TWI673176B - 輸入裝置及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種輸入裝置，包括基板結構、導電膠層、以及壓電結構。導電膠層設置於基板結構之上。導電膠層包括黏著劑部分和多個金屬粒子，且多個金屬粒子實質上沿著第一方向排列。壓電結構設置於導電膠層之上。壓電結構沿著垂直於第一方向的第二方向延伸。

Description

輸入裝置及其製造方法

本發明係關於一種輸入裝置，以及關於一種輸入裝置的製造方法。

諸如壓電按鍵之輸入裝置通常包括兩個電極以及設置於兩個電極之間的一個壓電材料層。由於壓電材料層的材料特性，當手指按壓按鍵位置造成壓電材料層變形時，將產生電信號並輸出。

在現有的製造製程中，當使用非等向性導電膜(anisotropic conductive film，ACF)或非等向性導電膠(anisotropic conductive adhesive，ACA)來黏結壓電材料層與基板時，須提供壓力以使非等向性導電膜或非等向性導電膠中的導電粒子彼此接觸而電性導通。然而，由於壓電材料層非常脆弱，在提供壓力時，存在壓電材料層破裂的風險。

本發明之一態樣係提供一種輸入裝置，包括基 板結構、導電膠層、以及壓電結構。導電膠層設置於基板結構之上。導電膠層包括黏著劑部分和多個金屬粒子，且多個金屬粒子實質上沿著第一方向排列。壓電結構設置於導電膠層之上。壓電結構沿著垂直於第一方向的第二方向延伸。

在本發明某些實施方式中，基板結構包括基板和設置於基板之上的第一電極層。壓電結構包括壓電材料層和設置於壓電材料層之下的第二電極層，且第一電極層與第二電極層在第一方向上重疊。

在本發明某些實施方式中，基板結構還包括設置於基板之上的第三電極層。第三電極層與第一電極層彼此絕緣。壓電結構還包括具有第一部分的第四電極層。第一部分設置於壓電材料層之下。第四電極層與第二電極層彼此絕緣，且第三電極層與第四電極層的第一部分在第一方向上重疊。

在本發明某些實施方式中，第一電極層與第三電極層在同一平面上延伸，第二電極層與第四電極層的第一部分在同一平面上延伸。

在本發明某些實施方式中，第四電極層還具有設置於壓電材料層的側壁上的第二部分和設置於壓電材料層之上的第三部分。第一部分接觸第二部分，且第二部分接觸第三部分。

在本發明某些實施方式中，壓電材料層包括鋯鈦酸鉛。

在本發明某些實施方式中，壓電材料層的厚度 小於400微米。

在本發明某些實施方式中，多個金屬粒子包括基態時具有至少一個半滿d軌域的金屬。

本發明之另一態樣係提供一種輸入裝置的製造方法，包括下列步驟：(i)提供一基板結構；(ii)分配一黏著劑和多個金屬粒子於基板結構之上，其中多個金屬粒子分散於黏著劑中；(iii)設置一壓電結構於黏著劑和多個金屬粒子之上，其中壓電結構沿著一第一方向延伸；(iv)使多個金屬粒子實質上沿著垂直於第一方向的一第二方向排列；以及(v)固化黏著劑。

在本發明某些實施方式中，步驟(iv)係藉由提供一磁場來執行。

以下將以實施方式對上述之說明作詳細的描述，並對本發明之技術方案提供更進一步的解釋。

100‧‧‧輸入裝置

110‧‧‧基板結構

111‧‧‧基板

112‧‧‧第一電極層

113‧‧‧第三電極層

114‧‧‧間隙

120‧‧‧導電膠層

121‧‧‧黏著劑部分

122‧‧‧金屬粒子

130‧‧‧壓電結構

131‧‧‧壓電材料層

132‧‧‧第二電極層

133‧‧‧第四電極層

133a‧‧‧第三部分

133b‧‧‧第一部分

133c‧‧‧第二部分

134‧‧‧間隙

210‧‧‧點膠平台

220‧‧‧點膠模組

230‧‧‧影像自動對位系統

240‧‧‧磁場提供模組

250‧‧‧厚度感測器

S10~S60‧‧‧步驟

L1、L2、L3、L4、L5‧‧‧長度

W1、W2、W3‧‧‧寬度

T1、T2、T3‧‧‧厚度

C1、C2‧‧‧中心

D1、D2‧‧‧方向

R1‧‧‧區域

第1圖為本發明一實施方式之輸入裝置的俯視示意圖。

第2圖為本發明一實施方式之輸入裝置沿著切線A-A’的剖面示意圖。

第3圖為本發明一實施方式之輸入裝置的一區域的放大圖。

第4圖為本發明一實施方式之輸入裝置的製造方法的流程圖。

第5圖為本發明一實施方式之用於製造輸入裝置的設備的立體示意圖。

為了使本揭示內容的敘述更加詳盡與完備，下文針對了本發明的實施態樣與具體實施例提出了說明性的描述；但這並非實施或運用本發明具體實施例的唯一形式。以下所揭露的各實施例，在有益的情形下可相互組合或取代，也可在一實施例中附加其他的實施例，而無須進一步的記載或說明。在以下描述中，將詳細敘述許多特定細節以使讀者能夠充分理解以下的實施例。然而，可在無此等特定細節之情況下實踐本發明之實施例。

以下敘述之成份和排列方式的特定實施例是為了簡化本揭示內容。當然，此等僅僅為實施例，並不旨在限制本揭示內容。舉例而言，在隨後描述中的在第二特徵之上或在第二特徵上形成第一特徵可包括形成直接接觸的第一特徵和第二特徵之實施例，還可以包括在第一特徵和第二特徵之間形成額外特徵，從而使第一特徵和第二特徵不直接接觸之實施例。另外，本揭示內容的各實施例中可重複元件符號及/或字母。此重複係出於簡化及清楚之目的，且本身不指示所論述各實施例及/或構造之間的關係。

再者，空間相對性用語，例如「下方(beneath)」、「在…之下(below)」、「低於(lower)」、「在…之上(above)」、「高於(upper)」等，是為了易於 描述圖式中所繪示的元件或特徵和其他元件或特徵的關係。空間相對性用語除了圖式中所描繪的方向外，還包含元件在使用或操作時的不同方向。儀器可以其他方式定向(旋轉90度或在其他方向)，而本文所用的空間相對性描述也可以如此解讀。

茲將本發明的實施方式詳細說明如下，但本發明並非局限在實施例範圍。

請參考第1圖和第2圖。第1圖繪示本發明一實施方式之輸入裝置100的俯視示意圖。第2圖繪示輸入裝置100沿著切線A-A’的剖面示意圖。如第1圖和第2圖所示，輸入裝置100包括基板結構110、壓電結構130、以及設置於基板結構110與壓電結構130之間的導電膠層120。

基板結構110包括基板111和設置於基板111之上的第一電極層112和第三電極層113。在一些實施例中，基板111為可撓性基板，例如聚醯亞胺(polyimide，PI)基板。在一些實施例中，基板111為剛性基板，例如玻璃基板或塑膠基板。

在一些實施例中，第一電極層112和第三電極層113包括金屬，例如銅或銀。第一電極層112與第三電極層113在同一平面上延伸，並且第一電極層112與第三電極層113具有相同的厚度T1。

在一些實施例中，厚度T1為1微米~10微米，例如2微米、3微米、4微米、5微米、6微米、7微米、8微米或9微米。第一電極層112與第三電極層113之間間隔一間隙 114，因此第一電極層112與第三電極層113彼此絕緣。在一些實施例中，間隙114的寬度W2為0.1毫米~1毫米，例如0.2毫米、0.3毫米、0.5毫米、0.7毫米或0.9毫米。在一些實施例中，第一電極層112的長度L2為15毫米~35毫米，例如20毫米、22毫米、26毫米、30毫米或32毫米。在一些實施例中，第三電極層113的長度L3為0.1毫米~2.4毫米，例如0.2毫米、0.6毫米、1.2毫米、1.8毫米或2.2毫米。

導電膠層120設置於基板結構110之上。導電膠層120包括黏著劑部分121和多個金屬粒子122。在一些實施例中，黏著劑部分121包括壓克力樹脂或環氧樹脂。在一些實施例中，金屬粒子122的粒徑範圍為0.1微米~50微米，例如0.5微米、1微米、3微米、8微米、15微米、20微米、25微米或35微米。

在一些實施例中，金屬粒子122包括基態時具有至少一個半滿d軌域的金屬，例如鐵(Fe)或鎳(Ni)。使用基態時具有至少一個半滿d軌域的金屬作為金屬粒子122的材料提供特定的技術效果，下文將詳細敘述。金屬粒子122實質上沿著第一方向D1排列。

請參考第3圖，第3圖繪示區域R1的放大圖。在一些實施例中，兩個金屬粒子122的中心C1和C2在垂直於第一方向D1的第二方向D2上的距離D3不超過30微米，例如25微米、20微米、15微米、10微米、5微米、3微米、2微米或1微米。

請繼續參考第1圖和第2圖，在一些實施例中，壓電結構130的長度L1為15毫米~35毫米，例如18毫米、21毫米、25毫米、29毫米或32毫米。在一些實施例中，壓電結構130的寬度W1為1毫米~10毫米，例如2毫米、3毫米、5毫米、7毫米或9毫米。壓電結構130沿著垂直於第一方向D1的第二方向D2延伸。壓電結構130包括壓電材料層131、第二電極層132、以及第四電極層133。在一些實施例中，壓電材料層131包括鋯鈦酸鉛。鋯鈦酸鉛的性質如下表1所示： 在表1中，C為電容。tanδ為介電質的耗散因子。Z為阻抗，Fr為共振頻率，Fa為反共振頻率，此三者可用來推導機械品質因子和機電偶合係數。機械品質因子和機電偶合係數的推導公式如下： 由表1的內容可知，當使用鋯鈦酸鉛作為壓電材料層131的材料時，厚度的改變不會影響機電偶合係數。因此，可減少 壓電材料層131的厚度，符合裝置薄型化的發展趨勢。在一些實施例中，壓電材料層131的厚度T2小於400微米，例如350微米、300微米、250微米、200微米、150微米或100微米。當壓電材料層131的厚度T2超過400微米時，不符合裝置薄型化的發展趨勢。但當壓電材料層131的厚度T2低於100微米時，不利於裝置的量產。

第二電極層132設置於壓電材料層131之下。第四電極層133具有第一部分133b、第二部分133c、以及第三部分133a。第四電極層133的第一部分133b設置於壓電材料層131之下。第二電極層132與第四電極層133的第一部分133b在同一平面上延伸，並且第二電極層132與第四電極層133的第一部分133b具有相同的厚度T3。

在一些實施例中，厚度T3為1微米~10微米，例如2微米、3微米、4微米、5微米、6微米、7微米、8微米或9微米。第二電極層132與第四電極層133的第一部分133b之間間隔一間隙134，因此第二電極層132與第四電極層133彼此絕緣。在一些實施例中，間隙134的寬度W3為0.1毫米~1毫米，例如0.2毫米、0.3毫米、0.5毫米、0.7毫米或0.9毫米。在一些實施例中，第二電極層132的長度L4為15毫米~35毫米，例如20毫米、22毫米、26毫米、30毫米或32毫米。在一些實施例中，第四電極層133的第一部分133b的長度L5為0.1毫米~2.4毫米，例如0.2毫米、0.6毫米、1.2毫米、1.8毫米或2.2毫米。

第四電極層133的第二部分133c設置於壓電材 料層131的側壁上。第四電極層133的第三部分133a設置於壓電材料層131之上。第四電極層133的第一部分133b接觸第四電極層133的第二部分133c，且第四電極層133的第二部分133c接觸第四電極層133的第三部分133a。在一些實施例中，第二電極層132和第四電極層133包括金屬，例如銅或銀。

如第2圖所示，第一電極層112與第二電極層132在第一方向D1上重疊，從而第一電極層112與第二電極層132通過實質上沿著第一方向D1排列的金屬粒子122電性連接。同樣地，第三電極層113與第四電極層133的第一部分133b在第一方向D1上重疊，從而第三電極層113與第四電極層133的第一部分133b通過實質上沿著第一方向D1排列的金屬粒子122電性連接。

在一些實施例中，輸入裝置100進一步包括電源供應元件(未繪示)，且此電源供應元件供應電能至壓電材料層131。當壓電材料層131接收電能時，由於壓電材料層的材料特性，壓電材料層131會產生形變。因此，若供應特定頻率的交流電，則可使壓電材料層131產生震動而提供例如觸覺回饋或除汙的功能。

本發明亦提供一種輸入裝置的製造方法。請參考第4圖和第5圖。第4圖繪示本發明一實施方式之輸入裝置的製造方法的流程圖。第5圖繪示本發明一實施方式之用於製造輸入裝置的設備的立體示意圖。

於步驟S10中，提供一基板結構。基板結構包 括基板和設置於基板之上的第一電極層和第三電極層。例如，將基板結構放置於點膠平台210上。

於步驟S20中，分配一黏著劑和多個金屬粒子於基板結構之上。黏著劑覆蓋第一電極層和第三電極層，並且金屬粒子分散於黏著劑中。例如，通過點膠模組220將黏著劑和金屬粒子分配於基板結構之上。

於步驟S30中，設置一壓電結構於黏著劑和金屬粒子之上。壓電結構沿著一第一方向延伸，並且包括壓電材料層、設置於壓電材料層之下的第二電極層和第四電極層的第一部分。例如，通過一真空夾具拾起壓電結構。使用影像自動對位系統230來對齊第一電極層與第二電極層，以及對齊第三電極層與四電極層的第一部分。隨後，放置壓電結構於黏著劑和金屬粒子上。

於步驟S40中，藉由提供一磁場來使金屬粒子實質上沿著垂直於第一方向的一第二方向排列。例如，通過磁場提供模組240來提供磁場。如前所述，使用基態時具有至少一個半滿d軌域的金屬作為金屬粒子的材料提供特定的技術效果。具體而言，具有至少一個半滿d軌域的金屬能被外加磁場極化，從而金屬粒子可根據磁場的磁力線方向排列。如此一來，沿著磁力線方向排列的金屬粒子可彼此電性導通。在一些實施例中，所提供的磁場強度為2500高斯。

如前所述，壓電材料層非常脆弱，即便使用極低壓力來使金屬粒子彼此接觸，仍存在壓電材料層破裂的風險。舉例來說，當壓電材料層的厚度為200微米時，即便提 供1.5Mpa的極低壓力來使金屬粒子彼此接觸，仍將導致10%~20%的壓電材料層破裂。因此，本揭示內容提供一種在不施加壓力的情況下，使金屬粒子彼此電性導通的方法，從而避免了壓電材料層因壓力而破裂。

於步驟S50中，通過真空夾具控制黏著劑的厚度。例如，通過厚度感測器250測量黏著劑的厚度，並根據需要通過真空夾具調整黏著劑至期望的厚度。

於步驟S60中，固化黏著劑以完成輸入裝置的製造。例如，加熱黏著劑至70℃~120℃，並維持15分鐘~90分鐘。當加熱溫度超過120℃時，會影響壓電材料層的壓電性質。但當加熱溫度低於70℃時，固化效率不佳。

由上述發明實施例可知，在此揭露的輸入裝置的製造方法中，可在不施加壓力的情況下，使導電膠層中的金屬粒子彼此電性導通。因此，避免了所製造的輸入裝置中的壓電材料層因壓力而破裂。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，但其他實施方式亦有可能。因此，所請請求項之精神與範圍並不限定於此處實施方式所含之敘述。

任何熟習此技藝者可明瞭，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

1. 一種輸入裝置，包括：一基板結構，包括一基板；一導電膠層，設置於該基板結構之上，其中該導電膠層包括一黏著劑部分和複數個金屬粒子，且該些金屬粒子實質上沿著一第一方向排列，其中該第一方向垂直於該基板的一上表面；以及一壓電結構，設置於該導電膠層之上，其中該壓電結構沿著垂直於該第一方向的一第二方向延伸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之輸入裝置，其中該基板結構更包括設置於該基板之上的一第一電極層，該壓電結構包括一壓電材料層和設置於該壓電材料層之下的一第二電極層，且該第一電極層與該第二電極層在該第一方向上重疊。
3. 如申請專利範圍第2項所述之輸入裝置，其中該基板結構還包括設置於該基板之上的一第三電極層，該第三電極層與該第一電極層彼此絕緣，該壓電結構還包括具有一第一部分的一第四電極層，該第一部分設置於該壓電材料層之下，該第四電極層與該第二電極層彼此絕緣，且該第三電極層與該第四電極層的該第一部分在該第一方向上重疊。
4. 如申請專利範圍第3項所述之輸入裝置，其中該第一電極層與該第三電極層在同一平面上延伸，該第二電極層與該第四電極層的該第一部分在同一平面上延伸。
5. 如申請專利範圍第3項所述之輸入裝置，其中該第四電極層還具有設置於該壓電材料層的側壁上的一第二部分和設置於該壓電材料層之上的一第三部分，該第一部分接觸該第二部分，且該第二部分接觸該第三部分。
6. 如申請專利範圍第2項所述之輸入裝置，其中該壓電材料層包括鋯鈦酸鉛。
7. 如申請專利範圍第2項所述之輸入裝置，其中該壓電材料層的厚度小於400微米。
8. 如申請專利範圍第1項所述之輸入裝置，其中該些金屬粒子包括基態時具有至少一個半滿d軌域的金屬。
9. 一種輸入裝置的製造方法，包括下列步驟：(i)提供一基板結構，其中該基板結構包括一基板；(ii)分配一黏著劑和複數個金屬粒子於該基板結構之上，其中該些金屬粒子分散於該黏著劑中；(iii)設置一壓電結構於該黏著劑和該些金屬粒子之上，其中該壓電結構沿著一第二方向延伸；(iv)使該些金屬粒子實質上沿著垂直於該第二方向的一第一方向排列，其中該第一方向垂直於該基板的一上表面；以及(v)固化該黏著劑。
10. 如申請專利範圍第9項所述之輸入裝置的製造方法，其中步驟(iv)係藉由提供一磁場來執行。