KR102070860B1 - 스트레인 게이지 장치의 제조 방법, 스트레인 게이지 장치, 및 그의 이용 - Google Patents

스트레인 게이지 장치의 제조 방법, 스트레인 게이지 장치, 및 그의 이용 Download PDF

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Abstract

스트레인 게이지 장치의 제조 방법 및 스트레인 게이지 장치(20)가 개시된다. 상기 방법은 전자 컴포넌트들을 수용하기 위한 제1 기판(21A), 바람직하게는 성형 가능한 기판 필름(21A)을 수득하는 단계(110), 스크린 프린팅 또는 잉크젯 프린팅과 같은 프린트된 전자 소자 방법에 의해, 상기 제1 기판(21A) 상에 스트레인 게이지(22)를 프린트하는 단계(120), 및 바람직하게는 사출 성형을 사용하여, 상기 스트레인 게이지(22)를 내장하는 몰딩 물질층(23)을 몰딩하는 단계(140)를 포함한다. 상기 스트레인 게이지 장치(20)는 두 개의, 바람직하게는 성형 가능한 기판 필름들을 포함하고, 그들 사이에 상기 스트레인 게이지(22) 및 상기 몰딩 물질층(23)이 마련될 수 있다.

Description

스트레인 게이지 장치의 제조 방법, 스트레인 게이지 장치, 및 그의 이용{METHOD FOR MANUFACTURING A STRAIN GAUGE DEVICE, A STRAIN GAUGE DEVICE, AND THE USE OF THE DEVICE}
본 출원으로 이어진 프로젝트는 유럽 연합의 호라이즌 2020(Horizon 2020) 연구혁신 프로그램 지원 협정 번호 제725076호로부터 자금을 지원받았다.
일반적으로 본 발명은 전자 소자들, 관련 장치들, 구조들, 그의 이용 및 제조 방법들에 관한 것이다. 특히, 제한되지는 않으나, 본 발명은 사출 성형과 같은 몰딩을 이용하여 스트레인 게이지 장치를 제조하는 방법, 및 스트레인 게이지 장치 및 그의 이용에 관한 것이다.
일반적으로 전자 소자 및 여러 전자 장치들과 같은 전자 제품과 관련하여 다양한 다층 어셈블리 및 구조체가 존재한다. 전자 소자들 및 다른 부재들을 통합하는 것에 대한 필요성은 관련된 사용 맥락만큼 다양할 수 있다. 결정된 최적의 솔루션이 궁극적으로 다층 특성을 나타낼 때, 비교적 자주 크기 절감, 중량 절감, 재료 절감, 비용 절감, 성능 제고, 또는 단순히 컴포넌트의 효율적인 집적(cramming)이 요구된다. 최종적으로, 연관된 사용 시나리오는, 예를 들어 제품 패키지 또는 식품 케이스, 장치 하우징의 시각적 디자인, 웨어러블 전자 소자, 개인용 전자 장치, 디스플레이, 감지기 또는 센서, 차량 인테리어, 안테나, 라벨, 차량 전자 소자, 가구 등과 관련이 있을 수 있다.
다층 구조체들은, 예를 들어 회로 기판 또는 단지 플라스틱 필름과 같은 기판을 사용하여 제조될 수 있고, 상기 기판은 전자 소자들을 구비하고 플라스틱으로 몰딩되어, 상기 전자 소자들이 상기 몰딩된 층에 적어도 부분적으로 내장되는 다층 구조를 이룬다. 따라서, 상기 전자 소자들은 외부 환경으로부터 밀봉되고 습기, 물리적 충격, 또는 먼지와 같은 외부 상태로부터 보호되며, 상기 몰딩된 층은 심미성, 전달 매체, 치수화 등의 관점에서 다양한 추가적인 용도를 더 가질 수 있다.
전자 컴포넌트, 집적 회로(IC) 및 컨덕터와 같은 전자 소자는 일반적으로 복수의 다른 기술들에 의해 기판 부재 상에 제공될 수 있다. 예를 들어, 다양한 표면 실장 장치(SMD)와 같은 기성(ready-made) 전자 소자는 기판 상에 장착되어, 궁극적으로 다층 구조체의 내부층 또는 외부 인터페이스층을 형성한다. 또한, 용어 “프린트된 전자 소자(printed electronics)”의 범주에 속하는 기술들이 직접적으로 및 본질적으로 추가적으로 전자 제품을 생산하기 위하여 연관된 기판에 적용될 수 있다. 이 경우에, 상기 용어 “프린트된”은 프린트된 물질로 전자 소자/전자 부재들을 생산할 수 있는 다양한 프린팅 기술에 관한 것으로서, 스크린 프린팅, 플렉소그래피 및 잉크젯 프린팅 및 실질적으로 그 후속 공정을 포함하나, 이들에 한정되지는 않는다. 사용되는 기판은 플렉시블할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
전자 소자 어셈블리들은 다양한 서로 다른 용도들에 이용된다. 많은 용도들에서, 작용하는 압력을 모니터링하고, 그리고/또는 상기 압력 변화에 반응하는 센서들, 스위치들, 및/또는 장치들, 예를 들어 압력 센서들 또는 기계적 누름 버튼들은, 전자 소자들을 사용하는 많은 제어 시스템들 또는 사용자 인터페이스에서 원하는 특징부들이다. 상기 센서들은 커패시턴스, 인덕턴스, 또는 저항을 모니터링하는 것을 기반으로 하거나, 광학적 특성의 변화 또는 다양한 다른 알려진 공지의 기술들을 기반으로 할 수 있다. 상기 센서들을 사용하는 장치들은 다양한 형태들을 가질 수 있으며, 서로 다른 환경들에서 서로 다른 목적들을 위해 사용될 수 있다.
예를 들어, 기계적 누름 버튼들이 사용되는 기술 분야의 한 예로서, 자동차 산업을 들 수 있다. 차량들은 차량의 공통 전기 시스템에 연결되는 다양한 전자 장치들을 포함할 수 있다. 상기 장치들은, 전형적으로, 예를 들어 기계적 누름 버튼들의 경우, 작용하는 압력을 모니터링하고 그리고/또는 상기 압력 변화 또는 작용하는 힘에 반응하여 작동하는 장치들을 이용함으로써 제어된다. 또한, 상기 차량 내 장치를 제어하는 수단으로서 용량형 스위치들이 사용될 수 있다. 그러나, 상기한 환경에서 용량형 비접촉 전기 스위치들은 전자기 간섭 또는 상기 용량형 센서의 감지 또는 작동을 의도하지 않은 손의 움직임에 의한, 상기 용량형 센서 또는 그 시스템의 감지 오류가 유발하는 기능 오류가 발생하기 쉽다.
전형적인 기계적 누름 버튼들 역시 사용될 수 있으나, 이들은 크고, 비싸며 사용자의 손가락에서 나오는 유분과 같은 오염물에 노출되는 경향이 있고, 상기 차량의 고급스러운 내장면에 악영향을 미칠 수 있다. 기계적 누름 버튼들을 주위 구조체들에 통합할 때, 상기 구조체는 상기 버튼이 상기 구조체에 배치 및 고정되어 적용되는 압력에 대하여 상기 누름 버튼이 움직일 수 있도록 설계된다. 전형적으로, 이는 누름 버튼 또는 회전 가능한 스위치가 상기 주위 구조체들과 분리되거나, 예를 들어 상기 구조체로부터 돌출되거나, 적어도 상기 구조체에 대하여 움직일 수 있도록 그 사이에 간격을 가짐으로써 구현된다. 상기 버튼들 또는 스위치들은 그 상부에 더 적층(overlaminate)하거나 별도의 보호층으로 커버함으로써, 오염물로부터 보호되고 외부 구조체에 대하여 보다 균일한 외부 표면을 제공할 수 있다. 상기 상부 적층 또는 별도의 보호층은 상기 버튼 또는 스위치를 사용할 수 있도록 구성된다. 즉, 상기 버튼 또는 스위치의 작동이 가능하도록 매우 플렉시블하다. 그러나, 상기 상부 적층 또는 상기 보호층은 반복적으로 사용되면 손상되거나 마모되기 쉽다. 상기 상부 적층 또는 상기 보호층이 상기 버튼 또는 스위치로부터 쉽게 떨어지게 될 수 있고, 따라서 상기 장치의 성능을 열화(deteriorating) 시킬 수 있다.
본 발명의 목적은 스트레인 게이지 장치의 제조 방법, 스트레인 게이지 장치 및 그의 이용, 칭량 장치(weighing device), 및 레벨 지시 장치(level indicator device)를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 스트레인 게이지 장치의 제조를 가능하게 하는 방법 및 상기 스트레인 게이지 장치들을 내구성 있고 신뢰성 있게 작동하도록 하는 것이다.
본 발명의 목적은 각각의 독립항들에 의해 정의되는 방법, 스트레인 게이지 장치, 그의 이용, 및 칭량 장치, 및 레벨 지시 장치에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 스트레인 게이지 장치의 제조 방법이 제공된다. 상기 방법은 전자 컴포넌트들을 수용하기 위한 제1 기판, 바람직하게는 성형 가능한 기판 필름을 수득하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 스크린 프린팅 또는 잉크젯 프린팅과 같은 프린트된 전자 소자 방법에 의해, 상기 제1 기판 상에 스트레인 게이지를 프린트하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 바람직하게는 사출 성형을 사용하여, 상기 스트레인 게이지를 내장하는 몰딩 물질층을 몰딩하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 상기 프린트된 스트레인 게이지를 포함하는 상기 제1 기판을 열성형 또는 냉간 성형과 같은 성형 방법으로 성형하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 제2 기판, 바람직하게는 성형 가능한 제2 기판 필름을 수득하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 몰딩은 상기 제1 및 제2 기판들 사이에, 예를 들어 두 기판 필름들 사이에 상기 몰딩 물질층을 몰딩하는 단계를 포함한다.
상기 스트레인 게이지는 제1 스트레인 게이지일 수 있고, 상기 방법은, 상기 제2 기판 상에서 적어도 부분적으로 상기 제1 스트레인 게이지에 상응하는 위치에 적어도 하나의 제2 스트레인 게이지를 프린트하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 기판들, 예를 들어 제1 및 제2 기판 필름들 중 적어도 하나는 플렉시블할 수 있다.
상기 방법은 상기 제1 또는 제2 기판 상에 스트레인 게이지의 작동을 제어하는 제어 유닛을 마련하는 단계와, 프린트된 전자 소자 기술과 같은 기술에 의해서 상기 제어 유닛과 상기 스트레인 게이지 사이에 전기적 연결을 마련하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 몰딩은, 바람직하게는 상기 제어 유닛을 내장하도록 상기 몰딩 물질층을 몰딩하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 상에 용량형 센서의 용량형 센싱 부재들과 같은 용량형 센싱 장치를 마련하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 기판 필름은, 바람직하게는 0.1 μΩ/m 이상과 같은 높은 저항률을 갖는, 금속을 포함할 수 있다. 상기 방법은, 유전성(dielectric) 잉크로 유전층을 프린트하는 단계와 같은, 상기 제1 기판 상에 절연층을 제공하고, 상기 스트레인 게이지를 상기 절연층 상에 프린트하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 스트레인 게이지 장치가 제공된다. 상기 스트레인 게이지 장치는 기판 필름과 같은 제1 기판 상에 프린트된 스트레인 게이지를 포함하고, 상기 프린트된 스트레인 게이지는 몰딩 물질층에 내장된다.
상기 스트레인 게이지 장치는 적어도 3개의 프린트된 스트레인 게이지들을 포함할 수 있고, 상기 장치는 상기 적어도 3개의 프린트된 스트레인 게이지들을 기반으로 삼각법에 의해 상기 제1 기판에 적용되는 압력의 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에서 적용되는 압력이란 주위 영역들의 압력에 대한, 특정한 지점 또는 영역에서의 압력 편차를 의미한다. 예를 들어, 사용자 손가락의 누름 동작에 의한 작은 영역 상의 압력 상승을 의미할 수 있다.
상기 스트레인 게이지 장치는 성형 가능한 제2 기판 필름과 같은 제2 기판을 포함할 수 있는데, 상기 스트레인 게이지를 내장하고 있는 상기 몰딩 물질층이 상기 제1 기판 및 제2 기판들 사이에 마련된다.
상기 스트레인 게이지는 제1 기판 상의 제1 스트레인 게이지일 수 있고, 상기 장치는, 제2 기판 상에서 적어도 부분적으로 상기 제1 스트레인 게이지에 상응하는 위치에 프린트된 적어도 하나의 제2 스트레인 게이지를 포함할 수 있다.
상기 스트레인 게이지 장치는 상기 제1 기판 또는 제2 기판 상에, 상기 스트레인 게이지와 전기적으로 연결되는 제어 유닛을 포함할 수 있다.
상기 스트레인 게이지를 포함하는, 성형 가능한 기판 필름과 같은 상기 제1 기판은 3차원(3D) 형태로 성형될 수 있다.
상기 스트레인 게이지는 가열 부재로서 사용되도록 구성될 수 있다.
적어도 상기 제1 기판은 플렉시블할 수 있다.
상기 스트레인 게이지 장치는, 두 개의 용량형 센싱 부재들을 포함하는 것과 같이, 용량형 센싱 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 스트레인 게이지 장치는, 상기 용량형 센싱 장치가 제1 트리거(trigger) 신호를 제공하도록 구성되고, 상기 제1 트리거 신호에 대응하여 상기 스트레인 게이지의 저항이 모니터링되게 구성되도록 구성될 수 있다.
상기 스트레인 게이지 장치는 상기 스트레인 게이지의 저항이 모니터링되고 제1 트리거 신호를 발생하도록 구성되고, 상기 제1 트리거 신호에 대응하여 상기 용량형 센싱 장치가 모니터링되도록 구성될 수 있다.
상기 제1 기판은 다음으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하거나 본질적으로 상기 적어도 하나로 구성될 수 있다: 플라스틱, 고분자, 폴리카보네이트, 폴리카보네이트-아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리(메틸메타크릴레이트), 폴리이미드, 메틸메타크릴레이트와 스티렌 단량체의 공중합체(MS 수지), 폴리에틸렌테레프탈레이트, 목재, 가죽 직물. 다양한 구체예들에 따르면, 상기 기판은, 다음으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 천연 및 종종, 필수적이지는 않으나, 유기 재배된 물질을 포함하거나 본질적으로 상기 물질로 구성될 수 있다: 목재, 솔리드(solid) 목재, 베니어, 합판, 목피(bark), 나무 껍질(tree bark), 자작나무 껍질, (목피 세포의 코르크 조직층을 포함하는) 코르크, 천연 가죽, 및 (예를 들어, 천연 섬유를 직조하거나 편직하여, 또는 다른 방법으로 제조될 수 있는) 면, 울, 리넨, 실크 등과 같은 천연 직물(textile) 및 직조(fabric) 물질.
상기 제1 기판은, 바람직하게는 0.1 μΩ/m 이상과 같은 높은 저항률을 갖는, 얇은 금속층과 같은 금속을 포함할 수 있다. 상기 장치는 상기 제1 기판 상에 유전성(dielectric) 잉크로 프린트된 유전층과 같은 절연층을 더 포함할 수 있고, 상기 프린트된 스트레인 게이지는 상기 절연층 상에 구비될 수 있다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 핸드-온-오프(hands-on-off) 감지 센서가 제공된다. 상기 핸드-온-오프 감지 센서는 상기 제2 측면에 따른 스트레인 게이지 장치를 포함한다.
본 발명의 제4 측면에 따르면, 스티어링 휠(steering wheel) 제공된다. 상기 스티어링 휠은 상기 제3 측면에 따른 핸드-온-오프 감지 센서를 포함한다.
본 발명의 제5 측면에 따르면, 핸드-온-오프 감지 센서를 위한, 상기 제2 측면에 따른 스트레인 게이지 장치의 이용이 제공된다.
본 발명의 제6 측면에 따르면, 칭량 장치가 제공된다. 상기 칭량 장치는 상기 제2 측면에 따른 스트레인 게이지 장치를 포함한다.
본 발명의 제7 측면에 따르면, 칭량을 위한, 상기 제2 측면에 따른 스트레인 게이지 장치의 이용이 제공된다.
본 발명의 제8 측면에 따르면, 레벨 지시 장치가 제공된다. 상기 레벨 지시 장치는 상기 제2 측면에 따른 스트레인 게이지 장치를 포함한다.
본 발명의 제9 측면에 따르면, 레벨 지시를 위한, 상기 제2 측면에 따른 스트레인 게이지 장치의 이용이 제공된다.
본 발명의 유용성은 구체예에 따른 복수의 이슈들로부터 발생한다. 본 발명의 스트레인 게이지 장치는 기판 상에 스트레인 게이지 또는 스트레인 게이지들을 프린트함으로써 쉽게 제조될 수 있다. 또한, 상기 스트레인 게이지 및 그 저항 또는 저항률값과 같은 특성들은 특정 잉크를 사용하고, 그리고/또는 원하는 특성들을 가지도록 상기 스트레인 게이지를 기하학적으로 설계함으로써 쉽게 조절될 수 있다. 내장된 상기 스트레인 게이지에, 또는 그 상부에 물질층을 몰딩함으로써, 상기 스트레인 게이지가 외부 환경 및 방해들로부터 보호되고, 내구성을 가지며, 신뢰도 있게 작동할 수 있다. 또한, 상기 프린트된 스트레인 게이지 및 상기 몰딩 물질층의 조합을 사용하여, 상기 스트레인 게이지에 의해 변형(strain)으로서 감지될 힘 또는 압력이 작용하게 되는 표면에 상기 스트레인 게이지를 확실하게 연결(coupling)할 수 있다. 또, 상기와 같은 적절한 기계적 연결에 더하여, 상기 몰딩 물질층은 상기 힘을 상기 스트레인 게이지에 잘 전달하여, 상기 스트레인 게이지 장치가 상기 힘에 민감하게 될 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기한 특성들을 가지는 스트레인 게이지 장치들의 제조를 가능하게 할 뿐 아니라, 상기한 장점을 가지는 장치들을 제공한다.
용어 “제1”, “제2”, “제3” 등은 어떤 순서, 양, 또는 중요도를 나타내지 않으며, 하나의 요소를 다른 요소와 구별하기 위해 사용된다.
본 명세서에 나타나는 본 발명의 예시적 구체예들은 첨부된 청구항들의 적용 가능성에 제한을 두기 위한 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 명세서에서 “포함하다”는 언급되지 않은 특징들의 존재를 배제하지 않는 열린 한정으로 사용된다. 종속항들에 언급되는 특징들은 특별히 언급되지 않으면 서로 자유롭게 조합될 수 있다.
본 발명의 특성들로 간주되는 신규한 특징들은 첨부된 청구항들에 구체적으로 명시되어 있다. 그러나, 그 구조 및 작동 방법 및 그 이용들, 그리고 그 추가적인 목적들 및 장점들에 관한 본 발명 자체는 후술하는 구체적인 구체예들의 설명을 첨부되는 도면들과 함께 읽을 때 가장 잘 이해될 것이다.
본 발명의 구체예들은 아래에 간단하게 설명되어 있는 첨부 도면들에서 예시적 방법으로 도시되어 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 스트레인 게이지 장치를 도식적으로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른 스트레인 게이지 장치를 도식적으로 나타낸다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 여러 구체예들에 따른 스트레인 게이지들을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 구체예에 따른 스트레인 게이지 장치를 도식적으로 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 구체예에 따른 스트레인 게이지 장치를 도식적으로 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 구체예에 따른 스트레인 게이지 장치를 도식적으로 나타낸다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 여러 구체예들에 따른 스트레인 게이지 장치의 작동의 예시를 나타낸다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일부 구체예들에 따른 스트레인 게이지 장치들을 도식적으로 나타낸다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 일부 구체예들에 따른 스트레인 게이지 장치들을 도식적으로 나타낸다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일 구체예에 따른 스트레인 게이지 장치를 도식적으로 나타낸다.
도 12는 본 발명의 일 구체예에 따른 스트레인 게이지 장치를 도식적으로 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 구체예에 따른 칭량 장치를 도식적으로 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 구체예에 따른 레벨 지시 장치를 도식적으로 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 방법의 흐름도를 나타낸다. 시작(start-up) 단계로 지칭되는 단계(10)에서, 물질, 전기 접촉 패드들, 컨덕터들, 전자 소자들 및 커넥터들과 같은 컴포넌트, 및 도구의 선택, 수득, 교정 및 다른 설정들과 같은 필요한 작업들이 수행될 수 있다. 상기 개별 부재들 및 물질 선택들이 함께 수행되고, 선택된 제조 공정 및 구조체 또는 장치(arrangement)가 배치될 수 있는 가능한 최종 제품에서 견뎌낼 수 있도록 특별한 관리가 이루어져야만 하며, 이러한 관리는 제조 공정 사양 및 컴포넌트 데이터 시트를 기준으로, 또는 예를 들어, 생산된 시제품(prototype)을 조사하고 테스트함으로써 미리 확인하는 것이 당연히 바람직하다. 따라서 사출 성형과 같은 몰딩, 인-몰드 장식(IMD)/인-몰드 라벨링(IML), 코팅(lamination), 및/또는 특히, 스크린 프린팅 또는 잉크젯 프린팅을 사용하는 것과 같은 프린팅은 상기 단계에서 작동 상태로 준비될 수 있다.
단계(11)에서, 전자 소자들을 수용하기 위한 기판, 바람직하게는 성형 가능한 기판 필름 또는 시트가 얻어질 수 있다. 선택적으로, 단계(11) 이전 또는 상기 단계에서, 장식들, 그래픽 지시자들, 색상들 등이, 예를 들어 프린팅에 의해 상기 필름 상에 형성될 수 있다. 이는 생략되거나 상기 방법의 진행 상에서 순서가 바뀔 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 보호층과 같은 다른 층들이 상기한 특징부들과 함께 구비될 수 있다. 예를 들어, 스크린 프린팅 또는 잉크젯 프린팅이 적용될 수 있다. 장식적 또는 지시적(예를 들어, 명령적) 특징부들이 일반적으로 IMD/IML 호환 방법들을 이용하여 구비될 수 있다. 기성(ready-made) 기판 물질, 예를 들어 플라스틱 필름 롤이 얻어지고 선택적으로 코팅되거나, (처음부터 원하는 색상이 아닌 경우, 또는 예를 들어 최적 투명도 또는 반투명도를 가지고 있지 않은 경우) 착색되거나, 조각되거나, 돌출 가공되거나, 성형되는 등 가공될 수 있거나, 상기 기판 자체가 원하는 출발 물질(들)로부터 사출 성형과 같은 몰딩, 또는 다른 방법에 의해 처음부터 내부에서(in-house) 제조될 수 있다.
다양한 구체예들에서, 상기 기판은 성형 가능할 수 있다. 그것은 실질적으로 열성형 가능한 물질과 같은 성형 가능한 물질(들)로 구성되거나, 적어도 성형 가능한 층을 포함할 수 있다. 따라서, 초기에 잠재적으로 실질적으로 평면인, 예를 들어 시트형(xy-방향으로 훨씬 많이 연장되고, 두께 또는 z-방향 치수가 더 작고 본질적으로 일정한) 제1 기판은 몰딩 이전 또는 도중에, 원하는 형태, 예를 들어 돌기 또는 리세스 형태가 형성되어, 적어도 국부적으로 3차원(3D) 형태(두께가 변화하는, 즉 z 방향의 치수가 변화하는)를 나타내도록 열성형과 같은 적절한 성형 방법을 사용하여 성형될 수 있다.
제1 기판, 및 선택적인 제2 기판과 같은 물질층들은 각 사용 시나리오에 따른 요구 사항들에 따라 가공 및 성형될 수 있다. 그들은, 예를 들어 직사각형, 원형, 또는 정사각형의 일반적인 형태를 나타낼 수 있다. 그들은 다른 부재들과의 접착, 전기 및 예를 들어 관련 전력 또는 다른 신호들의 전도, 전자 소자들 또는 다른 컴포넌트들의 장착, 빛 또는 다른 방사선, 유체 등을 위한 통로 또는 얇아진 부분의 제공과 같은 다양한 목적을 위해, 선택적으로 다른 물질(들)로 채워진, 실질적으로 폐쇄(imperforate)되거나 리세스들, 노치들, 통로(via)들, 절개부들 또는 개구들을 포함할 수 있다.
플라스틱층(들) 또는 잠재적인 추가의 층들(페인트, 잉크, 필름(들) 등) 뿐만 아니라 상기 기판(들)은 원하는 색상 또는 그래픽 패턴들을 나타내도록 구성되어, 외부에서 인식 가능할 수 있다. 예를 들어, IML 공정들을 사용하여 상기 구조체에 내장된 그래픽들을 마련할 수 있다.
상기, 바람직하게는 성형 가능한, 필름(들) 또는 시트(들)과 같은 기판들은 플렉시블할 수 있다. 상기 기판들은, 예를 들어 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트/아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(PC/ABS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리이미드, 메틸메타크릴레이트와 스티렌 단량체의 공중합체(MS 수지), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 플라스틱/고분자, 또는 금속을 포함하거나 본질적으로 그것으로 구성될 수 있다. 상기 기판 필름(들) 또는 시트(들)은 목재, 가죽 또는 직물, 또는 상기한 물질들끼리 또는 상기한 물질들과 플라스틱 또는 고분자들, 또는 금속들과의 조합을 포함할 수 있다. 필름(들) 또는 시트(들)과 같은 상기 기판들은 성형되거나, 형성되거나, 코팅되는 등 추가로 가공될 수도 있다.
상기 기판들은 요철부 또는 그 표면에 대하여 돌기들, 융선들, 그루브들 또는 리세스들과 같은 형태들, 선택적으로 스루홀들(through holes)을 포함할 수 있다. 상기 특징부들은 컨덕터들, 전기 컴포넌트 등과 같은 부재들을 상기 기판(들)에 수용하거나 적어도 부분적으로 내장하는 데 사용될 수 있다. 유사한 특징부들이 상기 보호층에 존재할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 단계(11)에서, 두 개의, 바람직하게는 플렉시블한 필름들 또는 시트와 같은 기판들이 얻어질 수 있다. 상기 기판들은 서로 유사하거나 다를 수 있다. 둘 중 하나 또는 둘 모두는 전자 컴포넌트들 또는 컨덕터들 또는 예를 들어 패치들 또는 전자 접촉 패드들과 같은 전도성 영역들과 같은 전자 소자들을 수용하기 위한 것일 수 있다. 상기 기판들은, 예를 들어 (본래 평면 형태를 형성하는 다른 두 치수들에 비해 작은 치수의 제한된 두께를 가지는) 본질적으로 2차원 또는 평면의 시트형일 수 있다.
단계(12)에서, 스트레인 게이지 또는 스트레인 게이지들은 기판 또는 기판들에 프린트될 수 있다. 이것은 스크린 프린팅 또는 잉크젯 프린팅과 같은 어떠한 알려진 프린팅 방법의 사용을 수반할 수 있다. 상기 잉크는 투명하거나 어느 정도 투명하거나 불투명할 수 있는 전기 전도성 잉크인 것이 바람직하다.
상기 전도성 잉크의 특성들과 관련하여, 그것은 전기 전도성 물질 또는 물질들 및 바인더 물질 또는 혼합물, 그리고 (상기 프린팅 이후에 적절한 상황에서 증발하는) 용매와 같은 다양한 물질들을 포함하는 혼합물일 수 있다. 상기 전도성 물질은, 예를 들어 은, 탄소 또는 그래핀일 수 있다. 고분자 물질이 바인더로 사용될 수 있다. 프린팅에 의해 상기 스트레인 게이지를 제조하는 것은 적절한 잉크를 사용함으로써, 즉 상기 잉크 함량을 조절함으로써 상기 스트레인 게이지의 사용에 있어서 저항 및/또는 변형에 대한 저항 변화와 같은 적절한 물성들을 나타내도록 하는 장점이 있다. 예를 들어, 서로 다른 전도성 입자들의 함량들이 조절될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 예를 들어 바인더 함량에 대한 전도성 입자들의 함량비가 조절될 수 있다. 상기 함량들의 적절한 선택에 의하여, 상기 잉크의 전기 및/또는 기계적 물성이 원하는 대로 조절될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 사용되는 잉크는 소프트 잉크 물질이다. 당업자에게 알려진 소프트 잉크 물질을 사용함으로써, 예를 들어 상기 컨덕터들이 상기 구조체 자체를 보다 단단하게 하여, 상기 장치에 가해지는 힘 또는 압력에 의한 변형에 대해 스트레인 게이지가 덜 민감하게 되는 것을 방지할 수 있다. 단계(12)에서 스트레인 게이지 또는 스트레인 게이지들 및 접촉 패드들, 트레이스들, 패치들, 코일형 구조체들 또는 컨덕터들과 같은 부재들은, 바람직하게는 플렉시블한 필름 또는 필름들 또는 시트(들)과 같은 기판(들) 상의 원하는 위치 또는 위치들에, 예를 들어 프린팅에 의해 구비될 수 있고, 전자 컴포넌트들은 각각 적절한 장착 기술에 의해 부착될 수 있다. 이와 같이 하여, 플렉시블 프린팅 회로(FPC) 구조체가 형성될 수 있다. 상기 장착은, 예를 들어 원하는 기계적 및 전기적 연결을 형성 및 고정하는 접착제, 페이스트 및/또는 전도성 잉크를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 단계들(11, 12)은 구체예에 따라 반복적으로 또는 대안적으로 수행될 수 있고, 고유한 실행 단계들로 나누는 것은 항상 필요하지 않고 가능하지도 않을 수 있다.
스트레인 게이지 또는 스트레인 게이지들은, 바람직하게는 구리, 금속망, 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 그와 유사한 물질을 포함하는 것과 같은 전기 전도성 트레이스들, 패치들, 또는 면상 코일들일 수 있다.
단계(13)에서, 압공 성형에 의해서 또는 진공 또는 압력을 사용해서, 열성형 또는 냉간 성형과 같은 성형이 수행될 수 있다. 상기 성형 도중에, 상기 기판, 바람직하게는 성형 가능한 기판(들), 예를 들어 플렉시블 기판 필름은 몰드 구조를 사용하여 원하는 실질적으로 3D 형태로 성형될 수 있다. 성형될 기판(들) 상에 일부 전자 컴포넌트들이 배치되어 있는 경우, 그것들은 바람직하게는 성형 공정 중에 가장 큰 응력이 발생하는 위치들, 예를 들어 가장 큰 압력 또는 곡률의 위치들에 위치하지 않도록 배치되어 있어야 한다.
전자 소자들의 복잡한 3D 어셈블리를 방지하거나 적어도 경감하기 위하여, 성형은 제1 기판에 회로의 적어도 일부가 구비된 이후에 수행될 수 있다. 성형은 예를 들어 별도의 공정 단계로서, 예를 들어 사출 성형을 이용하여 그 상부에 적어도 부분적으로 오버몰딩되는 상기 기판 상의 플라스틱층 및 그 상부에 구비되는 회로의 몰딩 이전에 수행될 수도 있다. 그러나, 일부 구체예들에서, 성형은 몰딩과 연계하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 베니어 또는 합판과 같은 목재 기판들의 성형을 가능하게 하거나 또는 강화하기 위하여, 상기 기판은 먼저 연화(dampened)될 수 있다.
단계(14)에서, 필름 또는 필름들과 같은 기판들 상에 프린트되는 스트레인 게이지는 몰드 구조물에 의해 규정되는 공동(cavity) 내에 배치될 수 있다. 이것은 몰드 구조물을 사용하여, 기판이 두 개인 경우, 기판 필름들과 같은 기판들을 상기 몰드 구조물의 공동의 마주보는 면들에 배치하는 것에 의해 구현될 수 있고, 이후 상기 몰드 구조물은 공동 판들(cavity plates) 또는 몰드 부재들이 상기 몰드 공동을 형성하도록 접촉시키는 작업 등에 의해 몰딩을 위해 준비된다. 단계(14)에서, 예를 들어 열가소성, 열경화성, 탄성 물질, 고분자, 유기 복합 물질, 바이오 복합 물질, 유기물 또는 그래픽과 같은 혼합물 및 상기의 어떠한 조합과 같은, 바람직하게는 플라스틱 층이, 바람직하게는 사출 성형 기술을 이용하여 몰딩된다. 상기 물질층을 스트레인 게이지 상에 몰딩하는 것은 상기 스트레인 게이지와 상기 몰딩 물질층의 결합이 강하고 지속성 있게 됨으로써, (상기 스트레인 게이지의 저항 변화를 통해서) 변형으로 감지되도록 스트레인 게이지에 전달되는 힘의 전달을 위한 좋은 매체를 상기 몰딩 물질층이 제공하는 장점을 가진다.
상기 몰딩된 층은 일반적으로, 특히, 탄성 수지를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 몰딩된 층은 다음으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함하는 하나 이상의 열가소성 물질들을 포함할 수 있다: PC, PMMA, ABS, PET, 나일론(PA, 폴리아미드), PP(폴리프로필렌), TPU(열가소성 폴리우레탄), 폴리스티렌(GPPS) , TPSiV(열가소성 실리콘 가황물), 및 MS 수지. 일부 구체예들에서, 반응성 몰딩(reactive molding)과 같은 적절한 몰딩 방법과 함께 열경화성 물질들이 대안적으로 또는 추가적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 이후 기판들이 3D 형태 또는 형태들로 성형되는, 필름 또는 필름들과 같은 기판들이 상기 몰드 공동 내에 배치되었을 때 및 상기 몰딩 물질이 높은 압력을 사용하여 상기 공동에 주입될 때, 즉, 상기 중 하나 또는 둘 모두에서 단계들(13, 14)이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있다.
단계(19)에서, 방법의 수행이 종료된다. 상기 몰딩된 물질이 충분히 고형화(solidified)되면, 제조된 스트레인 게이지 장치가 몰드 구조물 밖으로 꺼내질 수 있다. 상기 고형화 시간은, 예를 들어 주입시 몰딩 물질의 온도에 의해 영향을 받을 수 있다. 기판에 프린트하고 상기 기판을 몰딩함으로써 스트레인 게이지(들)은 (예를 들어, 누름에 의한) 응력의 대상이 되는 상기 구조체에 단단하게 고정되고, 따라서 예를 들어 후적층(post-lamination)된 구조체들; 특히 스트레인 게이지들이 후적층된 표면(fascia) 부재 상에 위치한 경우에 비해 좋은 반응성을 가지게 된다.
몰딩 공정에서 발생하는 압력이 매우 높아 기존의 스트레인 게이지가 손상되거나 몰딩 물질이 상기 스트레인 게이지를 둘러싸고 압력을 가함으로 인해 적어도 변형에 대한 민감도를 상실할 수 있으므로, 기존의 스트레인 게이지들에 비해 프린트된 스트레인 게이지를 사용하는 것은 특히 바람직하다. 또한, 특히 몰딩 물질층의 감지될 압력을 받도록 의도되는 외부면에 대하여 반대쪽 면상의 제2 기판 상에 프린트될 때, 상기 스트레인 게이지의 상부에 별도의 플라스틱 층 또는 적층된 층들을 사용하는 경우에 비해 상기 스트레인 게이지의 상기 외부면에 기계적으로 더 잘 결합된다. 더 강한 결합력은, 적층된 구조체를 사용하는 경우에 비해, 상기 몰딩 물질층의 반대쪽 외부면에 작용하는 압력이 상기 몰딩 물질층을 통해 상기 스트레인 게이지에 더 잘 전달되는 효과를 가진다.
다양한 구체예들에서, 기판(들)은 다음으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 천연 및 종종, 필수적이지는 않으나, 유기 재배된 물질을 포함하거나 본질적으로 상기 물질로 구성될 수 있다: 목재, 솔리드 목재, 베니어, 합판, 목피, 나무 껍질, 자작나무 껍질, (목피 세포의 코르크 조직층을 포함하는) 코르크, 천연 가죽, 및 (예를 들어 천연 섬유를 직조하거나 편직하여, 또는 다른 방법으로 제조될 수 있는) 면, 울, 리넨, 실크 등과 같은 천연 직물 또는 직조 물질. 명확하게 하기 위하여, 상기한 옵션들 중 일부는, 예를 들어 목재 및 베니어 또는 합판에 대하여 중복되거나 동시에 존재할 수 있다. 다양한 구체예들에서, 제1 기판은 유기물, 생물학적 물질, 바이오 물질들 또는 그와 유사한 물질들 또는 상기 물질들의 임의의 조합, 및 잠재적으로 다른 물질(들), 선택적으로 탄소-기반 물질(들) 및/또는 다양한 플라스틱과의 조합을 포함하거나, 적어도 주로 상기 물질들로 구성될 수 있다. 목재 기판의 경우, 래커(lacquer)층 또는 추가의 몰딩 물질층이 상기 목재 기판의 표면에 구비될 수 있다. 추가의 몰딩 물질층들은, 본 발명의 다양한 구체예들에서, 상기 기판에 사용되는 다양한 물질들 상에 구비될 수 있다.
다양한 구체예들에서, 목재, 직물, 가죽 또는 다른 유기, 천연 기반 층과 같은 제1 기판 또는 적어도 그 일부가 약 수(예를 들어 2~6) mm, 보다 바람직하게는 약 1 mm, 더 바람직하게는 0.5 mm, 가장 바람직하게는 0.3 mm 미만의 두께를 가질 수 있다. 상기 제1 기판이 예를 들어 상기한 직물, 가죽 또는 예를 들어 베니어 또는 합판의 목재층 및 적어도 하나의 예를 들어 플라스틱 물질(예를 들어, 열가소성 필름과 같은 플라스틱 필름)의 추가층을 포함할 때, 기판 구조체의 전체 두께는 기판 두께에 따라 적어도 국부적으로 상기한 두께 한정 이내, 또는 그보다 약간 더 큰, 전형적으로 1~2 mm 더 큰 수준으로 유지될 수 있다. 스트레인 게이지의 기능적 특성들은 (본 명세서에 설명된 바와 같이) 프린팅에 사용되는 잉크 특성들, 상기 스트레인 게이지의 기하학 및/또는 크기, 기판 물질, 상기 스트레인 게이지의 컨덕터 길이, 너비 및 두께, 및 따라서 상기한 특성들 중 둘 이상의 조합, 상기 스트레인 게이지의 저항 또는 상기 스트레인 게이지 부재들의 저항률에 영향을 받을 수 있다. 상기한 특성들은 단독으로 또는 조합되어 적용되는 변형/압력/힘에 대해 상기 스트레인 게이지의 저항이 어떻게 변화하는지에 영향을 미칠 수도 있다.
스트레인 게이지는 상기 스트레인 게이지의 단말들을, 예를 들어 별도의 아날로그-디지털(AD) 컨버터 또는 마이크로컨트롤러에 포함된 AD 컨버터일 수 있는 AD 컨버터를 통해, 마이크로컨트롤러와 같은 제어 유닛에 연결함으로써, 상기 스트레인 게이지가 압력을 감지하는 데 사용될 수 있다. 상기 마이크로컨트롤러 및/또는 상기 AD 컨버터는 상기 스트레인 게이지의 특성들, 예를 들어 저항을 기반으로 선택될 수 있다. 반면, 스트레인 게이지는 상기 스트레인 게이지가 작동하기 위하여 사용되는 마이크로컨트롤러 및/또는 AD 컨버터의 특성들을 고려하도록, 예를 들어 임피던스와 같은 전기 파라미터들을 맞추도록 상기 스트레인 게이지의 적절한 기하학 또는 치수가 설계될 수 있으며, 따라서 별도의 증폭기가 필요 없이, 단순한 마이크로컨트롤러가 상기 스트레인 게이지를 작동시키기에 충분하다.
스트레인 게이지 또는 스트레인 게이지들은 상기 스트레인 게이지(들)의 단말들에 적용되는 여기 전압(excitation voltage)을 사용하여 감지 장치로서 사용될 수 있다. 상기 여기 전압은, 예를 들어 5V 또는 12V의 전압을 출력하는 임의의 적절한 전압원(voltage source)으로부터 적용될 수 있다. 저항 변화는, 예를 들어 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge) 구조체 또는 상기 스트레인 게이지의 저항 변화를 측정하기 위하여 일부 구조체의 저항들 사이의 불균형을 측정하는 다른 어떠한 적절한 구조체에 의해 감지될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따른 스트레인 게이지 장치의 스트레인 게이지는, 예를 들어 적절한 치수들에 의해 어떠한 저항 값도 나타내고, 따라서, 휘트스톤 브리지 구조체와 같은 측정 구조체에 포함되는 특정 저항들과 관련되어 사용되도록 쉽게 설계될 수 있다.
상기 스트레인 게이지는 기계적 변형에 대한 전기 저항의 변화의 비율인 게이지 또는 변형 계수(strain factor)를 결정함으로써 상기 장치의 압력을 감지하는 데 사용될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 0.01~0.2의 변형 계수, 즉 기계적 변형에 대한 전기 저항의 상대적 변화가 상기 장치에 대한 압력의 존재를 결정하는 데 사용될 수 있다.
상기 스트레인 게이지 장치와 연관되어 포함되거나 배치되는 측정 장치(arrangement) 또는 시스템은, 바람직하게는 적어도 하나의 처리 유닛 또는 프로세서를 포함하는 제어 유닛 또는 마이크로컨트롤러를 포함한다. 상기 제어 유닛은 사용자의 손가락과 같은 외부 객체에 의해 상기 스트레인 게이지에 가해지는 변형을 측정하도록 구성되거나, 또는 대안적으로 상기 스트레인 게이지가 상기 구조체에 존재하는 변형을 측정하여 모든 변화를 감지하도록 구성될 수 있다. 상기 스트레인 게이지의 저항값은 지속적으로 측정될 수 있고, 상기 장치가 누름 버튼 또는 스위치로 사용되면, 상기 동작은 저항값이 문턱값을 초과하거나 문턱값 미만일 때 수행될 수 있다. 또한, 상기 문턱값은 상기 스트레인 게이지의 노화, 또는 “크리프(creeping)”에 따른 온도와 그 저항값을 기반으로 조정될 필요가 있을 수 있다. 상기 저항값 및/또는 변형에 대한 그 변화는 정기적으로, 무작위적으로, 또는 필요시에 교정될 필요가 있을 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 장치의 작동은 저항값의 순간값을 측정함으로써 감지되는 것을 기반으로 할 수 있다. 또한, 상기 순간값은 인간의 누름 동작의 시간 범위 또는 주파수 범위 모델과 비교하여 특성화될 수 있다. 이는 상기 모델에서 정의하는 것 및 증가하는 변형의 측정된 신호 지속 시간 및/또는 상기 측정된 저항의 상승 및/또는 하강 에지(즉, 변형)의 특정한 기울기들 및/또는 지속 시간들을 모니터링하는 것을 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 스트레인 게이지 장치(20)를 도식적으로 나타낸다. 먼저, 단계(201)에서 전자 컴포넌트들을 수용하기 위한, 바람직하게는 성형 가능할 수 있는 평면 기판과 같은 제1 기판(21A)이 얻어질 수 있다. 이후 바람직하게는 스크린 프린팅 또는 잉크젯 프린팅과 같은 프린팅에 의하여, 상기 제1 기판(21A)상에 스트레인 게이지(22)가 마련될 수 있다. 다음으로, 단계(202)에서, 상기 스트레인 게이지가 수용된 제1 기판(21A)의 스트레인 게이지(22)가 몰딩 물질층(23)으로 오버몰딩되거나 내장된다. 이는 사출 성형과 같은 몰딩 장치를 사용하여 수행된다. 상기 몰딩 물질층(23)의 다른 모서리들(27)은, 예를 들어 상기 몰딩 장치의 몰딩 공동 또는 그 몰드 구조물들에 의해 규정될 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 것과 같이 마이크로컨트롤러(25)와 같은 제어 유닛(25)이 상기 스트레인 게이지(22)와 전기적 연결(26)되어 마련될 수 있다. 상기 마이크로컨트롤러(25)는 상기 제1 기판 필름(21A) 상에 마련되므로, 역시 상기 몰딩 물질층(23) 또는 예를 들어 상기 몰딩 물질층(23) 외부의 다른 위치에 내장될 수 있다.
본 발명의 다양한 구체예들에 따른 스트레인 게이지 장치(20)는 하나 이상의 스트레인 게이지(22)를 포함할 수 있다. 상기 스트레인 게이지(22)는 제1 기판 필름(21A) 상에 병렬적으로 프린트될 수 있다. 그러나, 상기 스트레인 게이지(22)는, 대안적으로 또는 추가적으로, 하나의 스트레인 게이지(22)가 상기 제1 기판 필름(21A) 상에 구비되고, 다른 하나의 스트레인 게이지(22)는, 예를 들어 프린팅에 의해 둘 사이에 마련되는 전기 절연성 물질을 개재하여, 상기 하나의 스트레인 게이지(22) 위에 프린트될 수 있다. 상기 전기 절연성 물질은, 상기 전기 절연성 물질 상의 하나의 스트레인 게이지(22)의 대응 부분들에 다른 하나의 스트레인 게이지(22)를 프린트하기 전에, 상기 전기 절연성 물질을 상기 하나의 스트레인 게이지(22) 상에, 예를 들어 프린팅에 의해, 구비될 수 있다. 따라서, 하나의 위치에 수 개의 스트레인 게이지들(22)이 있어, 해당 위치에서의 변형 또는 적용되는 압력/힘을 개별적으로 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 또한, 상기 스트레인 게이지(22)에 가해지는 힘이 변형으로 감지되도록 하기 위하여, 리세스들 및 돌기들이 사용될 수 있다. 리세스들 및 돌기들은, 예를 들어 스트레인 게이지(22)가 버튼 또는 스위치의 일부로 사용될 때, 예를 들어 버튼 또는 슬라이더의 위치를 지시하는 데 사용될 수 있다. 또, 상기 리세스들 및/또는 돌기들은 시각 장애가 있는 사용자에게 유리할 수 있다.
본 발명의 다양한 구체예들에 따르면, 스트레인 게이지 장치(20)는 스트레인 게이지(22)에 의해 측정된 변형의 크기가, 예를 들어 사용자 명령의 강도를 지시하는 데 사용될 수 있도록 구성될 수 있다. 상기 장치(20)는, 예를 들어 차량 창문을 올리고 그리고/또는 내리는 액추에이터를 제어하도록 구성될 수 있다. 상기 액추에이터는, 종종, 필수적이지는 않으나, 적용되는 압력을 감지하는 스트레인 게이지 장치(20)에 대응하여 상기 창문을 내리거나 올리기 시작할 수 있다. 그러나, 상기 스트레인 게이지 장치(20)에 의해 측정된 변형의 크기는 상기 창의 승강 속도를 제어하는 데에 추가적으로 사용될 수 있다. 따라서, 변형의 유무는 명령을 스위치하는 데 사용될 수 있고, 측정된 크기는 수행되는 동작의 증가 또는 강도를 나타내는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 다양한 구체예들에 따르면, 스트레인 게이지(22)는 가열 부재로 사용될 수 있다. 상기 구체예들에서, 스트레인 게이지(22)는 원하는 온도값을 견디도록 설계되거나 상기 스트레인 게이지(22)의 온도를 올리기 위하여 상기 스트레인 게이지(22)에 공급되는 전력이 상기 스트레인 게이지(22)를 손상시키지 않을 정도로 충분히 낮게 유지되어야 한다. 상기 가열 부재는, 예를 들어 상기 스트레인 게이지(22)가 핸드-온-오프 감지에도 사용되는 스티어링 휠(steering wheel), 즉, 사용자의 손 또는 양손이 실제로 스티어링 휠 상에 있는지를 감지하는 데 사용될 수 있다.
스트레인 게이지(22)의 저항은 온도에 따라 달라질 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따라, 스트레인 게이지(22)의 저항에 미치는 온도의 영향은, 예를 들어 스트레인 게이지(22)에 영향을 미치는 온도를 기반으로 상기 스트레인 게이지(22)에 적용되는 여기 전압의 수준을 변화시킴으로써 보상될 수 있다. 이는, 예를 들어 마이크로컨트롤러 또는 AD 컨버터 또는 전압원 중 어느 것이 상기 여기 전압을 제공하는 데 사용되더라도, 온도를 기반으로 상기 스트레인 게이지(22)의 여기 전압을 조정하도록 구성함으로써 구현될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 온도 보상은 스트레인 게이지(22)로부터 이격되는, 바람직하게는 그 위에 상기 스트레인 게이지(22)가 프린트되어 있는 것과 같은 기판 또는 유사한 기판 상에, 기준 저항기를 구비하고, 상기 기준 저항기를 몰딩 물질층(23)으로 오버몰딩함으로써 구현될 수 있으며, 따라서 상기 기준 저항기의 온도 거동은 본질적으로 상기 스트레인 게이지(22)의 온도 거동과 유사하다. 그러므로, 이는 상기 스트레인 게이지(22)의 온도 보상에 이용될 수 있다. 상기한 기준 저항 자체가 스트레인 게이지(22)일 수도 있다. 온도 보상에 하나 이상의 기준 저항기가 사용될 수 있다.
스트레인 게이지(22)의 온도 효과는 온도 센서를 개발하는 데 사용될 수도 있다. 이를 위하여 특정한 기준 온도에서 저항값을 교정(calibrating)하고, 제어 시스템 또는 제어 유닛이 스트레인 게이지(22)의 온도 거동을 기반으로 상기 스트레인 게이지(22)에 영향을 미치는 온도를 결정하도록 구성하는 것이 필요할 수 있다. 또한, 변형/압력/힘이 스트레인 게이지(22)의 저항을 변화시킬 수 있다는 사실 때문에, 정확한 온도 결정을 제공하기 위해 상기 스트레인 게이지(22)에 적용되는 압력이 무시할 수 없는 경우를 감지할 필요가 있을 수 있다.
일 구체예에 따르면, 온도 보상을 위해, 외부 온도를 측정하여 제어 유닛 또는 별도의 온도 보상 시스템에 입력하는 등의 별도의 온도 측정이 사용될 수도 있다.
스트레인 게이지(22)가 프린트된 일부 기판들에서, 상기 스트레인 게이지(22)의 저항에 대한 온도의 영향은 적어도 일부 온도 범위에서 본질적으로 선형적(linear)이다. 그러나, 일부 기판들에서 상기 효과는 비-선형적일 수 있다. 예를 들어, 온도 측정부, 마이크로컨트롤러 및 선택적으로 여기 전압원을 포함하는 제어 유닛 또는 온도 보상 시스템은 상기 스트레인 게이지(22)가 위치될 예정이거나 구비되어 있는 사용되는 기판에 대한 적절한 보상 전압을 제공하도록 구성될 수 있다.
상기 온도 보상 및 상기 스트레인 게이지를 가열 부재 또는 온도 센서로 사용하는 것은 도 3 내지 도 14에 도시된 구체예에서 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른 스트레인 게이지 장치(20)를 도식적으로 나타낸다. 도 2에 나타난 단계(201)과 본질적으로 유사한, 단계(301)에서, 스트레인 게이지를 수용한 기판(21A)은 이후, 열성형 또는 냉간 성형, 진공 성형, 압공 성형 또는 예를 들어 성형 프레스 또는 기압을 이용하는 고압 성형 등으로, 바람직하게는 단계(302)에서 보여지는 3D 형태를 가지도록 성형될 수 있다. 단계(303)에서, 스트레인 게이지를 수용하는 기판(21A)의 스트레인 게이지(22)는 몰딩 물질층(23)으로 오버몰딩되거나 내장될 수 있다. 이는 사출 성형과 같은 몰딩 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 상기 몰딩 물질층(23)의 다른 모서리들(27)은, 예를 들어 상기 몰딩 장치의 몰딩 공동 또는 그 몰드 구조물들에 의해 규정될 수 있다. 도시된 것과 같이 상기 스트레인 게이지 장치(20)는 성형에 의해 3차원 형태를 나타낸다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 제1 기판(21A) 및 제2 기판(21B)은, 바람직하게는 얇은 금속 필름 또는 시트일 수 있다. 스트레인 게이지(22)는 상기 금속 필름 또는 시트에 프린트되고, 몰딩 물질층(23)으로 오버몰딩될 수 있다. 그러나, 상기 제1 기판 상에 유전성 잉크로 유전층을 인쇄하는 등의 방법으로 절연층이 제공되는 것이 바람직할 수 있고, 상기 스트레인 게이지(22)는 이후 상기 절연층상에 프린트될 수 있다. 상기 스트레인 게이지(22)는 금속 필름 또는 시트에 적용되는 압력을 모니터링하고, 센싱 또는 감지하는 데 사용될 수 있는데, 예를 들어 용량형 센싱 장치가 상기 금속 필름 또는 시트의 비교적 높은 전도성 때문에 제대로 작동하지 않을 수 있다. 상기 금속 필름 또는 시트는, 바람직하게는 상기 금속 필름 또는 시트가 구부러지면 그에 따라 구부러져서, 스트레인 게이지(22)를 구부리도록 구성되어야 한다. 일부 구체예들에서, 상기 금속 필름 또는 시트는, 따라서 예를 들어 사용자의 손가락 또는 팔로 힘을 적용하면 구부러지도록 구성될 필요가 있다. 그러나, 일부 어플리케이션들에서, 스트레인 게이지(22)는 상기 금속 필름 또는 시트가 정상 상태에서 발생할 수 없는 변형을 모니터링하는 데 이용될 수 있으며, 객체 또는 장치 손상의 지시(indication)를 제공할 수 있다. 일 구체예에 따르면, 제1 기판(21A)은 금속 필름 또는 시트와 같은 금속이고, 스트레인 게이지(22) 및 선택적으로 다른 전자 컴포넌트들은, 예를 들어 전자 소자들을 수용하는 기판 필름인 제2 기판(21B)에 배치된다.
일 구체예에 따르면, 제1 기판 필름(21A) 및/또는 추가의 기판 필름들은, 전도성 잉크를 포함하는 스트레인 게이지(22)의 작동을 가능하게 하도록, 바람직하게는 0.1 μΩ/m 이상과 같은, 높은 저항률을 가지는, 바람직하게는 얇은, 금속 필름 또는 시트와 같은 금속을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 높은 유전율 또는 전도도를 가질 수 있는 제1 기판 또는 추가의 기판 상에 그래픽스가 구비되어, 용량형 센싱 장치의 사용이 어려울 수 있다. 이 경우, 본 발명의 일 구체예에 따른 스트레인 게이지 장치(20)가 특히 유리할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 여러 구체예들에 따른 스트레인 게이지들(22)을 도식적으로 나타낸다. 도시된 것과 같이, 스트레인 게이지(22)는 다양한 형태들 중 하나를 가지도록 제조될 수 있다. 도 4a 내지 도 4d에는 4개의 예시들만 도시되어 있지만, 스트레인 게이지(22)가 도면들에 도시된 것과 다른 형태를 나타낼 수 있다는 것은 분명하다. 상기 스트레인 게이지(22)의 단말들은, 바람직하게는 예를 들어 역시 프린트될 수 있는 전기 컨덕터들(41)에 연결될 수 있다. 또한, 예를 들어 프린팅 또는 다른 수단들에 의하여 전기 컨덕터들을 상기 스트레인 게이지(22)에 연결하는 접촉 패드들(42)이 구비될 수 있다. 도 4a와 도 4b는 직사각형 형태의 스트레인 게이지(22)를, 도 4c와 도 4d는 원호 형태의 스트레인 게이지(22)를 도시한다. 도시된 것과 같이, 원호형 스트레인 게이지(22)는 도 4c의 스트레인 게이지(22)의 전도성 스트립이 지그재그 패턴을 닮아 있고, 도 4d에서 상기 패턴은 원호들 및 스트레인 게이지(22)를 형성하는 연결부들을 포함한다는 점에서 서로 다르다.
상기 스트레인 게이지 장치(20)의 기하학은 적용되는 압력의 감지 오류를 최소화하거나 적어도 줄일 수 있도록 선택될 수 있다. 몰딩 물질층(23)은, 예를 들어 두 개의 서로 다른 부재들 및/또는 물질들로 구성되거나, 상기 장치의 서로 다른 부재들을 서로 분리하기 위하여 두 부재들 사이에 스페이서를 포함할 수 있으므로, 서로 다른 스트레인 게이지들(22) 또는 스트레인 게이지들(22)의 세트들에 의해 모니터링되는 압력 감지 영역들을 생성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 구체예에 따른 스트레인 게이지 장치(20)를 도식적으로 나타낸다. 단계(501)에서 전자 컴포넌트들을 수용하기 위한, 바람직하게는 성형 가능할 수 있는 평면 기판들과 같은 제1 기판(21A) 및 제2 기판(21B)이 얻어질 수 있다. 이후 상기 기판들(21A, 21B) 중 하나의 기판 상에 스트레인 게이지(22)가 마련될 수 있다. 다음으로, 단계(502)에서, 상기 스트레인 게이지가 수용된 기판, 이 경우 제1 기판 필름(21A)의 스트레인 게이지(22)는, 상기 제1 기판(21A) 및 제2 기판(21B) 사이에 몰딩 물질층(23)을 몰딩함으로써, 상기 몰딩 물질층(23)으로 오버몰딩되거나 내장될 수 있음이 도시된다. 이는 사출 성형과 같은 몰딩 장치를 사용하여 수행된다. 상기 스트레인 게이지 장치(20)는 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 제2 기판(21B) 상에 (적어도 두 개의 스트레인 게이지들(22)을 포함하는 장치(20)로서) 마련될 수도 있다는 것을 인지할 필요가 있다.
또한, 상기 제1기판 (21A) 및 제2 기판(21B)은 컨덕터들, 전자 소자들, 트레이스들, 패드들, 패치들 등의 다른 전자 컴포넌트들(61)을 포함할 수 있다. 일부 구체예들에 따르면, 마이크로컨트롤러(25)와 같은 제어 유닛(25)은 상기 스트레인 게이지(22)와 다른 기판에 마련될 수 있다. 이후 전기적 연결(26)은 몰딩 물질층(23)을 통해 연장될 수 있다.
본 발명의 다양한 구체예들에 따르면, 제1 기판(21A)은 상기 장치(20)의 외부 모서리에 마련되며, 이는 상기 장치(20)에 의해 감지될 압력이 상기 장치(20)의 측면, 즉 제1면으로부터 적용되거나 가해질 것으로 예측된다는 의미이다. 전형적으로 온도는 금속의 저항률에 영향을 미치므로, 스트레인 게이지(22) 역시 상술한 바와 같이 온도 변화에 영향을 받을 수 있다. 따라서, 상기 스트레인 게이지(22)를 제2 기판(21B)에, 즉 상기 몰딩 물질층(23)에 의해 상기 장치(2)의 상기 제1면으로부터 절연된 위치에 마련함으로써, 상기 제1면에서 스트레인 게이지(22)의 작동에미치는 온도의 영향이 최소화되거나 적어도 경감된다. 따라서, 상기 몰딩 물질층(23)은 그 외부 온도 또는 상기 장치, 특히 상기 장치의 제1면에 접촉되거나 인접한 어떠한 객체의 온도로부터 상기 스트레인 게이지(22)를 단열시킨다.
도 6은 본 발명의 일 구체예에 따른 스트레인 게이지 장치(20)를 도식적으로 나타낸다. 단계(601)은 도 5에 나타난 단계(501)과 본질적으로 유사하다. 단계(602)에서 적어도 상기 스트레인 게이지를 수용한 기판은 열성형 또는 냉간 성형, 진공 성형, 압공 성형 또는 예를 들어 성형 프레스 또는 기압을 이용하는 고압 성형 등으로, 바람직하게는 3차원 형태를 가지도록 성형될 수 있다. 바람직하게는, 단계(602)에서 제1 기판(21A) 및 제2 기판(21B) 모두가 성형될 수 있다. 단계(603)에서, 스트레인 게이지를 수용하는 기판의 스트레인 게이지(22)는, 제1 기판(21A) 및 제2 기판(21B) 사이에 몰딩 물질층(23)을 몰딩함으로써, 몰딩 물질층(23)으로 오버몰딩되거나 내장될 수 있음이 도시된다. 이는 사출 성형과 같은 몰딩 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 도시된 것과 같이 상기 스트레인 게이지 장치(20)는 상기 성형에 의해 3차원 형태를 나타낸다. 마이크로컨트롤러(25)와 같은 상기 제어 유닛(25)은 상기 스트레인 게이지(22)와 다른 기판에 마련될 수 있다. 이후 전기적 연결(26)은 상기 몰딩 물질층(23)을 통해 연장될 수 있다.
물질 선택에 있어서, 제2 기판(21B)은 다음으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질로 실질적으로 구성되거나 상기 물질을 포함할 수 있다: 고분자, 열가소성 물질, PMMA, PC, 폴리이미드, MS 수지, 유리, PET, 탄소 섬유, 유기 물질, 바이오 물질, 가죽, 목재, 직물, 직조물, 금속, 및 그와 유사한 물질. 상기 사용되는 물질(들)은 적어도 국부적으로 전기 전도성이거나, 보다 전형적으로는 절연성일 수 있다. 또한, 그 광학 특성들은 불투명/투명도, 투과도 등에 관하여 구체예에 따라 달라질 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 구체예에 따른 스트레인 게이지 장치(20)를 도식적으로 나타낸다. 제2 기판(21B) 상에 프린팅 등에 의해 구비되는 스트레인 게이지(22)는 제1 기판(21A) 상에도 구비될 수 있다. 상기 장치(20)는 제1 용량형 센싱 부재(71)와 제2 용량형 센싱 부재(72)를 포함하는 용량형 센싱 장치(70)를 더 포함할 수 있다. 상기 용량형 센싱 부재들(71, 72)은, 예를 들어, 평면 전도성 부재들 또는 “패치들”일 수 있다. 도 7에 나타난 구체예에 따르면, Rx 전극과 같은 제1 용량형 센싱 부재들(71)은 제1 기판(21A) 상에 프린트되거나, 기성 컴포넌트로 배치될 수 있다. Tx 전극과 같은 제2 용량형 부재(72)는 제2 기판(21B) 상에 프린트되거나, 기성 컴포넌트로 배치될 수 있다. 상기 스트레인 게이지(22)는, 예를 들어, 상기 제2 용량형 부재(72)와 평행하게 배치되거나, 상기 부재(72)가 직사각형 또는 원과 같은 폐쇄 형태를 갖는 경우, 상기 제2 용량형 부재(72)에 의해 둘러싸이도록 배치될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 프린트된 스트레인 게이지(22)는 상기 용량형 센싱 장치의 전극으로 사용될 수 있다. 추가의 구체예들에 따르면, 용량형 센싱 부재들(71, 72)은 스트레인 게이지(22) 또는 스트레인 게이지들(22)과 같은 기판 또는 평행한 평면, 즉 다른 위치에 배치되거나, 또는 상기 스트레인 게이지(22)와 다른 기판의 다른 위치에 또는 나란히 배치될 수 있다. 상기 스트레인 게이지(22)가 누름 버튼의 일부로 사용되는 경우, 상기 용량형 센싱 장치(70), 또는 상기의 적어도 하나의 센싱 부재(71, 72)가 같은 버튼에 위치하여 스트레인 게이지(22)가 용량형 센싱 부재들(71, 72) 중 하나로 기능할 수도 있다. 도 7에 나타난 스트레인 게이지 장치(20), 또는 유사한 종류의 장치(20)는, 상기 용량형 센싱 장치(70)로부터의 정보의 감지 장치로 사용될 수 있고, 상기 스트레인 게이지 장치(20)는 적용되는 압력 또는 “터치”를 감지하는 데 사용될 수 있다. 일례에 따르면, 상기 용량형 센싱 장치(70)의 측정은, 예를 들어 측정 또는 압력 감지 시스템에서 제1 문턱값을 초과할 때 제2 트리거로 사용되거나, 제1 트리거 신호를 제공하는 데 사용될 수 있다. 상기 시스템은 제1 트리거를 수신한 이후에만 상기 스트레인 게이지(22)의 출력을 측정하기 시작하도록 구성되어, 상기 스트레인 게이지(22)가 상기 용량형 센싱 장치(70)의 측정을 확인하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 상기 스트레인 게이지(20)에 의한 감지의 확인에 의해 상기 용량형 센싱 장치(70)의 측정 오류를 효과적으로 회피할 수 있다. 또한 상기 스트레인 게이지(22)는 패시브하게 유지되어 상기 용량형 센싱 장치(70)에 의해 제1 트리거가 감지되지 않는 한 전력을 소모하지 않는 점 역시 장점이다. 다른 예에 따르면, 스트레인 게이지(22)는 제1 트리거를 감지 또는 측정하는 측정 또는 센싱 시스템에 사용될 수 있고, 이후 용량형 센싱 장치(70)가 스트레인 게이지(22)의 측정 결과를 확인하거나 확정하는 데 사용될 수 있다. 상기 용량형 센싱 장치(70) 및 상기 스트레인 게이지(22)가 누름의 존재를 지시한 이후에만, 즉, 충분한 압력이 적용되었을 때만, 예를 들어 특정한 버튼 또는 특정한 지점의 누름에 의해, 그 의도된 동작이 수행될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 용량형 센싱 장치(70)는 사용자의 손 또는 손가락, 또는 상기 용량형 센싱 장치(70)가 반응하도록 하기 위해 사용되는 객체의 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 결정된 위치는 스트레인 게이지(22)를 활성화하는 데, 즉 상기 용량형 센싱 장치(70) 에 의해 결정된 위치를 기반으로 상기 스트레인 게이지(22)의 저항을 측정하고, 그리고, 따라서 상기 손 또는 객체의 위치를 확인하며, 선택적으로 명령이 상기 사용자에 의해 내려진 것인지를 결정하는 데 사용될 수 있다. 그러면 상기 시스템은 상기와 같은 명령 관련 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 스트레인 게이지 장치들(20)이 타겟 장치 또는 시스템 내에 배치된 경우, 그 중 하나 또는 일부만이 상기 용량형 센싱 장치(70)의 측정을 기반으로 활성화될 수 있다. 이는, 나머지 활성화되지 않은 스트레인 게이지들(22)이, 예를 들어 전력을 소모하지 않는다는 장점이 있다. 다른 구체예에 따르면, 하나 또는 수 개의 스트레인 게이지(22)가, 예를 들어 사용자 인터페이스 상의 사용자의 손가락의 위치를 결정하도록 매칭 및 구성될 수 있고, 용량형 센싱 장치(70)는 그 위치를 확인하고 그리고/또는 그 사용자가, 예를 들어 누르는 동작에 의하여 내린 명령을 수신하는 데 사용될 수 있다.
스트레인 게이지(22) 및 용량형 센싱 장치(70)를 사용하는 본 발명의 일 구체예에 따른 스트레인 게이지 장치(20)의 동작의 예시들은 도 8a및 도 8b에 도시되어 있다.
도 8a에서, 시작 단계로 지칭되는 단계(80A)에서, 적어도 하나의 스트레인 게이지 또는 수 개의 스트레인 게이지들(22) 및 하나 또는 수 개의 용량형 센싱 장치(70)로 구성되는 스트레인 게이지 장치(20)가 얻어지고 사용되도록 구성될 수 있다. 단계(81A)에서, 용량형 센싱 장치(70)는, 예를 들어 스트레인 게이지 장치(20)와 연결된 제어 유닛(25)에 의해, 상기 용량형 센싱 장치(70)의 커패시턴스가 변화하는지를 감지하고, 만일 그렇다면, 상기 커패시턴스 변화 특성들을 결정하도록 제어될 수 있다. 상기 커패시턴스 변화 특성들은 이후 사용자의 단계(82A)에서, 사용자의 손가락과 같은 객체의 위치(location) 또는 상태(position)를 결정하는 데 사용될 수 있다. 상기 위치 또는 상태는 용량형 센서들에서 사용되는 알려진 방법들에 의해 결정될 수 있다. 이후 단계(83A)에서, 상기 결정된 위치 또는 상태의 스트레인 게이지 또는 스트레인 게이지들(22)은, 예를 들어 제어 유닛(25) 및/또는 여기 전압원에 의해, 감지되는 압력, 즉 상기 스트레인 게이지 또는 스트레인 게이지들(22)의 저항이 기본값에서 변화하였는지, 또는 상기 스트레인 게이지 또는 스트레인 게이지들(22)이 활성화되는 시간 동안 변화할 것인지를 측정하기 위하여 활성화될 수 있다. 단계(84A)에서 그 압력이 감지되지 않으면, 상기 방법은 단계(81A)로 되돌아갈 수 있다. 반면, 단계(84A)에서 압력이 감지되고 있는 경우, 스트레인 게이지 또는 스트레인 게이지들(22)의 측정은, 예를 들어 용량형 센싱 장치(70)에 의해 결정된 위치 또는 상태를 확정하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 상기 용량형 센싱 장치(70)는 제1 트리거 신호를 제공하는 데 이용될 수 있고, 상기 스트레인 게이지(22)는 제1 트리거 신호에 대응하여 활성화되어, 예를 들어 상기 용량형 센싱 장치(70)에 의해 결정된 위치를 확정할 수 있고, 선택적으로, 단계(85A)에서, 상기 위치 또는 상태에서 감지된 압력은, 예를 들어 특정한 장치 또는 시스템을 위해 구성된 어떤 기능일 수 있는 기능 또는 동작을 촉발하도록 구성될 수 있다. 따라서, 상기한 것과 같은 스트레인 게이지 장치(20)는, 예를 들어 누름 버튼 또는 슬라이더, 또는 해당 시스템에서 동작을 촉발하기에 적절한 어떤 제어 장치로 사용될 수 있다. 단계(89A)는 방법의 흐름의 종료를 지칭한다. 도 8a의 방법은 상기 장치(20)의 원하는 동작 및 사용에 따라 한 번, 지속적으로, 또는 간헐적으로 수행될 수 있다.
도 8b는 스트레인 게이지 장치(20)의 작동의 다른 예를 도시한다. 단계(80B)는 시작 단계를 지칭하며, 적어도 하나의 스트레인 게이지 또는 수 개의 스트레인 게이지들(22) 및 하나 또는 수 개의 용량형 센싱 장치들(70)을 포함하는 스트레인 게이지 장치(20)가 얻어지고, 사용 준비될 수 있다. 단계(81B)에서, 상기 스트레인 게이지(22), 또는 바람직하게는 스트레인 게이지들(22)은, 예를 들어 제어 유닛(25)에 의해 활성화되고, 그들의 저항이 모니터링된다. 단계(82B)는 예를 들어 상기 저항값 또는 그 변화를 기저값(base value) 또는 문턱값과 비교하는 단계를 지칭할 수 있다. 압력이 감지되지 않으면, 상기 방법은 단계(81B)로 되돌아간다. 반면, 압력이 감지되면, 단계(83B)에서, 각 위치 또는 상태 또는 영역에 있는 용량형 센싱 장치 또는 장치들(70)이 활성화될 수 있고, 그 커패시턴스가 모니터링될 수 있다. 단계(84B) 에서, 압력을 유발하는 개체, 예를 들어 사용자 손가락의 위치가 모니터링된 커패시턴스를 기반으로 산출될 수 있다. 상기 산출된 위치가 상기 압력을 감지한 스트레인 게이지 또는 스트레인 게이지들(22)의 위치에 대응되면, 도 8a에 관하여 설명된 것과 유사하게 단계(85B)에서 하나의 기능이 촉발될 수 있다. 단계(89B)는 상기 방법 흐름의 종료를 지칭한다. 상기 도 8b의 방법은 상기 장치(20)의 원하는 동작 및 사용에 따라 한 번, 지속적으로, 또는 간헐적으로 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구체예에 따르면, 스트레인 게이지 장치(20)의 스트레인 게이지(22) 및 용량형 센싱 장치(70)는 각각 저항 또는 그 변화 및 커패시턴스를 모니터링하도록, 병렬적으로 또는 동시에 사용되거나 사용되도록 구성될 수 있다. 이는 상기 스트레인 게이지 또는 스트레인 게이지들(22) 및 상기 용량형 센싱 장치 또는 장치들(70) 이 동시에 활성화하고, 그들의 관련 측정 파라미터들(예를 들어 저항 및 커패시턴스)을 모니터링하는 것을 수반할 수 있다. 상기 측정은 이후, 예를 들어 교차점검(cross-checking)에 사용되거나, 예를 들어 두 측정값 중 하나는 외부 환경 조건을 모니터링하는 데, 다른 하나는 예를 들어 사용자 명령과 같은 압력을 수신하는 데 사용될 수 있다. 상기 스트레인 게이지(22)는, 예를 들어 온도 또는 진동을 모니터링하는 데 사용되고, 예를 들어 상기 용량형 센싱 장치(70)는 누름 버튼 또는 스위치로 사용될 수 있다.
상기 스트레인 게이지 장치(20) 및 용량형 센싱 장치(70)의 조합은 제어 유닛(25) 또는 유닛들(25)에 의해 작동되도록 구성될 수 있다. 단일 제어 유닛(25)의 경우, 상기 장치들(20, 70)의 작동이 시분할 또는 주파수 분할 방법을 기반으로 분할될 수 있다.
본 명세서에서 (특히 도 1과 관련하여) 설명된 방법에 의한, 상기와 같은 스트레인 게이지(22) 및 용량형 센싱 장치(70)를 포함하는 구조체의 제조는 상기 구조체가 단일 공정으로 제조될 수 있어, 효율적인 제조 방법이며, 센서, 누름 버튼 또는 스위치로 사용되는 압력 감지 장치를 포함하는 통합적이고 내구성 있는 구조체를 얻을 수 있다는 장점을 가진다. 또한, 상기 용량형 센싱 장치(70) 및 상기 스트레인 게이지 장치(20)는, 예를 들어 적어도 하나의 프로세서 및 다른 알려진 필수 컴포넌트들을 포함하는 제어 유닛(25)을 이용하여, 예를 들어 서로의 측정값을 확인하도록 구성될 수 있다.
도 9a, 도 9b, 및 도 9c는 본 발명의 일 구체예에 따른 스트레인 게이지 장치들(20)을 도식적으로 나타낸다. 도 9a에서, 몰딩 물질층(23)은 두 가지 서로 다른 물질들을 사용하여 형성된다. 제1 몰딩 물질(23A)은 상기 장치(20)의 스트레인 게이지(22) 또는 스트레인 게이지들(22)이 있는 부분에 사용되었다. 상기 스트레인 게이지(22)는 제1 몰딩 물질(23A)로 오버몰딩되거나 내장되거나, 상기 스트레인 게이지(22)와 상기 제1 몰딩 물질(23A) 사이에 다른 물질층이 개재될 수 있다. 다른 부분들은 적어도 하나의 제2 몰딩 물질(23B)로 몰딩되었을 수 있다. 상기 다른 물질은, 예를 들어 제2 몰딩 물질(23B)의 비교적 얇은 층일 수 있다. 상기 스트레인 게이지 장치(20)가 스트레인 게이지(22)에서 상기 장치에 적용되는 압력에 보다 민감하도록 상기 제1 몰딩 물질(23A)은 바람직하게는 제2 몰딩 물질(23B)보다 부드러울 수 있고, 상기 제2 몰딩 물질(23B)을 가지는 상기 장치(20)의 다른 부분들은 덜 민감할 수 있다. 예를 들어, 상기 더 부드러운 제1 몰딩 물질(23A)로는 폴리우레탄이 사용될 수 있고, 상기 제2 몰딩 물질(23B)은 더 단단한 플라스틱일 수 있다. 또한, 상기 스트레인 게이지(22)가 있는 부분에 리세스들 또는 돌기들이 형성될 수 있다.
도 9b는 상기 장치(20)의 절단면 A-A에 대한 단면도를 나타낸다. 스트레인 게이지(22) 또는 스트레인 게이지들(22)은 제1 기판(21A) 또는 제2 기판(21B) 중 하나 또는 둘 모두에, 예를 들어 프린트되어 마련될 수 있다. 상기 장치(20)는 평면 또는 2차원적 형태를 나타내도록 도시되었으나, 3D 형태를 가지도록 성형될 수도 있다. 상기 스트레인 게이지(22)를 기판의 “내부”면, 즉 측정되는 압력이 적용되도록 설계된, 기판의 몰딩 물질층들(23A, 23B)의 반대편에 마련함으로써, 상기 몰딩된 물질층들(23A, 23B)이 상기 스트레인 게이지(22)를, 온도 증가이든지 온도 감소이든지 간에 국부적 온도 변화에 대하여 단열시키므로, 예를 들어 인간의 손가락에 의한 국부적 온도 변화의 효과가 상기 스트레인 게이지(22)의 측정에 미치는 효과가 최소화 또는 적어도 경감된다. 반면, 압력은 몰딩 물질층들(23A, 23B)을 통해 효과적으로 전달되어, 상기 스트레인 게이지(22)에 의해 측정 가능하다. 도 9b에서, 제1 기판(21A)은, 예를 들어 상기 장치(20)의 외부면에 위치하고 있는 것으로 이해될 수 있고, 따라서, 측정되는 압력을 받도록 설계될 수 있다. 이 경우, 제2 기판(21B)은 상기 장치(20)의 내부면에 위치하고 있는 것으로 이해될 수 있다. 도시된 것과 같이, 제1 몰딩 물질층(23A)은, 바람직하게는 상기 장치(20)의 스트레인 게이지(22)에 해당하는 부분에 몰딩될 수 있다. 제1 몰딩 물질층(23A)은 실질적으로 상기 제1 기판(21A)으로부터 상기 장치(20)를 관통하여 연장된다.
도 9c는 상기 장치(20)의 다른 구체예의 절단면 A-A에 대한 단면도를 나타낸다. 이 경우, 도 9c에 도시된 것과 같이, 제1 몰딩 물질층(23A)은 상기 장치(20)를 관통하여 연장되지 않고, 상기 장치(20) 두께의 일부까지만 연장된다. 스트레인 게이지(22)는 제1 기판(21A) 또는 제2 기판(21B) 상에 프린트되거나, 예를 들어 제2 몰딩 물질층(23B)이 제1상(phase)에 몰딩되고, 상기 스트레인 게이지(22)가 상기 제1 몰딩 물질층(23A)이 몰딩되어 있는 리세스 또는 홀의 바닥 상의 제2상에 마련될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 도 9c에 도시된 스트레인 게이지 장치(20)는 제1 몰딩 물질층(23A)이 생략되고, 즉 상기 스트레인 게이지(22)가, 예를 들어 제2 기판(21B) 상에 마련되고, 상기 몰딩 물질층(23, 23B)이 적어도 상기 장치(20)의 스트레인 게이지 또는 스트레인 게이지들(22)에 해당하는 위치에서 얇아질 수 있다. 즉, 적어도 부분적으로 덜 두꺼울 수 있다(평면 기판의 경우, z 방향으로 더 짧을 수 있다). 도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 일부 구체예들에 따른 스트레인 게이지 장치들(20)의 상부 또는 하부에서 본 평면도(도 10a), 그리고 절단면 C-C에 대한 단면도(도 10b 및 도 10c)를 나타낸다. 상기 장치(20)는 하나, 또는 바람직하게는 리지(28; ridge) 또는 돌기(28), 또는 리세스(그루브, 28) 또는 홀(28)에 배치되는 복수의 스트레인 게이지들(22)을 포함할 수 있다. 복수의 스트레인 게이지들(22)을 포함하는 경우, 상기 스트레인 게이지 장치(20)는 슬라이더, 예를 들어 터치 슬라이더로 동작하도록 구성될 수 있다. 상기 스트레인 게이지들(22)이 평면 기판 표면 상에 마련되어 상기 장치(20)가 슬라이더로 동작하도록 구성될 수도 있으나, 도 10a는 리지(28) 또는 리세스(28) 상에 마련되어 있는 스트레인 게이지(22)를 도시하고 있다. 리지(28) 또는 리세스(28)를 가짐으로써 변형을 일으키는 힘이 상기 스트레인 게이지 또는 스트레인 게이지들(22)에 더 잘 전달된다. 도 10b는 리지(28) 또는 돌기(28)에 스트레인 게이지 또는 스트레인 게이지들(22)을 포함하는 장치(20)의 일 구체예를 도시한다. 도 10c는 리세스(28), 홀(28), 또는 그루브(28)에 스트레인 게이지 또는 스트레인 게이지들(22)을 포함하는 장치(20)의 일 구체예를 도시한다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일 구체예를 도식적으로 나타낸다. 도 11a는 기판들(21A, 21B) 상에 마련되는 복수의 스트레인 게이지들(22)을 포함하는 스트레인 게이지 장치(20)를 도시한다. 도 11a의 실시예에 따르면, 제1 기판(21) 상에 세 개의 병렬 스트레인 게이지들(22)이 마련된다. 즉, 제1 스트레인 게이지들(22A)이 바람직하게는 몰딩 물질층(23)에 대하여 내부면 상에 위치하여 상기 몰딩 물질층(23)에 의해 내장되어 있다. 또한, 제2 기판(21B) 상에 또 다른 세 개의 병렬 스트레인 게이지들(22B)이 마련된다. 즉, 상기 제2 스트레인 게이지들(22B)이 바람직하게는 내부면 상에 위치하여 상기 몰딩 물질층(23)에 의해 내장되어 있다. 상기 제1 기판(21A) 및 제2 기판(21B)의 스트레인 게이지들(22A, 22B)은 각각 각 스트레인 게이지(22)의 일부가 다른 기판 상의 스트레인 게이지(22) 또는 스트레인 게이지들(22)에 대하여 상기 장치(20)의 상응하는 부분에 위치되어 있을 수 있다. 즉, 제1 스트레인 게이지(22A)가 제2 스트레인 게이지(22B)에 상응하는 부분에 위치할 수 있다. 일 구체예에 따르면, 제2 기판(21B) 상의 스트레인 게이지들(22B)은 상기 제1 기판(21A) 상의 스트레인 게이지들(22A)에 대하여 수직하게 마련될 수 있고, 상기한 바와 같이 중첩될 수 있다. 일 구체예에 따르면, 특히 프린팅에 투명 잉크를 사용할 때, 상기 스트레인 게이지들(22A, 22B)을 도 11a와 같은 방식으로 중첩되게 마련함으로써 터치 스크린이 얻어질 수 있다.
도 11a에 도시된 구성은 압력이 가해지는 영역의 위치를 결정하는 데에도 이용될 수 있다. 이는, 여섯 개의 스트레인 게이지들(22A, 22B) 모두의 출력을 측정함으로써 구현될 수 있다. 상기 여섯 개의 스트레인 게이지들(22A, 22B)은 본질적으로 아홉 개의 영역들 또는 지점들, 즉 상기 압력 지점을 감지하는 데 사용될 수 있는 매트릭스를 규정하거나 형성한다. 예를 들어, 스트레인 게이지들(22)을 포함하는 장치(20) 표면의 오른쪽 위 모서리에 압력이 가해지면, 제1 기판(21A) 상의 오른쪽 스트레인 게이지(22A)의 저항이 상기 제1 기판(21A)의 다른 두 개의 스트레인 게이지들(22)의 저항보다 더 많이 변화한다. 또한, 제2 기판(21B)에도 스트레인 게이지들(22B)이 있어, 상기 제2 기판(21B) 상의 최상부 스트레인 게이지(22B)의 저항이 상기 제2 기판(21B)의 다른 두 개의 스트레인 게이지들(22B)의 저항보다 더 많이 변화한다. 따라서, 상기 압력 지점은 상기 장치(20)의 최상부 오른쪽 모서리로 결정될 수 있다. 상기 스트레인 게이지들(22A, 22B)에 의해 규정되는 측정 지점들을 포함하는 매트릭스의 크기는, 예를 들어 2×2, 도 11a에 나타난 것과 같은 3×3, 또는 3×4, 4×4 등의 어떤 크기도 가질 수 있다. 도 11b는 상기 도 11a의 장치(20)의 절단면 B-B에 대한 단면도를 나타낸다.
일 구체예에 따르면, 제1 스트레인 게이지(22A) 및 제2 스트레인 게이지(22B)들은 본질적으로 같은 기판, 즉, 제1 기판(21A) 또는 제2 기판(21B)의 표면 상에 마련될 수 있다. 제1 스트레인 게이지들(22A)은 제1 기판(21A) 상에 프린트될 수 있고, 이후 유전층과 같은 전기 절연성 물질이 상기 제1 스트레인 게이지들(22A) 위에 프린트되고, 상기 유전층 위에 상기 제2 스트레인 게이지들(22B)이 프린트되어, 상기 유전층이 상기 제1 스트레인 게이지(22A)와 제2 스트레인 게이지(22B)들을 전기적으로 서로 분리한다. 복수의 스트레인 게이지들(22)이 같은 위치에 상하로 중첩되어 위치되는 것은 각 스트레인 게이지(22)의 측정이 상기 스트레인 게이지들(22)의 측정의 교차점검 또는 확인에 사용될 수 있다는 장점이 있다. 또한, 이는 온도 또는 다른 응력 크리프 또는 오프셋을 자가 보정하는 것을 가능하게 한다. 다른 일 구체예에 따르면, 같은 위치에 마련된 스트레인 게이지들(22)은 방향적으로 민감할 수 있다. 이것은 x-y 평면에서 하나의 스트레인 게이지(22)는 x 방향으로 더 민감하고 다른 하나는 y 방향으로 더 민감할 수 있다는 의미이다. 여기에 추가의 방향적으로 민감한 스트레인 게이지들(22)이 더 마련될 수도 있다.
일부 구체예들에 따르면, 스트레인 게이지들(22; 22A, 22B)의 프린팅에 사용되는 전도성 잉크가 투명하여, 상기 스트레인 게이지들(22; 22A, 22B)이 터치 유무 및 위치를 감지하는 데 사용되는 터치 스크린을 형성하는 것이 가능할 수 있다. 그러나, 다른 구체예에 따르면, 사용되는 잉크가 불투명할 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 일 구체예에 따른 스트레인 게이지 장치를 도식적으로 나타낸다. 적어도 세 개의 스트레인 게이지들(22)이 기판(21A, 21B) 상에, 실질적으로 하나의 평면 상에 프린트되어, 상기 세 개의 스트레인 게이지들(22)이 본질적으로 가상의 삼각형의 세 꼭지점들을 규정할 수 있다. 이러한 구성은, 이후 압력이 가해지는 지점의 위치를 결정할 때 삼각법에 사용될 수 있다. 이 경우, 도 12의 압력 지점(P)은 스트레인 게이지들(22)에 의해 규정되는 삼각형 영역 상에 위치한다. 가해지는 압력은, 본 명세서에서는 주변 영역들의 압력에 대한 특정한 지점 또는 영역에서의 압력 편차를 지칭한다. 이는, 예를 들어 사용자의 손가락에 의한 누름 동작에 의한 작은 영역 상의 압력 증가일 수 있다. 상기 세 개의 스트레인 게이지들(22)의 저항 변화를 서로 비교함으로써, 각 스트레인 게이지(22)로부터 상기 압력 지점(P)까지의 거리가 결정될 수 있다. 상기 스트레인 게이지들(22) 또는 적어도 그 저항값들이나 변형/압력/힘에 대한 그 변화가 동일하지 않을 때, 각각에 대한 상기 스트레인 게이지들(22)의 기저값들을 교정(calibration)하는 단계가 필요할 수 있다. 당업자에게 자명한 것과 같이, 스트레인 게이지들(22)의 수는 셋보다 많을 수 있다.
상기 제조 공정에서 사출 성형이 적용될 수 있다. 기판, 및 선택적으로 (이미 형성되어 있다면) 보호층(들)이 몰드 구조물 또는 몰드 내에 인서트로서 사용될 수 있다. 선택적으로, 예를 들어 다층 구조체에 다수의 물질들이 제공되도록 다중샷 또는 다중 컴포넌트 몰딩이 적용된다. 플라스틱층은 적어도 부분적으로 광학적으로 투명하고 그리고/또는 그 하부의(underlying) 광전자 컴포넌트들(발광 다이오드들(LED들), 감광성 감지기들) 또는 예를 들어 OLED(유기 LED) 디스플레이와 같은 디스플레이를 포함할 수 있는 전자 소자들의 시각적 경로(visual path)를 제공하는 리세스들 또는 스루홀들을 포함할 수 있다. 상기 플라스틱층은 추가적으로 또는 대안적으로 불투명한, 예를 들어 유색 또는 그래픽스를 포함하는, 또는 반투명한 부분을 포함할 수 있다. 상기 플라스틱층은 광학적 용도(예를 들어, 광 인커플링, 아웃커플링, 산란, 또는 반사)와 같은 다양한 목적들을 위한 표면 양각 형태들 또는 다른 특징부들을 포함할 수 있다.
일부 구체예들에 따르면, 추가의 층이, 특정한 구체예 및/또는 최종 장치(20)의 의도한 용도에 따라 상기 몰딩 단계 이후에, 예를 들어 접착제를 사용하여 몰딩 물질층(23) 또는 기판들(21A, 21B) 중 적어도 하나 위에 적층될 수 있다.
당업자는 사용되는 물질들, 치수들, 및 컴포넌트들을 고려한 최적의 공정 파라미터들을 미리 알고있거나 현장 시험에 의하여 결정하여야 한다. 일반적 안내를 위해서는, 소수의 단지 예시적인 가이드라인만이 제공될 수 있다. 기판(들)이 PET이고, 그 위에 오버몰딩되는 플라스틱이 PC인 경우, 용융 PC의 온도는 280℃ 내지 320℃ 사이일 수 있고, 적용 가능한 몰드 온도는 약 20℃ 내지 95℃ 범위, 즉 예를 들어 약 80℃일 수 있다. 사용되는 필름(들)과 같은 기판(들)( 21A, 21B) 및 공정 파라미터들은 상기 기판(들)이 상기 공정 중에 실질적으로 고체로 유지될 수 있도록 선택되어야 한다.
잠재적인 기설치(preinstalled) 전자 소자들은, 바람직하게는 상기 몰딩 중에 정적 상태로 유지되도록 기판에 부착되어 있다. 상기 제조 방법의 실행 중에, 선택적으로, 적어도 판에 트레이스들/컴포넌트들을 형성하거나 층들을 서로 일체화(integration)하는 단계와 같은 선택된 단계들에서 롤-투-롤(roll-to-roll) 기술이 사용될 수 있다. 롤-투-롤을 적용하기 위해, 사용되는 물질층이 일정한 유연성을 갖는 것이 필요하다. 따라서, 최종 제품(얻어진 장치)은 플렉시블할 수 있다. 그러나, 본 발명은 실제로 보다 강성인 물질 시트들 또는 일반적으로 원하는 물질 조각들을 이용하는 시나리오들에도 적용할 수 있다.
스트레인 게이지(22) 또는 스트레인 게이지들(22)을 포함하는 타겟 전자 제품 또는 장치(20)는, 예를 들어 소비자 전자 장치, 산업용 전자 소자들, 자동화 설비, 기계류, 자동차 제품, 안전 또는 보호 장치, 컴퓨터, 태블릿, 패블릿, 휴대폰과 같은 이동 단말기, 알림 장치, 웨어러블 전자 소자/제품(의류, 헤드웨어, 풋웨어 등), 센서 장치, 측정 장치, 디스플레이 장치, 게임 컨트롤러 또는 콘솔, 조명 장치, 멀티미디어 또는 오디오 플레이어, 시청각(AV) 장치, 스포츠 장비, 통신 장치, 운송 또는 배송 설비, 배터리, 광학 장치, 태양 패널 또는 태양 에너지 장치, 송신기, 수신기, 무선 제어 장치, 또는 제어 장치를 포함할 수 있다.
하나의 예시적인 경우에 따르면, 본 발명의 일 구체예에 따른 스트레인 게이지 장치(20)는 사용자의 손이 차량의 스티어링 휠 상에 있는지를 감지하는 데 이용, 즉 핸드-온-오프 감지 및/또는 핸드-온-오프 감지 센서로 이용될 수 있다. 이는, 상기 스트레인 게이지(22)를 포함하는 장치(20)가 사용자의 손에 의해 스티어링 휠에 적용되는 압력을 감지하는 데 사용됨으로써 구현될 수 있다.
다른 예시에 따르면, 용량형 센서와 같은 용량형 센싱 장치(70)가 스트레인 게이지(22)와 더불어 상기 장치(20)에 마련될 때, 측정된 저항값에 관련된 제2 문턱값이 초과되면, 상기 용량형 센싱 장치(70)가 손이 스티어링 휠에 위치하고 있음을 제대로 지시하고 있는 것을 확인하기 위하여, 상기 스트레인 게이지(22)가 제2 트리거로 사용되거나, 예를 들어 제2 트리거 신호를 제공 또는 발생하는 데 사용될 수 있다. 본 발명의 다양한 구체예들에 따른 스트레인 게이지(22)는 용량형 센싱 장치(70)가 전기 장비 또는 그와 유사한 것들에 의한 방해 때문에 에러를 발생하는 경향이 있거나, 예를 들어 액체 방울 또는 먼지 근처에서 또는 그들에 의해서 사용자의 손을 감지하는데 에러를 발생하는 경향이 있을 경우, 유용하게 이용될 수 있다. 차량 산업에서, 센서들의 작동과 관련된 신뢰도는 중요한 안전 이슈이다.
상기 스트레인 게이지 장치(20)는, 예를 들어 터치 스크린 또는 스티어링 휠 또는 다른 사용자 인터페이스와 같은 제어 장비의 경우, 우선 상기 장치에 압력이 가해지고 있음을 감지하고 그리고/또는 두 번째로 적용되는 힘의 크기에 따라 서로 다른 동작들이 수행되도록 선택될 수 있다. 본 발명의 상기 구체예들에 따른 스트레인 게이지 장치(20)는 상기 장치가 적어도 부분적으로 사용자 또는 다른 개체에 의해 발생하고 상기 스트레인 게이지(22)로 전송되어 (상기 스트레인 게이지(22)의 저항 또는 저항값의 변화를 측정함으로써) 변형으로 감지되는 힘 또는 압력을 기반으로 작동하므로, 사용자의 손이 건조한지 축축한지에 민감하지 않다.
상기 스트레인 게이지 장치(20)의 구체예들은 다양한 어플리케이션들에서 무게를 칭량하는 데 사용될 수 있다. 상기 스트레인 게이지 장치(20)는 도 13에 도시된 것과 같이 칭량 장치(110)에 바람직하게 배치될 수 있다. 상기 스트레인 게이지(22) 및 상기 스트레인 게이지 장치(20)에 연결된 측정 시스템은 칭량 장치(110) 상에 놓인 개체의 무게(또는 중력에 의한 힘을 발생하는 질량)에 대한 측정 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 스트레인 게이지 장치(20)는 칭량될 개체를 놓을 수 있도록 구비되는 면(112)에 배치될 수 있거나 개체를 놓도록 의도되는 추가의 표면 또는 구조를 가져, 그 압력(또는 힘)이 상기 스트레인 게이지(22)에 전달될 수 있다. 칭량 또는 칭량 장치들(110)에 이용되는 스트레인 게이지 장치(20)는 적어도 부분적으로 본 명세서에 기술된 제조 방법의 일 구체예를 사용하여 제조될 수 있다. 상기 칭량 장치(110)는, 바람직하게는 사용자에게 칭량 결과를 보여주는 디지털 스크린(111)을 포함할 수 있다. 상기 스크린(111)은, 바람직하게는 상기 칭량 장치(110) 상에 놓여지는 개체의 무게(또는 질량)을 계산하기 위한 적어도 하나의 프로세서 및 상기 스트레인 게이지(22)의 저항값의 변화를 결정하기 위한 수단을 포함하는 제어 유닛(25)에 연결될 수 있다. 상기 칭량 장치(110)에는 누름 버튼들(113)과 같은 사용자 인터페이스도 포함될 수 있다.
상기 스트레인 게이지 장치(20)의 구체예들은 다양한 어플리케이션들에서 액체 레벨(121)과 같은 레벨을 지시하는 데 사용될 수 있다. 상기 스트레인 게이지 장치(20)는 하나 이상의 스트레인 게이지(22) 또는 스트레인 게이지 장치(20)를 포함하는 스트립 형태와 같은, 레벨 지시 장치, 예를 들어 액체 레벨 지시 장치(120)에 바람직하게 배치될 수 있다. 상기 스트레인 게이지(22) 및 상기 스트레인 게이지(들)(22)에 연결된 제어 유닛(25)과 같은 측정 시스템은 측정되는 액체 레벨(121)과 같은 양(quantity)의 수준에 관련된 측정 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 12에 도시된 것과 같은 액체를 포함하는 용기의 안쪽 벽에 하나 또는 수 개의 스트레인 게이지 장치들(20)이 배치될 수 있다. 일 구체예에 따르면, 상기 스트레인 게이지 장치(20)의 수 개의 스트레인 게이지들(22)이 도 14에 도시된 것과 같은 스트립 내에 마련될 수 있다. 상기 스트립은, 예를 들어 상기 용기의 안쪽 벽에 배치되어 상기 액체는 액체의 표면 아래(122B)에 있는 스트레인 게이지(22)에 정적인 힘을 가하고, 표면 위(122A)에 있는 스트레인 게이지들(22)에는 공기 또는 대기압이 영향을 주기 때문에, 상기 스트립이 액체의 레벨을 지시하는 데 사용될 수 있다. 상기 스트레인 게이지 장치(20)는 액체 이외의 물질, 예를 들어 모래 또는 예를 들어 알갱이 모양의 물질과 같은 다른 물질의 레벨 지시기(장치)로 사용될 수도 있음을 인식하여야 한다. 레벨 지시에, 또는 레벨 지시기들에서 이용되는 스트레인 게이지 장치(20)는 본 명세서에 기술된 제조 방법의 구체예를 사용하여 제조될 수 있다.
본 발명의 다양한 구체예들에 따른 스트레인 게이지 장치(20)는 다양한 어플리케이션들에서 사용될 수 있는데, 그 중 일부가 본 명세서에 개시되어 있다. 그러나, 일반적으로, 본 발명에 따른 스트레인 게이지 또는 스트레인 게이지들(22)은 다양한 다른 기판들 또는 표면들에 프린팅에 의해 제공되어, 적절한 어떤 장치 또는 시스템에도 사용될 수 있다. 상기 기판들은 강성이거나 성형 가능하거나 플렉시블할 수 있다. 또한, 상기 기판들은 평면이거나 상당한 두께를 나타낼 수 있다. 본 명세서에 개시된 것에 추가하여, 본 발명의 다양한 구체예들에 따른 스트레인 게이지 장치들(20)은, 예를 들어 차량들, 예를 들어 (난방을 위하여 누군가 앉아있는지를 감지하는) 카시트들, 방향지시등 스위치, 변속 레버, 또는 창문들 또는 조명들 등과 같은 차량의 제어 장치들에 사용되는 어떠한 스위치들에도 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 구체예들에 따른 스트레인 게이지 장치(20)는 도 13 및 도 14에 대하여 기술한 것과 같이 차량 외의 다른 분야들에 사용될 수 있다. 일반적으로, 상기 스트레인 게이지 장치(20)는, 예를 들어 어떠한 적절한 시스템에서 파라미터들을 모니터링하기 위한 센서 또는 액추에이터를 구동하기 위한 스위치로서 이용될 수 있다.
전술한 특징부들은 명시된 조합들 이외의 다른 조합들로 이용될 수 있다. 기능들이 특정한 특징부들에 대하여 기술되었으나, 상기 기능들은 기술되거나 기술되지 않은 다른 특징부들에 의해 수행될 수 있다. 특징부들이 특정 구체예들에 대하여 기술되었으나, 상기 특징부들은 기술되거나 기술되지 않은 다른 구체예들에도 존재할 수 있다.

Claims (26)

  1. 스트레인 게이지 장치의 제조 방법으로서,
    - 전자 컴포넌트들을 수용하기 위한 제1 성형 가능한 기판 필름을 포함하는 제1 기판을 수득하는 단계,
    - 스크린 프린팅 또는 잉크젯 프린팅을 포함하는 프린트된 전자 소자 방법에 의해, 상기 제1 성형 가능한 기판 필름 상에 스트레인 게이지를 프린트하는 단계, 및
    - 상기 스트레인 게이지 상에 몰딩 물질층을 사출 성형함으로써 상기 몰딩 물질층 내에 상기 스트레인 게이지를 내장하는 단계를 포함하는 스트레인 게이지 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    프린트된 스트레인 게이지를 포함하는 상기 제1 기판을 열성형, 냉간 성형, 진공 성형, 압공 성형 또는 고압 성형과 같은 성형 방법으로 성형하는 단계를 포함하는 스트레인 게이지 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    제2 성형 가능한 기판 필름을 포함하는 제2 기판을 수득하는 단계를 포함하고,
    상기 몰딩은 상기 제1 기판 및 제2 기판 사이에 상기 몰딩 물질층을 몰딩하는 단계를 포함하는 스트레인 게이지 장치의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스트레인 게이지는 제1 스트레인 게이지이고, 상기 스트레인 게이지 장치의 제조 방법은,
    - 상기 제2 기판 상에서 적어도 부분적으로 상기 제1 스트레인 게이지에 상응하는 위치에 적어도 하나의 제2 스트레인 게이지를 프린트하는 단계를 포함하는 스트레인 게이지 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    - 상기 제1 기판 또는 제2 기판 상에 스트레인 게이지의 작동을 제어하는 제어 유닛을 마련하는 단계,
    - 프린트된 전자 소자 기술과 같은 기술에 의해서 상기 제어 유닛과 상기 스트레인 게이지 사이에 전기적 연결을 마련하는 단계를 포함하고,
    상기 몰딩은 상기 제어 유닛을 내장하도록 상기 몰딩 물질층을 몰딩하는 단계를 포함하는 스트레인 게이지 장치의 제조 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판 상에 용량형 센싱 부재들을 마련하는 단계를 포함하는 스트레인 게이지 장치의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판은 다음 중 하나를 포함하는 스트레인 게이지 장치의 제조 방법:
    플라스틱, 고분자, 폴리카보네이트, 폴리카보네이트-아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리(메틸메타크릴레이트), 폴리이미드, 메틸메타크릴레이트와 스티렌 단량체의 공중합체(MS 수지), 폴리에틸렌테레프탈레이트, 목재, 가죽 및 직물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판은, 0.1 μΩ/m 이상의 저항률을 갖는 금속을 포함하고, 상기 스트레인 게이지 장치의 제조 방법은 유전성 잉크로 유전층을 프린트하는 단계와 같은 상기 제1 기판 상에 절연층을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 스트레인 게이지는 상기 절연층 상에 프린트되는 스트레인 게이지 장치의 제조 방법.
  9. 제1 성형 가능한 기판 필름 상에 프린트된 스트레인 게이지를 포함하고, 상기 스트레인 게이지는 사출 성형된 몰딩 물질층과 상기 제1 성형 가능한 기판 필름 사이에 내장되어 있는 스트레인 게이지 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 스트레인 게이지 장치는 적어도 3개의 프린트된 스트레인 게이지들을 포함하고, 상기 적어도 3개의 프린트된 스트레인 게이지들을 기반으로 삼각법에 의해 상기 제1 성형 가능한 기판 필름에 적용되는 압력의 위치를 결정하도록 구성되는 스트레인 게이지 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 스트레인 게이지는 제2 기판을 포함하고, 상기 스트레인 게이지를 내장하고 있는 상기 몰딩 물질층이 제1 기판 및 제2 기판 사이에 마련되는 스트레인 게이지 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 스트레인 게이지와 전기적으로 연결되도록 구성되는 제어 유닛을 제1 기판 또는 제2 기판 상에 포함하는 스트레인 게이지 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    스트레인 게이지를 포함하는 상기 제1 성형 가능한 기판 필름이 3차원 형태로 성형된 스트레인 게이지 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 스트레인 게이지는 상기 제1 성형 가능한 기판 필름의 제1 스트레인 게이지이고, 상기 스트레인 게이지 장치는 제2 기판 상에서 적어도 부분적으로 상기 제1 스트레인 게이지에 상응하는 위치에 프린트된 적어도 하나의 제2 스트레인 게이지를 포함하는 스트레인 게이지 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 스트레인 게이지는 가열 부재로서 사용되도록 구성되는 스트레인 게이지 장치.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 스트레인 게이지 장치는 용량형 센싱 장치를 더 포함하는 스트레인 게이지 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    - 상기 용량형 센싱 장치가 제1 트리거 신호를 제공하도록 구성되고, 상기 제1 트리거 신호에 대응하여 상기 스트레인 게이지의 저항이 모니터링되도록 구성되거나,
    - 상기 스트레인 게이지의 저항이 모니터링되고 제1 트리거 신호를 제공하도록 구성되고, 상기 제1 트리거 신호에 대응하여 상기 용량형 센싱 장치가 모니터링되도록 구성되는 스트레인 게이지 장치.
  18. 제9항에 있어서,
    상기 제1 성형 가능한 기판 필름은 다음 중 하나를 포함하는 스트레인 게이지 장치:
    플라스틱, 고분자, 폴리카보네이트, 폴리카보네이트-아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리(메틸메타크릴레이트), 폴리이미드, 메틸메타크릴레이트와 스티렌 단량체의 공중합체(MS 수지), 폴리에틸렌테레프탈레이트, 목재, 가죽 및 직물.
  19. 제9항에 있어서,
    상기 제1 성형 가능한 기판 필름은, 0.1 μΩ/m 이상의 저항률을 갖는 금속을 포함하고, 상기 스트레인 게이지 장치는 상기 제1 기판 상에 유전성 잉크로 프린트된 유전층과 같은 절연층을 더 포함하며, 프린트된 스트레인 게이지가 상기 절연층 상에 구비되는 스트레인 게이지 장치.
  20. 제9항에 따른 스트레인 게이지 장치를 포함하는 핸드-온-오프 감지 센서.
  21. 제20항에 따른 핸드-온-오프 감지 센서를 포함하는 스티어링 휠.
  22. 제9항에 따른 스트레인 게이지 장치를 포함하는 칭량 장치.
  23. 제9항에 따른 스트레인 게이지 장치를 포함하는 레벨 지시 장치.
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
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