TWI670476B - 用以製造應變計裝置之方法、應變計裝置及該裝置之使用技術 - Google Patents

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Abstract

本案提出一種用於製造一應變計裝置之方法及一種應變計裝置。該方法包含：獲得一第一基體，較佳地，用於容納電子組件之一第一可成形基體薄膜；藉由諸如絲網印刷或噴墨印刷之一印刷電子設備方法在該第一基體上印刷一應變計；及較佳地藉由利用注入模製來模製內嵌該應變計之一模製材料層。該應變計裝置可包含二個，較佳地可成形，基體薄膜，在其間可佈置該應變計與該模製材料層。

Description

用以製造應變計裝置之方法、應變計裝置及該裝置之使用技術
針對本申請之項目已接收到來自歐盟地平線2020研究及創新計劃依據贈予協定第725076號之資金籌集。
發明領域
本發明大體係關於電子設備、相關聯之裝置、結構、其使用及製造方法之技術領域。然而，尤其，非排他性地，本發明係關於利用諸如注入模製之模製的應變計裝置之製造，及此等裝置及其使用。
發明背景
通常，在電子設備及電子產品之情境中，存在多種不同多層總成及結構。電子設備與有關產品之整合背後的動機可多如有關之使用情境一樣。當所得解決方案最終展現出多層本質時，探尋相對經常之大小節省、重量節省、材料節省、成本節省、效能增益或僅高效之組件填塞。又，相關聯之使用情形可關於產品封裝或食品包裝、裝置外殼之視覺設計、可佩戴電子設備、個人電子裝置、顯示器、偵測器或感測器、車輛內部、天線、標籤、車輛電子設備、家具等。
舉例而言，藉由利用諸如電路板或甚至塑膠薄膜之基體，多層結構係可獲得的，該基體可具備電子設備且藉由塑膠模製，以便與至少部分內嵌於該模製層中之電子設備建立多層結構。因此，該等電子設備可經對環境隱藏，且針對諸如水分、實體衝擊或灰塵之環境條件加以保護，然而，就美學、傳送介質、定尺寸等而言，模製層可進一步具有各種條件性用途。
諸如電子組件、積體電路(IC)及導體之電子設備可通常藉由多個不同技術提供至一基體元件上。舉例而言，諸如各種表面安裝裝置(SMD)之容易製造的電子設備可安裝於最終形成一多層結構之內或外界面層之一基體表面上。另外，屬項目「印刷電子設備」下之技術可應用於直接且基本上附加於相關聯之基體來生產電子設備。術語「印刷」在此上下文中指能夠經由實質上附加性之印刷製程自印刷品生產電子/電氣元件之各種印刷技術，包括但不限於絲網印刷、柔版印刷及噴墨印刷。使用之基體可為可撓性，然而，情況並非始終如此。
電子總成用於多種不同應用中。在此等應用中之許多中，用於監視及/或回應影響其的壓力之改變之感測器、開關及/或裝置(例如，壓力感測器或機械按鈕)為所要的特徵，諸如，在利用電子設備之許多控制系統或使用者介面中。感測器可基於監視電容、電感或電阻，或基於光學性質之改變，或基於各種其他已知技術。利用感測器之裝置可具有各種形式，且用於不同用途及在不同環境中使用。
例如正利用機械按鈕的技術領域之一個實例為汽車工業。車輛可具有連接至車輛之共同電氣系統之多種電子裝置。該等裝置通常藉由使用監視影響其之壓力及/或回應於該壓力之改變而操作的裝置或藉由施加力（諸如，在機械按鈕之情況下）來控制。此外，可將電容性開關用作用於控制車輛中之裝置之構件。然而，在彼等條件中，電容性非接觸電氣開關易於有由電磁干擾或電容性感測器或其系統回應於並不意欲引起電容性感測器之偵測或動作之手移動而進行之錯誤偵測造成的誤差功能。
然而，亦可使用典型機械按鈕，其傾向於較大、成本高及暴露於灰塵(諸如，來自使用者之手指之油脂)，且可不利地影響車輛之另外精緻內部表面。當將機械按鈕整合至周圍結構時，該結構被設計成使得按鈕可經佈置且固定至該結構，且使回應於施加至其之壓力的按鈕之移動成為可能。典型地，此係藉由使按鈕或可旋轉開關與周圍結構分開(例如，自結構突出或至少具有實現相對於結構之移動的一間隙)來進行。可上方層壓按鈕或開關，或可佈置一單獨保護性層來將其覆蓋以便保護其不受灰塵，且提供相對於周圍環境之更均勻外表面。上方層壓件或單獨保護性層使得其實現使用按鈕或開關，亦即，其高度可撓性以便實現按鈕或開關之操作。然而，當重複使用時，可易於損壞或磨損層壓件或層。層壓件或層可易於變得自挖掘或開關拆開，因此使裝置之效能惡化。
因此仍然存在對開發用於製造壓力感測開關及裝置之方法及對其裝置之需求，該等裝置不太易於受干擾且比已知嘗試之解決方案可靠地操作。
發明概要
本發明之一目標為提供一種用於製造一應變計裝置之方法、一種應變計裝置以及其使用、一種稱重裝置及一種層位指示器裝置。本發明之另一為，該方法有助於應變計裝置之製造，且該等應變計裝置耐久且可靠地操作。
本發明之目標藉由如由各別獨立請求項定義之一種方法、一種應變計裝置及其使用、及一種稱重裝置及一種層位指示器裝置來達到。
根據一第一態樣，提供一種用於製造一應變計裝置之方法。該方法包含獲得一第一基體，較佳地，用於容納電子組件之一第一可成形基體薄膜。該方法亦包含藉由一印刷電子方法(諸如，藉由絲網印刷或噴墨印刷)在該第一基體上印刷一應變計。該方法進一步包含模製(較佳地，藉由利用注入模製)嵌有該應變計之一模製材料層。
該方法可包含形成(諸如，熱成形或冷成形)包含該印刷之應變計的該第一基體。
該方法可包含獲得一第二基體，較佳地，一第二可成形基體薄膜，其中該模製包含模製該第一基體與該第二基體之間的該模製材料層，諸如，在兩個基體薄膜之間。
該應變計可為一第一應變計，且該方法可包含在該第二基體上至少部分在相對於該第一應變計之一對應位置處印刷至少一個第二應變計。
該第一基體及該第二基體中之至少一者(諸如，基體薄膜)可為可撓性的。
該方法可包含在該第一基體或該第二基體上佈置用於控制該應變計之操作的一控制單元，及在該控制單元與該應變計之間佈置電氣連接，諸如，藉由一印刷電子設備方法。該模製可較佳地包含模製該模製材料層以嵌有該控制單元。
該方法可包含在該第一基體及該第二基體上佈置一電容性感測裝置，諸如，一電容性感測器之電容性感測元件。
該第一基體薄膜可包含金屬，較佳地，具有高電阻率，諸如，高於或等於0.1微歐/公尺。該方法可包含在該第一基體上提供一絕緣層(諸如，藉由介電墨水印刷一介電層)，及在該絕緣層上印刷該應變計。
根據一第二態樣，提供一種應變計裝置。該應變計裝置包含在一第一基體上的一印刷之應變計，諸如，在一基體薄膜上，其中該印刷之應變計內嵌於一模製材料層中。
該應變計裝置可包含至少三個印刷之應變計，且該裝置可經組配以用於藉由三角量測基於該至少三個印刷之應變計定位施加至該第一基體之一壓力。如本文中提及的施加之壓力指在某一點或區域之壓力相對於周圍區域之壓力的偏差。此可為(例如)歸因於由使用者之手指進行之一按動運動的在一小區域上之一壓力增大。
該應變計裝置可包含一第二基體，諸如，一可成形第二基體薄膜，其中嵌有該應變計的該模製材料層佈置於該第一基體與該第二基體之間。
該應變計可為在該第一基體上之一第一應變計，且該裝置可包含在該第二基體上至少部分在相對於該第一應變計之一對應位置處印刷之至少一個第二應變計。
該應變計裝置可包含在該第一或該第二基體薄膜上且與該應變計電氣連接地佈置之一控制單元。
包含該應變計的諸如一可成形基體薄膜之該第一基體可經形成為一三維(3D)形狀。
該應變計可經組配用於用作一加熱元件。
至少該第一基體可為可撓性的。
該應變計裝置可進一步包含一電容性感測裝置，諸如，包含兩個電容性感測元件。
該應變計裝置可經組配使得該電容性感測裝置經組配以提供一第一觸發信號，且該應變計之電阻經組配以回應於該第一觸發信號而被監視。
該應變計裝置可經組配使得該應變計之該電阻經組配以被監視且提供一第一觸發信號，且該電容性感測裝置經組配以回應於該第一觸發信號而被監視。
該第一基體可包含以下材料中之一者或基本上由以下材料中之一者組成：塑膠、聚合物、聚碳酸酯、聚碳酸酯-丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚醯亞胺、甲基丙烯酸甲酯與苯乙烯單體之共聚物(MS樹脂)、聚對苯二甲酸伸乙酯、木頭、皮革或織物。根據各種實施例，該基體可包含選自由以下各者組成之群組的至少一種天然且常常但未必為有機生長之材料或基本上由該材料組成：木頭、實木、三合板、膠合板、樹皮、樹皮縐、樺樹皮、軟木(包含樹皮組織之木栓層)、天然皮革，及天然紡織品或織物材料(例如，其可從天然纖維編織或針織，或以其他方式生產)，諸如，棉花、羊毛、亞麻布、絲綢或類似者。
該第一基體可包含金屬，諸如，一薄金屬層，較佳地，具有高電阻率，諸如，高於或等於0.1微歐/公尺。該裝置可進一步包含在該第一基體上提供一絕緣層(諸如，介電墨水之印刷之介電層)，且該印刷之應變計可在該絕緣層上。
根據一第三態樣，提供一種手開關偵測感測器。該手開關偵測感測器包含根據該第二態樣之該應變計裝置。
根據一第四態樣，提供一種轉向盤。該轉向盤包含根據第三態樣之該手開關偵測感測器。
根據一第五態樣，提供根據第二態樣之應變計裝置用於手開關之使用。
根據一第六態樣，提供一種稱重裝置。該稱重裝置包含根據該第二態樣之該應變計裝置。
根據一第七態樣，提供根據第二態樣之應變計裝置用於稱重之使用。
根據一第八態樣，提供一種層位指示器裝置。該層位指示器裝置包含根據該第二態樣之該應變計裝置。
根據一第九態樣，提供根據第二態樣之應變計裝置用於層位指示之使用。
取決於該實施例，本發明之實用性自多個問題引起。應變計裝置可易於藉由在一基體上印刷該或該等應變計來製造。此外，該應變計及其特性(諸如，電阻或電阻率之值)可易於藉由使用某一墨水及/或藉由設計應變計之幾何形狀使得獲得所要的特性來調整。藉由包覆模製一材料層或嵌有應變計，保護應變計免受環境及干擾影響，且該應變計耐久且可靠地操作。此外，應變計至其上意欲施加待由應變計感測為應變之力或壓力的表面之機械耦接係藉由利用印刷之應變計與模製材料層的組合來確保。此外，除了恰當機械耦接之外，模製材料層有利地將力傳輸至應變計，且因此，可使應變計裝置對力敏感。因此，本發明有助於製造具有前述性質之應變計裝置，以及提供此等有利之裝置。
術語「第一」、「第二」、「第三」等不表示任何次序、量或重要性，而是用以將一個元件與另一個區分開來。
本文中提出的本發明之例示性實施例不應被解釋為造成對所附申請專利範圍之適用性之限制。動詞「包含」在本文中用作不排除亦未敘述之特徵之存在的開放式限制。在附屬請求項中敘述之特徵可相互自由地組合，除非另有明確的陳述。
被視為本發明之特性的新穎特徵特別闡述於所附申請專利範圍中。然而，自當結合隨附圖式閱讀時的以下具體實施例之描述，將最佳地理解本發明自身(關於其構造及其操作方法與其使用)，連同其額外目標及優勢。
較佳實施例之詳細說明
圖1說明根據本發明之一實施例的方法之流程圖。在步驟10，指啟動階段，可發生必要之任務，諸如，材料、組件(諸如，電氣接觸墊、導體、電子設備及連接器)及工具選擇、獲取、校準及其他組配。必須具體地關心個別元件及材料選擇一起工作，且經受得住選定製造製程及結構與佈置可安置至之可能目標產品，此天然地較佳地基於製造製程規範及組件資料表或藉由(例如)調查且測試生產之原型來預先檢查。諸如注入模製、模內裝飾(IMD)/模內標注(IML)、層壓及/或印刷設備(諸如，利用絲網印刷或噴墨印刷，外加其他)之模製可因此在此階段逐漸上升至操作狀態。
在步驟11，可獲得一基體，較佳地，一可成形基體薄膜或薄片，諸如，用於容納電子設備。任擇地，在步驟11前或時，可藉由(例如)印刷在薄膜上生產裝飾、圖形指示、色彩等。可將此省略，或在方法流中更改其位置。替代地或此外，諸如保護性層之其他層可具備此等特徵。舉例而言，可應用絲網印刷或噴墨印刷。通常可使用IMD/IML相容方法來提供裝飾性或指示性(例如，指導性)特徵。可獲取且任擇地處理(諸如，塗佈、著色(若一開始非所要之色彩，或例如，最適宜程度之透明度或半透明度)、雕刻、壓印、塑性等)易於製造之基體材料，例如，塑膠薄膜卷，或可藉由模製(諸如，注入模製)或其他方法自所要的原材料從零開始在室內生產基體自身。
在各種實施例中，該基體可為可成形的。其可實質上屬可成形材料，諸如，可熱成形材料，或至少包含一可成形層。一開始，潛在地實質上平坦(例如，薄片狀(在xy方向上延伸得相當多，而在厚度或z維度較小且基本上恆定))第一基體可因此利用諸如熱成形之一合適形成方法來形成，以展現一所要的至少局部三維(3D)形狀(變化厚度，亦即，在z方向上之變化尺寸)，具有(例如)在模製前或期間建立之突起或凹陷形狀。
諸如第一基體及可選第二基體之材料層可根據由每一使用情形設定之要求來加工及塑形。其可展現例如矩形、圓形或正方形之大體形狀。其可實質上無孔或含有凹座、凹口、通孔、切口或開口，視情況用其他材料填充，此係出現諸如以下之各種目的：至其他元件之附接、傳導電及(例如)有關電力或其他信號、裝配電子設備及其他組件、提供用於光或其他輻射、流體等之過道或變薄部分。
該(等)基體以及塑膠層或潛在另外層(油漆、墨水、薄膜等)可經組配以展現可在外部察覺之所要的色彩或圖形圖案。舉例而言，可利用IML程序在結構中佈置內嵌之圖形。
該等(較佳地，可成形)基體(諸如，薄膜或薄片)可為可撓性的。基體可包含以下各者或基本上由以下各者組成：例如，塑膠/聚合物，諸如，聚碳酸酯(PC)、聚碳酸酯/丙烯腈丁二烯苯乙烯(PC/ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚醯亞胺、甲基丙烯酸甲酯與苯乙烯之共聚物(MS樹脂)、聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)或金屬。該(等)基體薄膜或薄片可包含有機或生物材料，諸如，木頭、皮革或織物或此等材料中之任一者相互或與塑膠或聚合物或金屬之組合。諸如薄膜或薄片之基體亦可經進一步處理，諸如，塑形、成形、塗佈等。
該等基體可包括浮雕形式或形狀，諸如，相對於表面平面之突起、脊、凹槽或凹座，任擇地，通孔。此等特徵可用以容納或至少部分在基體內嵌有諸如導體、電氣組件等之元件。類似特徵可存在於保護性層中。
根據本發明之一實施例，在步驟11，可獲得兩個(較佳地，可撓性)基體，諸如，薄膜或薄片。該等基體可相對於彼此類似或不同。一或兩者可用於容納電子設備，諸如，電子組件或導體或傳導性區域，例如，補片或電子接觸墊。例如，基體可基本上為二維或平坦的薄片狀(天然地具有一有限厚度，然而，此為相對於形成平坦狀形狀之其他兩個尺寸小的尺寸)。
在步驟12，可將一或多個應變計印刷於該或該等基體上。此可有必要使用任一已知印刷方法，諸如，絲網印刷或噴墨印刷。墨水有利地為導電墨水，其可為透明的，或在一定程度上透明，或不透明。
關於傳導性墨水之性質，其可為包含各種材料之組合物，該等材料諸如，導電材料，及黏合劑材料或組合物，及溶液(其在印刷後之恰當的情況下蒸發)。傳導性材料可為(例如)銀、碳或石墨烯。可將聚合物材料用作黏合劑。經由使用合適之傳導性墨水，亦即，藉由調整墨水之含量，使得應變計展現使用中之所要的性質(諸如，電阻率及/或回應於應變的電阻率之改變)，藉由印刷製造應變計提供優勢。舉例而言，可調整不同傳導性粒子相對於彼此之量。替代地或此外，舉例而言，可調整傳導性粒子之量對黏合劑之量之比率。藉由該等量之合適選擇，可按需要將墨水之電氣及/或機械性質如是調整。
根據本發明之一實施例，正使用之墨水為軟墨水材料。藉由利用熟習此項技術者已知之軟墨水材料，避免了導體(例如)使結構自身更剛性，且因此，應變計裝置對歸因於引向裝置之力或壓力之變形不太敏感。在步驟12，該或該等應變計及其元件(諸如，接觸墊、跡線、補片、線圈狀結構或導體)可藉由例如印刷提供至在一(較佳地，可撓性)基體(諸如，一或多個薄膜或薄片)上之一或多個所要的位置，且可分別藉由適當安裝技術來附接電子組件。可因此形成可撓性印刷電路(FPC)結構。安置可包括使用黏著劑、膏狀物及/或傳導性墨水，用於(例如)建立及保證所要的機械及電氣連接。取決於實施例，步驟11及12可重複或交替地執行，於是，其分成專用執行階段並非始終必要或甚至可能。
該或該等應變計可較佳地為導電跡線、補片或平坦線圈，諸如，包含銅、金屬網、氧化銦錫(ITO)或類似者。
在可選步驟13，可發生形成，諸如，熱成形或冷成形，例如，藉由壓入成形或使用真空或壓力。在形成期間，可利用一模具結構將該(等)較佳地可成形基體(例如，可撓性基體薄膜)塑形至一所要的實質上3D形狀。若一些電子組件已佈置於待形成之基體上，則其應已經較佳地安置，以便避開在形成期間出現的最大應力之位置，諸如，最大壓力或曲率之位置。
在將電路之至少部分提供至第一基體以便避免或至少減小電子設備之複雜3D總成後，可發生形成。形成可仍然發生於使用(例如)注入模製將塑膠層模製於基體及提供於其上之電路上以至少部分將其包覆模製之前(例如，作為一單獨之製程步驟)發生。然而，在一些實施例中，形成可與模製一起執行。為了有助於或增強此用(例如)木頭基體(諸如，三合板或膠合板)之形成，可首先使基體潮濕。
在步驟14，可將印刷於諸如薄膜之基體上之應變計佈置至由一模具結構界定之一空腔內。此可藉由利用一模具結構及將諸如基體薄膜之基體(若有兩個)佈置於模具結構之空腔之相對側上來實施，在此之後，準備模具結構用於模製，諸如，藉由使空腔板或模具零件在一起以形成模具空腔。在14，模製例如熱塑性、熱固性、彈性材料、聚合物、有機、生物材料、複合物(諸如，有機或圖形)以及其任何組合之較佳塑膠層，較佳地，使用注入模製技術。藉由在應變計上模製材料層提供以下優勢：應變計至模製材料層的機械耦接變強且耐久，且模製材料層提供用於將力經由其傳送至應變計以感測為應變(且經由應變計之電阻之改變)的良好介質。
模製層可通常併有彈性體樹脂，外加其他選項。更詳細地，模製層可包括一或多種熱塑性材料，該一或多種熱塑性材料包括選自由以下各者組成之群組的至少一種材料：PC、PMMA、ABS、PET、耐綸(PA，聚醯胺)、PP(聚丙烯)、TPU(熱塑性聚胺基甲酸酯)、聚苯乙烯(GPPS)、TPSiV(熱塑性矽酮硫化膠)及MS樹脂。在一些實施例中，可替代地或另外將熱固性材料與諸如反應性模製之合適模製方法一起利用。步驟13及14亦可實質上同時執行，例如，當諸如薄膜之基體已經佈置至模具空腔內時及當正藉由利用接著使基體形成為一或多個3D形狀之高壓來將模製材料注入至空腔內時，亦即，其中之一或多者。
在步驟19，結束方法執行。一旦模製材料已充分地固化，則可將製造之應變計裝置取出模具結構。固化之時間週期可(例如)受到在注入時的模製材料之溫度影響。藉由印刷至基體且進一步模製基體，該(等)應變計緊緊地緊固至經受應力(例如，藉由按壓)之結構，因此與(例如)後層壓之結構相比，回應較好；尤其將應變計定位至後層壓之儀錶板部件上之此等結構。
關於使用習知應變計，印刷之應變計的使用尤其有利，因為由模製過程引起之壓力可高得使習知應變計變損壞，或至少失去對在模製材料包圍且按壓應變計時之應變的敏感性。此外，應變計，尤其當印刷於第二基體上模製材料層之相對於意欲接收待感測之壓力的外表面之相對側上時，比在於應變計之上使用一單獨塑膠層或層壓層之情況下更好地機械耦接至該外表面。該較好附接提供以下效應：施加至在模製材料層之相對側上的該外表面之壓力正經由模製材料層比在使用層壓之結構之情況下更好地傳輸至應變計。
在各種實施例中，該(等)基體可包含選自由以下各者組成之群組的至少一種天然且常常但未必為有機生長之材料或基本上由該材料組成：木頭、實木、三合板、膠合板、樹皮、樹皮縐、樺樹皮、軟木(包含樹皮組織之木栓層)、天然皮革，及天然紡織品或織物材料(例如，其可從天然纖維編織或針織，或以其他方式生產)，諸如，棉花、羊毛、亞麻布、絲綢或類似者。如明顯地，以上選項中之一些重疊，且可關於(例如)木頭及三合板或膠合板同時出現。在各種實施例中，該第一基體實際上包含以下各者或至少主要由以下各者組成：有機、生物、生物材料或類似者，或此等材料相互且可能與其他材料(視情況基於碳之材料及/或各種塑膠)之任何組合。在木頭基體之情況下，可在木頭基體之表面上提供一漆層或再一模製材料層。在本發明之各種實施例中，另外模製材料層可提供於在基體中使用之各種材料上。
在各種實施例中，第一基體或至少一子部分(諸如，木頭、紡織品、皮革或其其他有機、天然基層)可小於約數(例如，2-6) mm厚，較佳地小於約1 mm厚，甚至更佳地小於約0.5 mm厚，且最佳地小於約0.3 mm厚。倘若第一基體含有(例如)前述紡織品、皮革或例如三合板或膠合板之木頭層及(例如)塑膠材料(例如，塑膠薄膜，諸如，熱塑性薄膜)之至少一個另外層，則取決於基體之厚度，所得基體構造之總厚度可仍然至少局部保持在以上極限或稍微更大，通常最大大一或兩毫米。應變計裝置之功能特性可受到用於印刷的使用之墨水之性質(如亦在本文中較早先所描述)、受到應變計之幾何形狀及/或大小、基體之材料、應變計之導體之長度、寬度及厚度及因此作為上述特徵中之兩個或更多個之組合、應變計之電阻或應變計之零件的電阻率影響。上述特徵單獨或組合起來亦可影響應變計之電阻相關於施加之應變/壓力/力而改變之方式。
在壓力之感測中，可藉由例如經由類比至數位(AD)轉換器將應變計之端子耦接至一控制單元(諸如，微控制器)來利用應變計，該轉換器可為一或多個單獨AD轉換器，或包含於微控制器。可基於應變計之性質(例如，基於其電阻)來選擇微控制器及/或AD轉換器。另一方面，可藉由考慮待用以操作應變計裝置之微控制器及/或AD轉換器之性質來設計應變計，例如，按應變計之適當幾何形狀或尺寸以便匹配電氣參數(諸如，阻抗)，使得可不需要單獨放大器，而是一簡單微控制器足以操作應變計。
藉由利用施加至應變計之端子的一激勵電壓，可將應變計用作一感測裝置。激勵電壓可自任一合適的電壓源施加，例如，產生5 V或12 V之輸出電壓。電阻之改變可(例如)由一惠斯登電橋組配或用於量測組配中之電阻中之一些之間的不平衡以便量測應變計之電阻之改變的任一其他合適組配來感測。
根據本發明之一實施例的應變計裝置之應變計可易於經設計成展現任一電阻值，例如，按合適尺寸，且因此，結合在量測組配(諸如，惠斯登電橋組配)中包含之某些電阻來使用。
應變計裝置可用於藉由判定為電阻之相對改變與機械應變之比率的應變計或應變因數來感測裝置上之壓力。根據本發明之一實施例，可將電阻之相對改變與機械應變的0.01-0.2之應變因數用於判定裝置上的壓力之存在。
包含於應變計裝置中或與應變計裝置一起佈置之量測佈置或系統可較佳地包含包含至少一處理單元或一處理器之一控制單元或一微控制器。該控制單元可經組配以量測由一外部物件(諸如，使用者之手指)引向應變計之應變，或替代地，應變計裝置可在量測結構中存在之應變且偵測其中之任何改變時來組配。可連續地量測應變計之電阻之值，且若將裝置用作一按鈕或一開關，則若電阻之值超過或變得低於一臨限值，則執行該動作。此外，可能需要基於溫度或歸因於應變計之老化或「蠕變」及其電阻值來調整臨限值。可能需要定期或隨機地或在需要時校準電阻值及/或其回應於應變之改變。替代地或此外，裝置之操作可基於藉由量測偵測電阻值之瞬態。此外，該瞬態可經特性化，且與人之按壓動作之時域或頻域模型比較。此可包含在模型中及關於量測之信號定義增大之應變之持續時間及/或某些斜率及/或量測之電阻(亦即，應變)之上升及/或下降沿之持續時間。
圖2示意性說明根據本發明之一實施例的一應變計裝置20。首先，在201，可獲得諸如平坦基體之第一基體21A，其可較佳地為可成形的，用於容納電子組件。接著可將一應變計22佈置於第一基體21A上，較佳地，藉由印刷，諸如，絲網印刷或噴墨印刷。接下來，在202，說明容納應變計之第一基體21A的應變計22可與一模製材料層23包覆模製在一起或內嵌至模製材料層23內。此可藉由使用一模製裝置來進行，諸如，利用注入模製。可界定模製材料層23之其他邊緣27，例如，藉由模製裝置之模製空腔，或其模具之結構。
此外，諸如微控制器25之一控制單元25可佈置於至應變計22之電氣連接26中，如在圖2中所說明。微控制器25可佈置於第一基體薄膜21A上，且因此，亦內嵌至模製材料層23內，或至某一其他處，例如，相對於模製材料層23在外部。
根據本發明之各種實施例的應變計裝置20可包含一個以上應變計22。應變計22可相互並行地印刷於第一基體薄膜21A上。然而，應變計22可替代地或另外提供於彼此之上，使得一個應變計22提供至第一基體薄膜21A上，而另一應變計22藉由具有提供於其間之一電氣絕緣材料而印刷於該一個應變計22上，例如，藉由印刷。可提供電氣絕緣材料，例如，藉由在於電氣絕緣材料上之關於該一個應變計22之對應部分處印刷該另一應變計22前在該一個應變計22上印刷電氣絕緣材料。因此，在一個位置處可存在若干應變計22，其可單獨用來監視在彼位置處之應變或施加之壓力/力。此外，可將凹座及突起用於將待感測為應變之力引導至應變計22。凹座及突起可用於例如在正將應變計22用作按鈕或開關之一部分之情況下的按鈕或滑塊之位置之指示。此外，凹座及/或突起可對具有視覺缺陷之使用者有利。
舉例而言，根據本發明之各種實施例，應變計裝置20可經組配使得由應變計22量測的應變之量值可用作指示使用者之命令之強度。裝置20可因此經組配以(例如)控制用於將車窗向上及/或向下移動之一致動器。該致動器可回應於應變計裝置20感測到施加之壓力而開始降低或升高窗。然而，由應變計裝置20量測的應變之量值可另外用以控制降低或升高窗之速度。因此，可將應變之存在用作一開關命令，及經量測以指示待執行的動作之增益或強度之量值。
根據本發明之各種實施例，可將應變計22用作一加熱元件。在此等實施例中，應變計22應經設計成承受所要的溫度值，或應將注入至應變計22以便升高應變計22之溫度的功率保持得足夠低以便不損壞應變計22。加熱元件可用於(例如)應變計22亦正被用於手開關偵測(亦即，以偵測使用者之手實際上在轉向盤上之時間)之轉向盤中。
應變計22之電阻可隨溫度而變化。根據本發明之一實施例的溫度對應變計22之電阻之效應可受到補償，例如，藉由基於影響應變計22之溫度變化施加至應變計22的激勵電壓之位準。此可(例如)藉由組配微控制器或AD轉換器或電壓源(不管哪一個用來提供激勵電壓)以基於溫度調節應變計22之激勵電壓來實施。根據本發明之一實施例，可藉由較佳地在其上印刷應變計22之同一或類似基體上提供與應變計22分開一段距離之一參考電阻器及藉由模製材料層23包覆模製參考電阻器來實施溫度補償，參考電阻器之溫度行為因此固有地類似於應變計22之溫度行為。此可接著用於應變計22之溫度補償中。如上文描述之參考電阻器可自身亦為一應變計22。可存在可用於溫度補償之一或若干個參考電阻器。
溫度對應變計22之效應亦可用於開發一溫度感測器過程中。此可需要在某一參考溫度下校準電阻之值，且接著基於應變計22之溫度之溫度行為組配控制系統或控制單元以判定影響應變計22之溫度。此外，此可需要偵測存在施加至應變計22之一相當大壓力之時間以便將歸因於應變/壓力/力改變之實情的準確溫度判定提供至應變計22之電阻。
根據一實施例，一單獨溫度量測可用於溫度補償中，諸如，量測環境溫度及將資料輸入至控制單元或一單獨溫度補償系統。
在其上已印刷應變計22之一些基體中，溫度對應變計22之電阻之效應基本上至少在某一溫度範圍中為線性。然而，在一些基體中，該效應亦可為非線性。控制單元或溫度補償系統(例如，包含溫度量測、微控制器，及任擇地，一激勵電壓源)可經組配用於提供相對於其上將或已提供應變計22的使用之基體之合適補償電壓。
應理解，在圖3至圖14中說明之實施例中，亦可利用溫度補償及將應變計用作一加熱元件或一溫度感測器。
圖3示意性說明根據本發明之一實施例的一應變計裝置20。在基本上關於圖2中展示之201類似之301，可進一步形成(諸如，熱成形或冷成形、真空成形、壓力成形或高壓成形)容納應變計之基體21A，例如，藉由利用表格印刷機或空氣壓力，較佳地，以具有如在302處展示之3D形狀。在303，說明容納應變計之基體21A的應變計22可與一模製材料層23包覆模製在一起或內嵌至模製材料層23內。此可藉由使用一模製裝置來進行，諸如，利用注入模製。可藉由模製裝置之模製空腔或其模具之結構界定模製材料層23之其他邊緣27。如可看出，歸因於形成，應變計裝置20展現三維形狀。
根據本發明之一實施例，第一基體21A及第二基體21B可較佳地為薄金屬膜或薄片。應變計22可印刷於此金屬膜或薄片上，且與模製材料層23一起包覆模製。然而，可有利地在第一基體上提供一絕緣層，此用介電墨水印刷一介電層，且可接著在該絕緣層上印刷應變計22。應變計22可用以監視、感測或偵測施加至金屬膜或薄片之壓力，其中，例如，歸因於金屬膜或薄片之相對高傳導性，電容性感測裝置可能不會恰當地工作。金屬膜或薄片較佳地應使得其經組配以彎曲，使得作為對金屬膜或薄片之彎曲之一回應，應變計22彎曲。在一些實施例中，該金屬膜或薄片可因此需要經組配以當一使用者(例如)藉由他/她的手指或手臂施加力時彎曲。然而，在一些應用中，應變計22可用以監視金屬膜或薄片之變形，在正常條件中，不應發生此變形，且可因而提供損壞物件或裝置之一指示。根據一個實施例，第一基體21A為金屬(諸如，金屬膜或薄片)，且應變計22及任擇地其他電子組件經佈置至第二基體21B，例如，用於容納電子設備之基體薄膜。
根據一實施例，第一基體薄膜21A及/或另外基體薄膜可包含金屬，諸如，較佳地為薄金屬膜或薄片，較佳地具有高電阻率，諸如，高於或等於0.1微歐/公尺，此有助於包含傳導性墨水的應變計22之操作。
根據本發明之一實施例，可存在提供至第一或另外基體上之圖形，其可具有高介電常數或傳導率，且因此電容性感測裝置之使用可為困難的。在此等應用中，根據本發明之一實施例的應變計裝置20之使用可尤其有利。
圖4A至圖4D示意性說明根據本發明之各種實施例的應變計22。如可看出，可將應變計22生產為具有各種形狀中之一者。雖然已在圖4A至圖4D中僅說明四個實例，但顯然，應變計22可展現某一與在討論中之圖中說明之形狀不同的形狀。舉例而言，應變計22之端子可較佳地連接至亦可印刷之電氣導體41。此外，可存在接觸墊42，其用於將電氣導體連接至應變計22，例如，藉由印刷或其他其他方式。圖4A及圖4B說明矩形應變計22，且圖4C及圖4D說明弧形應變計22。如可看出，弧形應變計22關於彼此不同之處在於，圖4C中之應變計22之傳導性條帶類似一Z字形圖案，而在圖4D中，該圖案包含形成應變計22之弧形且連接性部分。
可選擇用於應變計裝置20之幾何形狀，使得可使施加之壓力之誤偵測最少化或至少減少。模製材料層23可(例如)由兩個不同部分及/或材料製成，或在兩個部分之間具有一間隔物以便使裝置之不同部分相互絕緣，因此創造可由不同應變計22或應變計22之集合監視的壓力感測區域。
圖5示意性說明根據本發明之一實施例的一應變計裝置20。首先，在501，可獲得諸如平坦基體之一第一基體21A及一第二基體21B，其可較佳地為可成形的，用於容納電子組件。接著可將應變計22佈置於基體21A、21B中之一者上。接下來，在502，說明藉由在第一基體21A與第二基體21B之間模製一模製材料層23，容納應變計之基體(在此特定情況中，第一基體薄膜21A)的應變計22可與該模製材料層23包覆模製在一起或內嵌至該模製材料層23內。此可藉由使用一模製裝置來進行，諸如，利用注入模製。應注意，應變計裝置20亦可替代地或另外(包含至少兩個應變計22之一裝置20)佈置於第二基體21B上。
此外，第一基體21A及第二基體21B中之至少一者可包含其他電子組件61，諸如，導體、電子設備、跡線、襯墊、補片等。根據一些實施例，可將諸如微控制器25之控制單元25佈置至關於應變計22之不同基體。電氣連接26可接著延伸穿過模製材料層23。
在本發明之各種實施例中，可將第一基體21A佈置至裝置20之外邊緣，此意謂待由裝置20感測之壓力經設計成自裝置20之彼側(亦即，自一第一側)施加或期望自彼側引導。因為溫度亦通常影響材料之電阻率，所以應變計22亦可受到如本文中較早先描述之溫度之改變影響。因此，藉由在第二基體21B上佈置應變計22，亦即，與裝置20之第一側由模製材料層23隔絕，在應變計22之操作時的溫度對第一側之效應可最小化或至少減小。模製材料層23因此使應變計22與環境溫度或與裝置20接觸或關於裝置20在緊靠附近(尤其，在第一側上)之任一物件之溫度隔絕。
圖6示意性說明根據本發明之一實施例的一應變計裝置20。步驟601基本上關於圖5中展示之步驟501類似。在602，可至少形成(諸如，熱成形或冷成形、真空成形、壓力成形或高壓成形)容納應變計之基體，例如，藉由利用表格印刷機或空氣壓力，較佳地，以具有3D形狀。較佳地，在602可形成第一基體21A及第二基體21B兩者。在603，說明藉由在第一基體21A與第二基體21B之間模製一模製材料層，容納應變計之基體的應變計22可與該模製材料層23包覆模製在一起或內嵌至該模製材料層23內。此可藉由使用一模製裝置來進行，諸如，利用注入模製。如可看出，歸因於形成，應變計裝置20展現三維形狀。諸如微控制器25之控制單元25可佈置至關於應變計22之不同基體。電氣連接26可接著延伸穿過模製材料層23。
關於材料選擇，第二基體21B可實質上由選自由以下各者組成之群組的至少一種材料組成或包含該至少一種材料：聚合物、熱塑性材料、PMMA、PC、聚醯亞胺、MS樹脂、玻璃、PET、碳纖維、有機材料、生物材料、皮革、木頭、紡織品、織物、金屬及類似者。使用之材料可至少局部導電，或更通常地，絕緣。仍然，關於不透明/透明、透射率等，光學性質可取決於實施例而變化。
圖7示意性說明根據本發明之一實施例的一應變計裝置20。應變計22已提供(諸如，印刷)於第二基體21B上，但亦可提供於第一基體21A上。裝置20可進一步包含一電容性感測裝置70，其包含一第一電容性感測元件71及一第二電容性感測元件72。電容性感測元件71、72可為(例如)平坦傳導性元件或「補片」。根據圖7中展示之實施例，諸如Rx電極之第一電容性感測元件71可印刷或佈置為第一基體21A上的一易於製造之組件。諸如Tx電極之第二電容性感測元件72可印刷或佈置為第二基體21B上的一易於製造之組件。應變計22可(例如)平行於第二電容性感測元件72佈置，或若第二電容性感測元件72具有一閉合形狀(諸如，一矩形或一圓形)，則由該元件72包圍。根據本發明之一實施例，印刷之應變計22可用作電容性感測裝置之一電極。根據另外實施例，電容性感測元件71、72可佈置至同一基體，或關於該或該等應變計22平行地佈置至同一平面，亦即，至一不同位置，或至一不同基體及至一不同位置或與應變計22對準。在將應變計22用作按鈕之一部分之情況下，電容性感測裝置70或其至少一感測元件71、72可佈置至同一按鈕，甚至使得應變計22充當電容性感測元件71、72中之一者。圖7中展示之應變計裝置20或一類似種類之裝置20可用作一感測裝置，使得來自電容性感測裝置70及應變計裝置20之資訊可用以偵測施加之壓力或「觸碰」。根據一個實例，電容性感測裝置70之量測可用作一第一觸發事件或提供一第一觸發信號，例如，當在一量測或壓力感測系統中超過一第一臨限值時。該系統可經組配以僅在接收到第一觸發事件後開始量測應變計22之輸出，因此，應變計22可用以驗證電容性感測裝置70之量測。因此，由電容性感測裝置70進行之錯誤量測可有利地藉由由應變計20進行的感測之確認來避免。此亦為有利的，因為可將應變計22保持為被動且不消耗電力，只要不存在由電容性感測裝置70感測之第一觸發事件。根據另一實例，應變計22可在量測或感測系統中用以感測或量測第一觸發事件，在此之後，可使用電容性感測裝置70驗證或確認應變計22之量測結果。可僅在電容性感測裝置70及應變計22皆指示按動之存在(亦即，正施加足夠力)後執行意欲之動作，例如，歸因於某一按鈕或在某一位置處之按動。
根據本發明之一實施例，電容性感測裝置70可經組配以判定使用之手或手指或用於使電容性感測裝置70反應之物件的位置。判定之位置可接著用以啟動應變計22，亦即，基於由電容性感測裝置70進行之判定之位置量測應變計22之電阻，及因此，驗證該手或物件之位置，及任擇地，判定一命令已由使用者給出。該系統可接著經組配以進行與此命令有關之動作。舉例而言，若存在佈置至目標裝置或系統內之複數個應變計裝置20，則基於電容性感測裝置70之量測，僅可啟動其中之一個或一部分。此具有以下優勢：例如，其餘或未啟動之應變計22不消耗電力。根據另一實施例，一個或若干個應變計22可經佈置及組配以判定(例如)使用者之手指在使用者介面上之位置，且接著電容性感測裝置70可用於驗證位置及/或接收來自使用者之命令，例如，藉由一按動運動。
利用一應變計22及一電容性感測裝置70的根據本發明之一實施例的應變計裝置20之操作之實例說明於圖8A及圖8B中。
在圖8A中，在步驟80A，指一起動階段，可獲得包含至少一個應變計或若干應變計22及一個或若干個電容性感測裝置70之應變計裝置20，且將其組配供使用。在步驟81A，電容性感測裝置70可(例如)由一控制單元25結合應變計裝置20控制，以感測該或該等電容性感測裝置70之電容是否改變，且若是，則判定電容之改變之特性。在步驟82A，電容改變之特性可接著用以判定物件(諸如，使用者之手指)的位置或定位。可藉由結合電容性感測器利用之已知方法來判定位置或定位。接著在步驟83A，在該判定之位置或定位處的一或多個應變計22可(例如)由控制單元25及/或激勵電壓源啟動，用於量測是否正在感測壓力，亦即，該或該等應變計22之電阻是否已自其基值改變，或其是否將在正啟動該或該等應變計22時之時間週期期間改變。若在步驟84A未感測到壓力，則方法可返回至步驟81A。若另一方面，在步驟84A正感測壓力，則該或該等應變計22之量測結果可(例如)用以確認由電容性感測裝置70判定之位置或定位。因此，電容性感測裝置70可用以提供一第一觸發信號，且可回應於該第一觸發信號啟動該應變計22，例如，以確認由電容性感測裝置70進行的判定之位置，且任擇地，在步驟85A，在該位置或定位處的感測之壓力可經組配以觸發可為(例如)針對特定裝置或系統組配之任一功能性的一功能性或一動作。因此，諸如本文中解釋之應變計裝置20可用作(例如)一按鈕或一滑塊，或用作適合於觸發一動作的討論中之系統之任一控制裝置。步驟89A指方法流之結束。取決於所要的操作及裝置20之使用，圖8A之方法可連續或間歇地執行一次。
圖8B說明應變計裝置20之操作之另一實例。步驟80B指一起動階段，其中可獲得包含至少一個應變計或若干應變計22及一個或若干個電容性感測裝置70之應變計裝置20，且將其組配供使用。在步驟81B，該應變計22，或較佳地，該等應變計22，例如正由一控制單元25啟動，且監視其電阻。步驟82B可指將電阻值或其改變與(例如)一基值或一臨限值比較。若未感測到壓力，則方法返回至步驟81B。若另一方面，感測到壓力，則在步驟83B，可啟動在相應位置或定位處之該或該等電容性感測裝置70，且可監視其電容。在步驟84B，可基於監視之電容計算引起壓力之物件(例如，使用者之手指)的位置。若計算之位置對應於已感測到壓力的該或該等應變計22之位置，則可在步驟85B觸發一功能性，類似於如關於圖8A所描述。步驟89B指方法流之結束。取決於所要的操作及裝置20之使用，圖8B之方法可連續或間歇地執行一次。
根據本發明之又一實施例，應變計裝置20之應變計22及電容性感測裝置70可用於或經組配用於並行地或同時用來分別監視電阻或其改變及電容。此可需要使該或該等應變計22及該或該等電容性感測裝置70同時啟動且監視其有關量測參數(例如，電阻及電容)。量測結果可接著用於交叉檢查，或例如，利用該等量測結果中之一者用於監視環境條件及用於接收壓力之其他(例如，其為來自使用者之命令)。舉例而言，應變計22可用於監視溫度或振動，例如，當將電容性感測裝置70用作一按鈕或一開關時。
應變計裝置20與電容性感測裝置70之組合可經組配以由該控制單元25或該等控制單元25操作。在一單一控制單元25之情況下，可基於分時或分頻方法來劃分該等裝置20、70之操作。
藉由按本文中(特定言之，關於圖1)描述之方法製造如上文所描述的包含一應變計22及電容性感測裝置70之結構，提供可在一個製程中製造該結構之優勢，因此產生一有效方式來生產其及導致包含用於用作感測器、按鈕或開關之一壓力感測裝置的一整合式且耐久結構。此外，電容性感測裝置70及應變計裝置20可經組配以驗證彼此之量測結果，例如，藉由使用包含至少處理器及其他已知必要組件之一控制單元25。
圖9A、圖9B及圖9C示意性說明根據本發明之一實施例的應變計裝置20。在圖9A中，已藉由使用兩種不同材料來生成模製材料層23。第一模製材料23A已用於該應變計22或該等應變計22駐留的裝置20之部分中。應變計22可經包覆模製或內嵌至第一模製材料23A內，或可在應變計22與第一模製材料23A之間提供其他材料層。可能已用至少第二模製材料23B模製其他部分。該其他材料可為(例如)第二模製材料23B之一相對薄層。第一模製材料23A可較佳地比第二模製材料23B軟，以便使應變計裝置20對在應變計22處施加至裝置之壓力更敏感，而具有第二模製材料23B的裝置20之部分可不太敏感。可存在(例如)用作軟第一材料23A之聚胺基甲酸酯，而較硬第二材料23B可為較硬塑膠。此外，可將凹座或突起提供至應變計22駐留之部分。
圖9B以關於剖面A-A之橫截面圖展示裝置20。該應變計22或該等應變計22可佈置(例如，印刷)於第一基體21A及第二基體21B中之任一者或兩者上。展示裝置20展現平坦或二維狀形狀，然而，其可亦形成為具有一3D形狀。藉由在待提供「內」表面之基體(亦即，在模製材料層23A及23B之相對側上的基體為待量測之壓力經設計成施加至之基體)上佈置應變計22，局部溫度改變(例如，歸因於人的手指)對應變計22之量測結果的效應可最小化或至少減小，因為模製材料層23A及23B將應變計22與局部溫度變化(不管是溫度增大還是減小)隔絕。壓力仍然經由模製材料層23A及23B高效地傳輸，且可藉由應變計22量測。在圖9B中，可認為第一基體21A駐留於(例如)裝置20之外表面上，且因此，將其設計成接收待量測之壓力。在此情況中，可認為第二基體21B駐留於裝置20之內側上。如可看出，第一模製材料層23A可較佳地模製於裝置20之對應部分處作為應變計22。第一模製材料層23A實質上自第一基體21A延伸穿過裝置20。
圖9C以關於剖面A-A之橫截面圖展示裝置20之另一實施例。在此情況中，如可在圖9C中看出，第一模製材料層23A不延伸穿過裝置20，而是僅穿過裝置20之厚度之一部分。可將應變計22印刷至第一基體21A或至第二基體21B，或，若例如已在第一階段中模製第二模製材料層23B，則可在第二階段中將應變計22佈置於第一模製材料層23A待模製至的凹座或洞之底部上。替代地或另外，圖9C中說明之應變計裝置20可使得省略第一模製材料層23A，亦即，將應變計22佈置(例如)於第二基體21B上，且模製材料層23、23B可至少在裝置20之關於該或該等應變計22之對應位置處較薄，亦即，至少局部不太厚(在一平坦基體之情況下，在z方向上較短)。圖10A至圖10C自上方或下方(圖10A)及作為關於剖面C-C之橫截面側視圖(圖10B及圖10C)示意性說明根據本發明之一些實施例的應變計裝置20。裝置20可包含佈置至脊28或突起28或至一凹座(凹槽)28或洞28之一個或較佳地多個應變計22。在具有多個應變計22之情況中，應變計裝置20可經組配以作為一滑塊(例如，作為一觸摸滑塊)操作。雖然可將多個應變計22佈置於平坦基體之表面上及裝置20可經組配以作為一滑塊操作，但圖10A說明應變計22佈置於脊28或凹座28上。藉由具有脊28或凹座28，引起應變之力經更好地傳輸至該或該等應變計22。圖10B說明在一脊28或一突起28中包含一或多個應變計22的裝置20之一實施例。圖10C說明在一凹座28、一洞28或一凹槽28中包含一或多個應變計22的裝置20之一實施例。
圖11A及圖11B示意性說明本發明之一實施例。圖11A說明包含佈置於基體21A、21B上之多個應變計22的一應變計裝置20。根據圖11A之實施例，存在佈置於第一基體21上之三個平行的應變計22，亦即，較佳地在關於其模製材料層23之內表面上且因此與模製材料層23內嵌在一起之第一應變計22A。此外，可存在佈置於第二基體21B上之另三個平行應變計22B，亦即，較佳地在其內表面上且因此與模製材料層23內嵌在一起之第二應變計22B。第一基體21及第二基體21B之應變計22A、22B分別可重疊，使得每一應變計22之部分可駐留於裝置20之關於在相對基體上之一或多個應變計22的一對應部分處，亦即，一第一應變計22A相對於一第二應變計22B。至少一個第一應變計22A可至少部分在關於至少一個第二應變計22B之一對應位置處。根據一實施例，在第二基體21B上之應變計22B可關於在第一基體21A上之應變計22A垂直佈置且如上方所描述重疊。根據一實施例，可藉由按如在圖11A中之一方式重疊佈置應變計22A、22B來獲得一觸控式螢幕，尤其，當將透明墨水用於印刷時。
圖11A中展示之組配可用以找出壓力正施加至之區域的位置。此可藉由量測所有六個應變計22A、22B之輸出來實施。六個應變計22A、22B尤其界定或形成九個區域或點，亦即，可用以偵測壓力點之矩陣。舉例而言，若將壓力施加至包含應變計22的裝置20之表面之右上角，則在第一基體21A上之右邊的應變計22A之電阻比在第一基體21A上之其他兩個應變計22A之電阻改變得多。此外，因為在第二基體21B上亦存在應變計22B，所以在第二基體21B上的最頂部應變計22B之電阻比在第二基體21B上的其他兩個應變計22B之電阻改變得多。因此，可使壓力點位於裝置20之右上角。應注意，包含由應變計22A、22B界定之此等量測點的矩陣之大小可具有任何大小，例如，二乘二、如圖11A中展示之三乘三、或三乘四、或四乘四等。圖11B以關於剖面B-B之橫截面圖展示圖11A之裝置20。
根據一實施例，第一應變計22A及第二應變計22B可尤其佈置於同一基底(亦即，第一21A或第二21B)之表面上。第一應變計22A可印刷於第一基體21A上，且接著電氣絕緣材料(諸如，介電層)可印刷於第一應變計22A上，且接著第二應變計22B可印刷於介電層上，藉以介電層將第一應變計22A與第二應變計22B相互電氣分開。在同一位置處具有一個在另一個上的多個應變計22之優勢為，每一應變計22之量測可用於交叉檢查或驗證應變計22之量測結果。此外，此允許對溫度或其他應力蠕變或偏移之自校正。根據再一實施例，佈置於同一位置處之應變計22可諸如為其方向敏感。此意謂，一個應變計22可對x-y平面之x方向較敏感，且另一個對y方向較敏感。亦可進一步存在佈置至其之方向敏感應變計22。
根據一些實施例，在印刷應變計22、22A、22B過程中使用之傳導性墨水可為透明的，此使生產一觸控式螢幕有可能，其中應變計22、22A、22B用以感測觸碰之存在及位置。然而，根據另一實施例，使用之墨水可不透明。
圖12說明本發明之又一實施例。可存在印刷於實質上在一平面上之一基體21A、21B上的至少三個應變計22，其中所述三個應變計22基本上界定一假想三角形之三個頂點。諸如此之組配可接著在當找出正施加壓力之點時的位置之三角量測過程中使用。在此情況中，圖12中之壓力點P在由應變計22界定之三角形區域上。如本文中提及的施加之壓力指在某一點或區域之壓力相對於周圍區域之壓力的偏差。此可為(例如)歸因於由使用者之手指進行之一按動運動的在一小區域上之一壓力增大。藉由將三個應變計22之電阻之改變相對於彼此比較，可判定壓力點P距應變計22中之各者的距離。若應變計或至少電阻值或其回應於應變/壓力/力之改變不相同，則此可需要將應變計22之基值相對於各者校準。如對技術人員顯而易見，應變計22之數目可高於三。
在製造製程中可應用注入模製。基體，及任擇地，保護性層(若已存在)，可用作模具結構或模具中之一插入物。任擇地，應用多射或多組分模製以提供(例如)多種材料至多層結構。塑膠層可至少部分光學透明及/或包含凹座或通孔以提供至下伏電子設備之視覺路徑，該等電子設備可包括光電子組件(發光二極體(LED)、光敏偵測器)或例如一顯示器，諸如，OLED (有機LED)顯示器。塑膠層可另外或替代地含有不透明(例如，有色或含有圖形)或半透明部分。塑膠層可進一步具備表面浮雕形式或用於各種用途之其他特徵，諸如，用於光學用途(例如，光入偶、出偶、散射或反射)。
根據一些實施例，取決於特定實施例及/或所得裝置20之意欲用途，在模製後，一額外層亦可(例如)經層壓(諸如，藉由使用黏著劑)至模製材料層23上或至基體21A、21B中之至少一者上。
熟習此項技術者應事先知曉或藉由現場測試依據使用之材料、尺寸及組分來判定最適宜之製程參數。可給出僅幾個例示性準則供一般指導。當基體為PET且待在其上包覆模製之塑膠為PC時，熔化之PC之溫度可在攝氏280度與320度之間，且可適用之模具溫度可範圍自約攝氏20度至95度，亦即，其可(例如)為約攝氏80度。諸如薄膜的使用之基體21A、21B及製程參數應經選擇使得基體在製程期間保持實質上為固體。
潛在預先安裝之電子設備已經較佳地附接至基體，使得其在模製期間保持靜態。任擇地，在製造方法之執行期間，可利用卷對卷技術，至少針對選定階段，諸如，給基體提供跡線/組件或將層整合在一起。卷對卷之應用需要來自使用之材料層的某一可撓性。因此，終端產品(獲得之裝置)可為可撓性的。然而，實務上，本發明亦可適用於具有多個剛性材料薄片或通常成件之所要的材料之情境。
併有該或該等應變計22之目標電子產品或裝置20可包括(例如)消費者電子裝置、工業電子設備、自動化設備、機械、汽車產品、安全或保護裝置、電腦、平板電腦、平板手機、諸如蜂巢式電話之行動終端機、報警裝置、可佩戴電子設備/產品(衣物、頭飾物、鞋襪類等)、感測器裝置、量測裝置、顯示裝置、遊戲控制器或控制台、照明裝置、多媒體或音訊播放機、視聽(AV)裝置、運動裝備、通訊裝置、運輸或攜帶設備、電池、光學裝置、太陽能電池板或太陽能裝置、傳輸器、接收器、無線控制裝置或控制器裝置。
根據一個實例情況，根據本發明之一實施例的應變計裝置20可用於偵測使用者之手在車輛之轉向盤上之時間，亦即，用於手開關偵測及/或在手開關偵測感測器中。此可藉由包含應變計22之一裝置20實施，該應變計22可用以偵測由使用者之手施加至轉向盤之壓力。
根據另一實例，當除了應變計22之外，亦將諸如電容性感測器之一電容性感測裝置70佈置至裝置20時，可將應變計22用作一第二觸發器或提供或產生一第二觸發信號，例如，若超過與量測之電阻值有關之第二臨限值，以便驗證電容性感測裝置70正確地指示在轉向盤上的手之存在。根據本發明之各種實施例的應變計22可有利地在電容性感測裝置70易於出錯(例如，歸因於來自電氣設備或類似者之干擾或歸因於在液滴或灰塵附近或旁的使用者之手的錯誤偵測)之應用中使用。在汽車工業中，與感測器之操作有關的可靠性為一重要安全問題。
應變計裝置20可有利地用作一感測裝置，其首先感測壓力正施加至該裝置，及/或其次，取決於施加的力之量值，可選擇執行不同動作，例如，在觸控式螢幕或控制設備(諸如，轉向盤或任一使用者介面)之情況下。根據本發明之實施例的應變計裝置20對不管使用者之手幹或濕之事實不敏感，此係因為裝置20至少部分基於由使用者或任何物件產生或傳輸至應變計22且感測為應變(經由應變計22之電阻或電阻值之改變的量測)之力或壓力操作。
在各種應用中，應變計裝置20之實施例可用於稱重。應變計裝置20可有利地佈置至諸如在圖13中展示之一稱重裝置110。與應變計裝置20一起之應變計22及量測系統可經組配以提供相對於置放於稱重裝置110上的一物件之重量(或歸因於重力，引起力之質量)之一量測信號。應變計裝置20可佈置至表面112，該表面112經佈置用於置放待稱重之物件，或可存在該物件意欲置放於其上之一額外表面或結構，且接著將壓力(或力)傳輸至應變計22。用於稱重之應變計裝置20或稱重裝置110可至少部分藉由利用本文中較早先描述之製造方法之一實施例來製造。稱重裝置110可較佳地包含一數位螢幕111用於對使用者呈現稱重結果。螢幕111可較佳地連接至一控制單元25，該控制單元25包含至少一處理器及用於判定應變計22之電阻值之改變以用於計算置放於稱重裝置110上的物件之重量(或質量)之構件。亦可存在包含於稱重裝置110中之一使用者介面，諸如，按鈕113。
在各種應用中，應變計裝置20之實施例可用於層位(諸如，液位121)指示。可有利地將應變計裝置20佈置至一層位(例如，液位)指示器裝置120，諸如，按包含一個或多個應變計22或應變計裝置20的條帶之一形式。應變計22及與應變計22一起之量測系統(諸如，控制單元25)可經組配以提供相對於待量測的量之層位(諸如，液位121)之一量測信號。可存在佈置至(例如)含有液體的一容器之一內側壁之一個或若干個應變計裝置20，諸如在圖12中所展示。根據一實施例，可存在可佈置於諸如圖14中說明之條帶中的應變計裝置20之若干個應變計22。該條帶可佈置至(例如)容器之一內側壁，且因此該條帶可用以指示液位，因為液體在液體之表面122B下方引起至應變計22之一靜態力，而在表面122A上方存在影響應變計22之空氣或大氣壓力。應注意，應變計裝置20亦可用作不同於液體(例如，沙子或其他此粒狀材料)之一層位指示器(裝置)。用於層位指示或層位指示器中之應變計裝置20可藉由利用本文中較早先描述之製造方法之一實施例來製造。
根據本發明之各種實施例的應變計裝置20可用於各種應用中，其中之一些在前文提出。然而，一般而言，根據本發明之一或多個應變計22可藉由印刷而提供於多種不同基體或表面上，且接著用於任何合適裝置或系統中。該等基體可為剛性或可成形或可撓性的。此外，基體可為平坦的，或展現顯著厚度。除了已在前文提出之內容之外，根據本發明之各種實施例的應變計裝置20可用於(例如)車輛中，諸如，在汽車座位中(偵測是否有人坐在座位上及/或用於加熱)，用於轉彎信號開關中，用於變速桿中，或用於用以控制車輛中之裝置(諸如，窗或照明等)的任何開關中。此外，應理解，根據本發明之實施例的應變計裝置20可用於不同於車輛之領域中，諸如關於圖13及圖14所描述。一般而言，可將應變計裝置20用作用於監視參數之一感測器，及/或用作用於操作(例如)任一合適系統中之一致動器之一開關。
在先前描述中描述之特徵可按不同於明確描述之組合的組合使用。雖然已參考某些特徵來描述功能，但彼等功能可由不管是否描述之其他特徵來執行。雖然已參考某些實施例來描述特徵，但彼等特徵亦可在不管是否描述之其他特徵中存在。
10、11、12、13、14、19、80A、80B、81A、1B、82A、82B、83A、83B、84A、84B、85A、85B、89A、89B、201、202、301、302、303、501、502、601、602、603…步驟
20…應變計裝置
21A…第一基體
21B…第二基體
22…應變計
22A…第一應變計
22B…第二應變計
23、23A、23B…模製材料層
25…微控制器
26…電氣連接
27…模製材料層之其他邊緣
28…脊/突起/凹座/洞/凹槽
41…電氣導體
42…接觸墊
61…其他電子組件
70…電容性感測裝置
71…第一電容性感測元件
72…第二電容性感測元件
110…稱重裝置
111…數位螢幕
112、122A、122B…表面
113…按鈕
120…層位指示器裝置
121…液位
然而，在隨附圖式之圖中，藉由實例而非藉由限制來說明本發明之實施例，以下簡要地描述該等隨附圖式。
圖1說明根據本發明之一實施例的方法之流程圖。
圖2示意性說明根據本發明之一實施例的應變計裝置。
圖3示意性說明根據本發明之一實施例的應變計裝置。
圖4A至圖4D說明根據本發明之各種實施例的應變計。
圖5示意性說明根據本發明之一實施例的應變計裝置。
圖6示意性說明根據本發明之一實施例的應變計裝置。
圖7示意性說明根據本發明之一實施例的應變計裝置。
圖8A及圖8B說明根據本發明之各種實施例的應變計裝置之操作之實例。
圖9A至圖9C示意性說明根據本發明之一些實施例的應變計裝置。
圖10A至圖10C示意性說明根據本發明之一些實施例的應變計裝置。
圖11A及圖11B示意性說明根據本發明之一實施例的應變計裝置。
圖12示意性說明根據本發明之一實施例的應變計裝置。
圖13示意性說明根據本發明之一實施例的稱重裝置。
圖14示意性說明根據本發明之一實施例的層位指示器裝置。

Claims (47)

  1. 一種用於製造應變計之方法，該方法包含下列步驟：
    獲得一第一基體，該第一基體包括用於容納數個電子組件之一第一可成形基體薄膜，
    藉由一印刷電子設備方法在該第一基體上印刷一應變計，以及
    在該應變計上注入模製一模製材料層，藉此將該應變計內嵌於該模製材料層中。
  2. 如請求項1之方法，進一步包含藉由熱成形、冷成形、真空成形、壓力成形或高壓成形中之至少一者形成包含該印刷之應變計的該第一基體。
  3. 如請求項1之方法，包含獲得一第二可成形基體薄膜，其中該模製步驟包含模製該第一可成形基體薄膜與該第二可成形基體薄膜之間的該模製材料層。
  4. 如請求項1之方法，其中該應變計為一第一應變計，該方法包含：
    在一第二基體上至少部分在關於該第一應變計之一對應位置處印刷至少一個第二應變計。
  5. 如請求項1之方法，包含：
    在該第一基體與一第二基體之間佈置用於控制該應變計之操作的一控制單元，以及
    利用一印刷電子方法在該控制單元與該應變計之間佈置一電氣連接，
    其中該模製步驟包含模製該模製材料層以嵌有該控制單元。
  6. 如請求項1之方法，包含在該第一或一第二基體上佈置電容性感測元件。
  7. 如請求項1之方法，其中該第一基體包含以下中之一者：塑膠、聚合物、聚碳酸酯、聚碳酸酯-丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚醯亞胺、甲基丙烯酸甲酯與苯乙烯單體之共聚物(MS樹脂)、聚對苯二甲酸伸乙酯、木頭、皮革或織物。
  8. 如請求項1之方法，其中該第一基體包含具有高於或等於0.1微歐/公尺之一電阻率的金屬，且該方法進一步包含在該第一基體上提供一絕緣層，且其中該應變計印刷於該絕緣層上。
  9. 一種應變計裝置，其包含：
    在一第一可成形基體薄膜上之一印刷之應變計，該應變計內嵌於一注入模製之材料層中，其中該第一可成形基體薄膜包括以下中之至少一者：塑膠、聚合物、聚碳酸酯、聚碳酸酯-丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚醯亞胺、甲基丙烯酸甲酯與苯乙烯單體之共聚物(MS樹脂)、聚對苯二甲酸伸乙酯、木頭、皮革或織物。
  10. 如請求項9之應變計裝置，包含至少三個印刷之應變計，且其中該裝置經組配以用於藉由三角量測基於該至少三個印刷之應變計定位施加至該第一可成形基體薄膜之一壓力。
  11. 如請求項9之應變計裝置，包含一第二基體，其中嵌有該應變計的該模製材料層佈置於該第一可成形基體薄膜與該第二基體之間。
  12. 如請求項9之應變計裝置，包含在該第一可成形基體薄膜上且與該應變計電氣連接地佈置之一控制單元。
  13. 如請求項9之應變計裝置，其中包含該應變計之該第一可成形基體薄膜已形成為一個三維形狀。
  14. 如請求項9之應變計裝置，其中該應變計為在該第一可成形基體薄膜之一第一應變計，且該裝置包含在一第二基體上至少部分在相對於該第一應變計之一對應位置處印刷之至少一個第二應變計。
  15. 如請求項9之應變計裝置，其中該應變計經組配成用作為一加熱元件。
  16. 如請求項9之應變計裝置，其中該裝置進一步包含一電容性感測裝置。
  17. 如請求項16之應變計裝置，其中該電容性感測裝置經組配以提供一第一觸發信號，且該應變計之電阻經組配以回應於該第一觸發信號而被監視，或
    該應變計之該電阻經組配以被監視且提供一第一觸發信號，且該電容性感測裝置經組配以回應於該第一觸發信號而被監視。
  18. 一種手開關偵測感測器，其包含如請求項9之應變計裝置。
  19. 一種轉向盤，其包含如請求項18之手開關偵測感測器。
  20. 一種用於使用如請求項9之應變計裝置之方法，其包含提供手開關偵測。
  21. 一種稱重裝置，其包含如請求項9之應變計裝置。
  22. 一種用於使用如請求項9之應變計裝置之方法，其包含將該應變計裝置用於稱重。
  23. 一種層位指示器裝置，其包含如請求項9之應變計裝置。
  24. 一種如請求項9之應變計裝置用於液位指示之用途。
  25. 如請求項1之方法，其中該印刷電子設備方法為絲網印刷或噴墨印刷。
  26. 如請求項20之應變計裝置，其中用於手開關之該應變計用於一轉向盤中。
  27. 一種應變計裝置，其包含：
    在一可成形基體薄膜上之至少三個印刷之應變計，該至少三個應變計內嵌於一注入模製之材料層中，其中該裝置經組配以用於藉由三角量測基於該至少三個印刷之應變計定位施加至該可成形基體薄膜之一壓力。
  28. 如請求項27之應變計裝置，其中該可成形基體薄膜已形成為一個三維形狀。
  29. 如請求項27之應變計裝置，包含在該可成形基體薄膜上且與該至少三個印刷之應變計電氣連接地佈置之一控制單元。
  30. 如請求項27之應變計裝置，包含一電容性感測裝置。
  31. 如請求項27之應變計裝置，其中該可成形基體薄膜包含具有高於或等於0.1微歐/公尺之一電阻率的金屬，該應變計裝置進一步包含在該可成形基體薄膜上之一絕緣層，且其中該至少三個印刷之應變計印刷於該絕緣層上。
  32. 一種應變計裝置，其包含：
    在一第一可成形基體薄膜上之一印刷之應變計，其中該應變計內嵌於一注入模製之材料層中；以及
    一第二可成形基體薄膜，其中嵌有該應變計之該模製材料層佈置於該第一可成形基體薄膜與該第二可成形基體薄膜之間。
  33. 如請求項32之應變計裝置，其中該第一可成形基體薄膜已形成為一個三維形狀。
  34. 如請求項32之應變計裝置，包含在該第一可成形基體薄膜上且與該應變計電氣連接地佈置之一控制單元。
  35. 如請求項32之應變計裝置，包含一電容性感測裝置。
  36. 如請求項32之應變計裝置，其中該第一可成形基體薄膜包含具有高於或等於0.1微歐/公尺之一電阻率的金屬，該應變計裝置進一步包含在該第一可成形基體薄膜上之一絕緣層，且其中該應變計印刷於該絕緣層上。
  37. 一種應變計裝置，其包含：
    在一可成形基體薄膜上之一印刷之應變計，其中該應變計內嵌於一注入模製之材料層中；以及
    在該可成形基體薄膜上且與該應變計電氣連接地佈置之一控制單元。
  38. 如請求項37之應變計裝置，包含一電容性感測裝置。
  39. 如請求項37之應變計裝置，其中該可成形基體薄膜包含具有高於或等於0.1微歐/公尺之一電阻率的金屬，該應變計裝置進一步包含在該可成形基體薄膜上之一絕緣層，且其中該應變計印刷於該絕緣層上。
  40. 一種應變計裝置，其包含：
    在一可成形基體薄膜上之一印刷之應變計，該應變計內嵌於一注入模製之材料層中，其中該可成形基體薄膜已形成為一個三維形狀。
  41. 如請求項40之應變計裝置，包含在該可成形基體薄膜上且與該應變計電氣連接地佈置之一控制單元。
  42. 一種應變計裝置，其包含：
    在一第一可成形基體薄膜上之一印刷之第一應變計，其中該第一應變計內嵌於一注入模製之材料層中；以及
    在一第二可成形基體薄膜上至少部分在關於該第一應變計之一對應位置處印刷之至少一個第二應變計。
  43. 如請求項42之應變計裝置，其中該第一可成形基體薄膜包含具有高於或等於0.1微歐/公尺之一電阻率的金屬，該應變計裝置進一步包含在該第一可成形基體薄膜上之一絕緣層，且其中該第一應變計印刷於該絕緣層上。
  44. 一種應變計裝置，其包含：
    在一可成形基體薄膜上之一印刷之應變計，其中該應變計內嵌於一注入模製之材料層中；以及
    與該可成形基體薄膜相關聯之一電容性感測裝置。
  45. 如請求項44之應變計裝置，其中該電容性感測裝置經組配以提供一第一觸發信號，且該應變計之電阻經組配以回應於該第一觸發信號而被監視，或
    該應變計之該電阻經組配以被監視且提供一第一觸發信號，且該電容性感測裝置經組配以回應於該第一觸發信號而被監視。
  46. 一種應變計裝置，其包含：
    在一可成形基體薄膜上之一印刷之應變計，該應變計內嵌於一注入模製之材料層中，其中該可成形基體薄膜包括具有高於或等於0.1微歐/公尺之一電阻率的金屬；以及
    在該可成形基體薄膜上之一絕緣層，其中該應變計在該絕緣層上。
  47. 如請求項46之應變計裝置，其中該絕緣層包括用介電墨水印刷之一介電層。
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