 엘라스토머(elastomer) 혹은 실리콘 고무 등과 같은 재료를 채워 넣음으로써 출력 신호의 크기 증대 및 누름에 대한 손가락 끝으로 느껴지는 느낌(감촉)을 향상 시킬 수도 있다.In addition, the sensor proposed in the present invention requires a relatively small force such as a mobile phone by controlling the thickness of the upper electrode (elastic material such as SUS), the size of the sensor, the distance between the upper electrode and the lower electrode according to the application field In addition to the input device, it can be used as an input device in a field requiring a relatively large force such as a game machine. In addition, by filling a material such as an elastomer or silicone rubber of a high dielectric material rather than an air gap between two electrodes, it is possible to improve the feeling (feel) at the fingertips about the size of the output signal and the pressing.

도 9는 본 발명의 일실시 예에 따른 센서의 패키징 방법을 도시하고 있다. 방향 센서가 모바일 단말, 게임기 등 다양한 분야에 적용되기 위해서는 센서 부분이 안정된 구조로 정확한 동작을 하기 위해서는 패키징(하우징) 부분이 상당히 중요하다.9 shows a packaging method of a sensor according to an embodiment of the present invention. In order for the direction sensor to be applied to various fields such as a mobile terminal and a game machine, the packaging (housing) part is very important for the accurate operation of the sensor part with a stable structure.

센서와 액츄에이터를 정확하게 정렬하기 위해 도 9에 도시되어 있는 바와 같이 센서와 액츄에이터에 정렬용 홀(910, 920)을 형성하여 센서의 정렬을 용이하게 한다.In order to accurately align the sensor and the actuator, as shown in FIG. 9, alignment holes 910 and 920 are formed in the sensor and the actuator to facilitate alignment of the sensor.

도 10은 방향 센서의 전체 패키징의 하나의 예로서 도시한 도면이다.10 is a diagram illustrating one example of the overall packaging of a direction sensor.

센서부는 신호처리를 위한 제어부 또는 연결부(connector)(도 9 참조: 900)와 연결되어 센서에서 나오는 신호를 이용하여 힘의 표현이나 방향 등을 표현하게 된다.The sensor unit is connected to a control unit or a connector (see FIG. 9) 900 for signal processing to express an expression or direction of force using a signal from the sensor.

도 10에 의하면 센서부를 누르기 위한 액츄에이터는 각 센서의 중앙부분을 쉽게 누를 수 있도록 Silicone, Rubber, 플라스틱, 및 폴리머류 등의 재질을 이용하여 사출 등의 방법을 사용하여 센서부분만 쉽게 누를 수 있는 형태로 제작할 수 있다. 또는 신축성의 전극(elastic Electrode) 상단에 고무, 에폭시, 폴리머 등과 같은 재료를 디스펜싱(dispensing) 공정을 통해 형성할 수도 있다.According to FIG. 10, the actuator for pressing the sensor part may be easily pressed using only a sensor part using a method such as injection using a material such as silicone, rubber, plastic, and polymer so as to easily press the center part of each sensor. Can be produced with Alternatively, a material such as rubber, epoxy, polymer, or the like may be formed on top of an elastic electrode through a dispensing process.

본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the present invention .

300: 하부 전극부 310: 캐비티 형성부
320: 상부 전극부 330: 액츄에이터
300: lower electrode portion 310: cavity forming portion
320: upper electrode portion 330: actuator

Claims (6)

전극을 형성하고 있는 하부 전극부;
상기 하부 전극부에 형성된 전극과 대응되는 위치에 전극을 형성하고 있는 상부 전극부;
상기 하부 전극부와 상기 상부 전극부 사이에 형성되며, 상기 하부 전극부에 형성된 전극과 대응되는 위치에 천공을 형성하고 있는 캐비티 형성부;
상기 상부 전극부 상단에 형성되며, 하면 중 상기 상부 전극부에 형성된 전극과 대응되는 위치에 돌출부를 형성하고 있는 액츄에이터를 포함함을 특징으로 하는 정전용량 방식의 센서.
A lower electrode portion forming an electrode;
An upper electrode portion forming an electrode at a position corresponding to the electrode formed on the lower electrode portion;
A cavity forming portion formed between the lower electrode portion and the upper electrode portion and forming a perforation at a position corresponding to the electrode formed on the lower electrode portion;
And an actuator formed on an upper end of the upper electrode part, the actuator forming a protrusion at a position corresponding to an electrode formed on the upper electrode part of the lower surface.
제 1항에 있어서, 상기 캐비티 형성부의 상단에는 돌출부를 형성하며, 상기 상부 전극부의 하단에는 상기 돌출부와 대응되는 위치에 홀을 형성함을 특징으로 하는 정전용량 방식의 센서.
The sensor of claim 1, wherein a protrusion is formed at an upper end of the cavity forming part, and a hole is formed at a position corresponding to the protrusion at a lower end of the upper electrode part.
제 2항에 있어서, 상기 상부 전극부는 상단에 가해지는 하중의 크기에 따라 상기 상부 전극부와 상기 하부 전극부 사이의 정전 용량이 선형적으로 증가함을 특징으로 하는 정전용량 방식의 센서.
The capacitive sensor of claim 2, wherein the capacitance between the upper electrode portion and the lower electrode portion increases linearly with the magnitude of the load applied to the upper electrode portion.
제 3항에 있어서, 상기 캐비티 형성부에 형성된 천공 부분에 폴리머, 실리콘, 고무, 겔, 글리세린 중 적어도 하나를 채움을 특징으로 하는 정전용량 방식의 센서.
4. The capacitive sensor according to claim 3, wherein at least one of polymer, silicone, rubber, gel, and glycerin is filled in the perforated portion formed in the cavity forming portion.
제 3항에 있어서, 상기 상부 전극부는,
부도체의 재질을 갖는 기판의 하단 중 상기 하부 전극부에 형성된 전극과 대응되는 위치에 전도성 재질이 도금되어 있음을 특징으로 하는 센서.
The method of claim 3, wherein the upper electrode portion,
And a conductive material is plated at a position corresponding to an electrode formed in the lower electrode of the lower end of the substrate having a non-conductive material.
하부 전극부에 전극을 형성하는 단계;
상기 하부 전극부에 형성된 전극에 대응되는 위치에 천공을 형성하고 있는 캐비티 형성부는 상기 하부 전극부 상단에 적층하는 단계;
상기 하부 전극부에 형성된 전극과 대응되는 위치에 전극을 형성하고 있는 상부 전극부를 상기 캐비티 형성부 상단에 적층하는 단계;
하면 중 상기 상부 전극부에 형성된 전극과 대응되는 위치에 돌출부를 형성하고 있는 액츄에이터를 상기 상부 전극부 상단에 적층하는 단계를 포함하며,
상기 캐비티 형성부의 상단에는 돌출부를 형성하며, 상기 상부 전극부의 하단에는 상기 돌출부와 대응되는 위치에 홀을 형성함을 특징으로 하는 센서 제작 방법.
Forming an electrode on the lower electrode portion;
Stacking a cavity forming part having a perforation formed at a position corresponding to an electrode formed at the lower electrode part on an upper end of the lower electrode part;
Stacking an upper electrode part on which an electrode is formed at a position corresponding to an electrode formed on the lower electrode part on an upper portion of the cavity forming part;
Stacking an actuator having a protrusion formed at a position corresponding to an electrode formed on the upper electrode part of a lower surface of the upper electrode part;
And a protrusion formed at an upper end of the cavity forming portion, and a hole formed at a position corresponding to the protrusion at a lower end of the upper electrode portion.
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