压力感应装置、设备及压力感应装置的制作方法与流程

本申请属于压力感应技术领域，涉及一种压力感应装置、设备及压力感应装置的制作方法。

背景技术：

随着电子产品的智能化发展，传统的机械按键除了不能防水防尘、易磨损外，按键需要形成一定的移动行程才能实现相关功能，将压力感应技术应用到电子设备中，只要稍加触碰，就可以检测位置和微压力等信息。压力感应技术有很多种类型，例如压力电容技术(检测面与面之间的电容量)、压力电感(检测面与面之间的电感量)、压电陶瓷等，这些技术的共同点是安装复杂，制作成本高，可靠性低，使装置在很多使用场景存在受限。

技术实现要素：

本申请实施例的目的在于提供一种压力感应装置、设备及压力感应装置的制作方法，以解决现有压力感应结构安装复杂、制作成本高的技术问题。

本申请实施例提供一种压力感应装置，包括：

刚性结构，用于与被测物体抵设且跟随被测物体变形，所述刚性结构包括沿预定方向间隔设置的刚性块，相邻两个所述刚性块之间形成应变放大区，所述刚性结构具有两个背对设置的安装面及两个背对设置的侧壁面；以及

检测结构，其包括抵设于至少一个所述安装面上的软体绝缘层、设于所述软体绝缘层上的力传感器，以及用于连接所述力传感器的线路层，至少四个所述力传感器连接形成电桥电路，所述电桥电路中的至少一组相对桥臂对应所述应变放大区设置。

可选地，所述检测结构的背对所述刚性结构的表面设有保护层。

可选地，所述软体绝缘层与所述刚性结构之间通过胶体粘接；或者，所述软体绝缘层与所述刚性结构之间焊接。

可选地，所述刚性结构还包括连接相邻两个所述刚性块之间的连接臂。

可选地，所述连接臂的数量为二，两个所述连接臂分别靠近所述刚性块的两个侧壁面设置；

或者，所述连接臂的数量为一，所述连接臂靠近所述刚性块的其中一个侧壁面设置；

或者，所述连接臂的数量为一，所述连接臂连接于两个所述刚性块的中部。

可选地，所述软体绝缘层与所述线路层的数量相同且至少为二，其中两个所述线路层分别设于其中两个所述软体绝缘层上，该两个软体绝缘层分别设置于两个所述安装面上。

可选地，所述刚性块上开设有贯通两个所述安装面的通孔，两个所述软体绝缘层的对应于所述通孔处开设有穿孔，所述通孔与所述穿孔设置有导体以使两个所述线路层电性连接。

可选地，同一所述电桥电路中的两组相对桥臂对应同一所述应变放大区设置，且两组相对桥臂位于不同的所述软体绝缘层上；其中一个所述安装面作为与被测物体抵设的抵接面。

可选地，同一所述电桥电路中的两组相对桥臂位于同一所述软体绝缘层上，所述电桥电路中的其中一组相对桥臂对应所述刚性块设置；其中一个所述安装面作为与被测物体抵设的抵接面；

或者，同一所述电桥电路中的两组相对桥臂位于同一所述软体绝缘层上，所述电桥电路中的其中一组相对桥臂对应所述刚性块设置；其中一个所述侧壁面作为与被测物体抵设的抵接面；

或者，同一所述电桥电路中的两组相对桥臂对应同一所述应变放大区设置，且每一组相对桥臂中的两个所述力传感器分别位于不同的所述软体绝缘层上，其中一组相对桥臂靠近其中一个所述侧壁面设置，另外一组相对桥臂靠近另外一个所述侧壁面设置；其中一个所述侧壁面作为与被测物体抵设的抵接面。

可选地，所述刚性结构与被测物体通过胶体粘接；或者，所述刚性结构与被测物体焊接。

本申请实施例提供一种设备，包括上述的压力感应装置。

本申请实施例提供一种用于制作上述的压力感应装置的制作方法，包括以下步骤：

s10)提供基板与附有线路层的软体绝缘层；在所述基板的预定位置开设阵列分布的镂空槽；

s20)将所述软体绝缘层压合在所述基板上；在所述软体绝缘层上设置若干力传感器以形成若干电桥电路，且每一所述电桥电路中的至少一组相对桥臂对应一个所述镂空槽设置；得到总板；

s30)对所述总板分割，得到若干个所述压力感应装置，被分割的所述基板形成所述刚性结构，所述镂空槽对应所述应变放大区。

可选地，在步骤s10)中，还包括以下步骤：在所述基板上开设通孔；在所述软体绝缘层对应于所述通孔处开设穿孔；

在步骤s20)中，将两个所述软体绝缘层分别压合在所述基板的两个表面上，在所述通孔与所述穿孔设置有导电材料以使两个所述线路层电性连接。

可选地，在步骤s10)中，在所述基板为金属板时，在所述基板上预先钻孔并填充绝缘材料，再钻孔得到所述通孔。

可选地，在步骤s20)中，在所述软体绝缘层上设置若干力传感器之后，在所述软体绝缘层的背对所述基板的一侧设置保护层。

本申请实施例提供的上述一个或多个技术方案至少具有如下技术效果之一：该压力感应装置，在使用时将刚性结构抵设在被测物体上，被测物体受力变形，刚性结构跟随变形，应变放大区较软，刚性块处较硬，刚性结构的应变集中在应变放大区，应变放大区处的力传感器获得压力信号，电桥电路产生输出信号，经过信号处理电路以识别作用力。该压力感应装置为一体式结构，安装方便，电路简单，低成本。该压力感应装置及设备，可以非常灵敏地检测被测物体的微小形变，精准识别被测物体受到的压力，而且温漂小，提高压力感应装置的可靠性和稳定性。

该压力感应组件的制作方法，提供基板与附有线路层的软体绝缘层，在基板上加工出阵列分布的镂空槽，将软体绝缘层压合在基板上，在软体绝缘层上设置若干力传感器，将总板分割得到若干个压力感应装置。除了需要在基板开设镂空槽外，其余工艺都是标准的pcb制作工艺，压力感应装置制作简单，价格低廉。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的压力感应装置的装配示意图；

图2为图1的压力感应装置的俯视图；

图3为图2的压力感应装置的立体结构图；

图4为本申请一实施例提供的压力感应装置的电桥电路图；

图5为本申请另一实施例提供的压力感应装置的装配示意图；

图6(a)、图6(b)、图6(c)分别为本申请另外三个实施例提供的压力感应装置的俯视图；

图7为本申请另一实施例提供的压力感应装置的立体结构图；

图8为本申请另一实施例提供的压力感应装置的装配示意图；

图9为图8的压力感应装置的俯视图；

图10为本申请实施例提供的压力感应装置制作方法中在基板上开设镂空槽的示意图；

图11为本申请实施例提供的压力感应装置制作方法中将附有电路层的软体绝缘层压合在基板上的示意图；

图12为本申请实施例提供的压力感应装置制作方法中分割总板的示意图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

请参阅图1至图4，本申请实施例提供一种压力感应装置，包括刚性结构10与检测结构20。刚性结构10用于与被测物体(图未示)抵设且跟随被测物体变形，刚性结构10包括沿预定方向间隔设置的刚性块11，相邻两个刚性块11之间形成应变放大区12。应变放大区12可以是镂空槽，刚性结构10具有两个背对设置的安装面(10a、10b)及两个背对设置的侧壁面(10c、10d)。刚性结构10可以呈长方体或其它形状。两个安装面(10a、10b)之间形成一定的距离，两个侧壁面(10c、10d)之间也形成一定的距离。刚性结构10可以采用铝片、fr4、玻璃片、贴片、铜片、钢片或其它具有一定刚性的材料，按需选用。

检测结构20包括抵设于至少一个安装面(10a、10b)上的软体绝缘层21、设于软体绝缘层21上的力传感器(r1、r2、r3、r4)，软体绝缘层21作为力传感器的载体。其中，软体绝缘层21可以是pp片(聚丙烯片)、pet(耐高温聚酯薄膜)、pi膜(聚酰亚胺薄膜)或其它平整度较好的柔软材料，按需选用。力传感器可以是应变感应电阻，应变感应电阻由多晶半导体材料、非晶半导体材料、多晶硅、石墨烯、铜镍合金、碳纳米管、金属细线、导体绝缘体复合材料中的至少一种材料制作，按需选用。

检测结构20还包括用于连接力传感器(r1、r2、r3、r4)的线路层22，至少四个力传感器(r1、r2、r3、r4)连接形成电桥电路，电桥电路中的至少一组相对桥臂(r1与r4)对应应变放大区12设置。其中，线路层22可以是铜线、银线、金线等可以导电的金属材料制作。

本申请提供的压力感应装置，与现有技术相比，在使用时将刚性结构10抵设在被测物体上，被测物体受力变形，刚性结构10跟随变形，应变放大区12较软，刚性块11处较硬，刚性结构10的应变集中在应变放大区12，应变放大区12处的力传感器(r1、r2、r3、r4)获得压力信号，电桥电路产生输出信号，经过信号处理电路以识别作用力。该压力感应装置为一体式结构，安装方便，电路简单，低成本。该压力感应装置可以非常灵敏地检测被测物体的微小形变，精准识别被测物体受到的压力，而且温漂小，提高压力感应装置的可靠性和稳定性。

需要说明的是，信号处理电路与电桥电路电连接，对力传感器的电信号进行分析处理，并将力模拟信号转换为力数字信号，这部分属于现有技术。

请参阅图1，在本申请另一实施例中，检测结构20的背对刚性结构10的表面设有保护层30。保护层30用于将检测结构20与外部隔离，避免外部作用损坏检测结构20，提高可靠性。保护层30可以是阻焊油或盖膜等。

请参阅图1，在本申请另一实施例中，软体绝缘层21与刚性结构10之间通过胶体41粘接，比如，采用环氧胶膜、502胶、热固胶、硅胶等相似材料的胶体；或者，软体绝缘层21与刚性结构10之间焊接。采用上述方案均能将软体绝缘层21与刚性结构10可靠连接，而且在被测物体受力变形时，软体绝缘层21与刚性结构10均能跟随变形，进而使软体绝缘层21上的力传感器(r1、r2、r3、r4)产生变形，实现压力感应。

请参阅图6，在本申请另一实施例中，刚性结构10还包括连接相邻两个刚性块11之间的连接臂13。也就是说，两个刚性块11之间有连接臂13相连，连接臂13可以设置为单边或双边，使刚性结构10保持为一个整体。这样压力感应装置结构强度更强，增强抗跌落能力更强，更利于拿取和组装。

请参阅图6(a)，在本申请另一实施例中，连接臂13的数量为二，两个连接臂13分别靠近刚性块11的侧壁面(10c、10d)设置。请参阅图6(b)，在本申请另一实施例中，连接臂13的数量为一，连接臂13靠近刚性块11的其中一个侧壁面(10c、10d)设置。在制作该压力感应装置时，只要在总板上设置分板线时预留足够距离，就可以切割形成包括刚性块11与连接臂13的刚性结构10，容易制作。请参阅图6(c)，在本申请另一实施例中，连接臂13的数量为一，连接臂13连接于两个刚性块11的中部。在制作该压力感应装置时，基板上的镂空槽需要成对开设，以使两个镂空槽之间形成一个连接臂13，后面切割形成包括刚性块11与连接臂13的刚性结构10，容易制作。

请参阅图1，在本申请另一实施例中，软体绝缘层21与线路层22的数量相同且至少为二，其中两个线路层22分别设于其中两个软体绝缘层21上，该两个软体绝缘层21分别设置于两个安装面(10a、10b)上。在使用时，将刚性结构10抵设在被测物体上，被测物体受力变形，刚性结构10跟随变形，软体绝缘层21的应变集中到作用力附近的应变放大区12，应变放大区12的软体绝缘层21将跟随刚性结构10发生一定规律的形变，力传感器(r1、r2、r3、r4)的阻抗随之发生改变，电桥电路输出信号，进而实现压力感应。

请参阅图1，在本申请另一实施例中，刚性块11上开设有贯通两个安装面(10a、10b)的通孔111，两个软体绝缘层21的对应于通孔111处开设有穿孔211，通孔111与穿孔211设置有导体23，以使两个线路层22电性连接。采用这个方案，能够将两侧的线路层22电性连接，形成预定的电桥电路，这样容易加工，避免两侧线路层22需要额外接线来实现电连接的情况。

请参阅图1、图4，在本申请另一实施例中，同一电桥电路中的两组相对桥臂对应同一应变放大区12设置，且两组相对桥臂r1与r4(r2与r3)位于不同的软体绝缘层21上，也就是说，两侧的软体绝缘层21分别设置有一组相对桥臂r1与r4(r2与r3)，两面力传感器之间有一定的距离。其中一个安装面10a(10b)作为与被测物体抵设的抵接面。可根据压力感应的覆盖区域来设置一个或多个通道，比如设置3个通道。

设vcc＝ui，得：

对r1、r2、r3和r4分别求导，可知u1随r2和r3的增大而增大，随r1和r4的增大而减小。

当被测物体受到一个从上往下的压力时，压力感应装置向下弯曲，r1和r4随软体绝缘层21收缩而阻抗减小，r2和r3随软体绝缘层21拉伸而阻抗增大，u1增大。在压力撤销时，压力感应装置向上恢复至初始状态，r1和r4增大，r2和r3减小，u1减小。信号处理电路将实时检测u1的压力信号的变化，通过压力信号的特征便可识别作用力的方向、大小和位置，从而实现压力感应。

请参阅图4、图8，在本申请另一实施例中，同一电桥电路中的两组相对桥臂r1与r4(r2与r3)位于同一软体绝缘层21上，电桥电路中的其中一组相对桥臂r1与r4对应刚性块11设置；另一组相对桥臂r2与r3对应应变放大区12设置；其中一个安装面10a(10b)作为与被测物体抵设的抵接面。比如选用没有设置力传感器那侧的安装面10b作为抵接面，也就是图8的刚性结构10的下表面，可以在该安装面10b设置软体绝缘层21，再抵设到被测物体上。当被测物体受到作用力时，压力感应装置跟随被测物体往上弯曲，应变集中到应变放大区12的软体绝缘层21，r2和r3的阻值变大；此时刚性块11几乎没有发生变形，而r1和r4由于紧密黏附在刚性块11上，所以r1和r4的阻值几乎没有变化。由上文可知，u1随着r2和r3的增大而增大。通过信号处理电路检测u1的变化得到压力信息，实现压力感应。可以理解地，还可以选用设置有力传感器那侧的安装面10a作为与被测物体抵设的抵接面。

在本申请另一实施例中，同一电桥电路中的两组相对桥臂位于同一软体绝缘层21上，电桥电路中的其中一组相对桥臂对应刚性块11设置；另一组相对桥臂对应应变放大区12设置；其中一个侧壁面10c(10d)作为与被测物体抵设的抵接面。采用这个方案，也能实现压力感应。

请参阅图4、图7，在本申请另一实施例中，同一电桥电路中的两组相对桥臂r1与r4(r2与r3)对应同一应变放大区12设置，且每一组相对桥臂中的两个力传感器r1与r4(r2与r3)分别位于不同的软体绝缘层21上，其中一组相对桥臂r1与r4靠近其中一个侧壁面10c设置，另外一组相对桥臂r2与r3靠近另外一个侧壁面10d设置；其中一个侧壁面10c(10d)作为与被测物体抵设的抵接面。将刚性结构10其中一个侧壁面10c，比如图7的刚性结构10的正前方，贴合至被测物体时。被测物体受力时，压力感应装置随被测物体向后弯曲，于是r1和r4减小，r2和r3变大，压力信号将往正方向变大。因为软体绝缘层21没有和被测物体直接接触，在与被测物体温差较大的物体接触到被测物体时，能避免了力传感器直接受热，可以减低温差带来力传感器的温度效应。由于刚性结构10的侧壁面(10c、10d)没有力传感器和线路层22，可以将压力感应装置的厚度减小，适用于更小空间的应用场所。

请参阅图1、图8，在本申请另一实施例中，刚性结构10与被测物体通过胶体42粘接，比如是双面胶、vhb胶、热熔胶、502胶等。这种方式均能将刚性结构10可靠地安装到被侧物体上，而且被测物体的变形可以经过胶体42传到软体绝缘层21与刚性结构10，使刚性结构10跟随被测物体变形，力传感器(r1、r2、r3、r4)产生变形，进而实现压力感应。

请参阅图图5，在本申请另一实施例中，刚性结构10与被测物体焊接，也就是在压力感应装置的抵接面设置锡膏或其它可焊接材料43。这种方式均能将刚性结构10可靠地安装到被侧物体上，而且被测物体的变形可以经过可焊接材料43传到软体绝缘层21与刚性结构10，使刚性结构10跟随被测物体变形，力传感器(r1、r2、r3、r4)产生变形，进而实现压力感应。还有，能减少贴合工作，刚性结构10与被测物体之间仅有少量可焊接材料43连接即可满足变形传递的要求，这样可减低温差带来力传感器的温度效应。

请参阅图1至图9，在本申请另一实施例中，提供一种设备，包括上述的压力感应装置。由于本设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此同样具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

在本申请另一实施例中，被测物体为面板或边框。实现面板或边框的作用力感应。面板或边框可以采用玻璃、塑料、陶瓷等非金属材料制作。面板可以为具有刚性结构10的触摸屏、显示器或其他电子终端。边框可以为各种电子终端的边框。通过将力传感器(r1、r2、r3、r4)与面板或边框连接，能够在实现精准识别触控压力的大小，为电子终端在产品应用、人机交互及消费体验上扩展了应用空间。用户通过触按触摸屏、显示器或电子终端，可以直接获得精确的作用力级别及量数。

请参阅图1至图3、图10至图12，在本申请另一实施例中，提供一种用于制作上述的压力感应装置的制作方法，包括以下步骤：

s10)提供基板10’与附有线路层22的软体绝缘层21；在基板10’的预定位置开设阵列分布的镂空槽11’；镂空槽11’可以通过模冲或蚀刻等工艺制作，批量加工方便。将基板10’的脏污或杂质清除干净。如果是金属基板10’，还需要进行氧化处理，提高可靠性。

s20)将整张软体绝缘层21压合在基板10’上，比如采用胶体粘接、焊接或其它连接方式实现连接，连接可靠，而且能够使软体绝缘层21与基板10’跟随被测物体变形。在软体绝缘层21上设置若干力传感器(r1、r2、r3、r4)以形成若干电桥电路，且每一电桥电路中的至少一组相对桥臂对应一个镂空槽11’设置。力传感器(r1、r2、r3、r4)可以采用印刷方式或其它方式整版制作到软体绝缘层21上，这样容易成型。其中，将整张软体绝缘层21压合在基板10’上，在软体绝缘层21上设置若干力传感器(r1、r2、r3、r4)，这两个步骤可以互换。完成蚀刻、电镀和化金等线路制作工作，得到总板1。

s30)对总板1分割，得到若干个压力感应装置，被分割的基板10’形成刚性结构10，镂空槽11’对应应变放大区12。比如，需要呈条形的压力感应装置，就在总板1上沿长方形的分板线2进行切割，即可得到呈条形的压力感应装置，并且包括有刚性结构10与检测结构20。

该压力感应组件的制作方法，提供基板10’与附有线路层22的软体绝缘层21，在基板10’上加工出阵列分布的镂空槽11’，将软体绝缘层21压合在基板10’上，在软体绝缘层21上设置若干力传感器(r1、r2、r3、r4)，将总板1分割得到若干个压力感应装置。除了需要在基板10’开设镂空槽11’外，其余工艺都是标准的pcb制作工艺，压力感应装置制作简单，价格低廉。

请参阅图1、图11，在本申请另一实施例中，在步骤s10)中，还包括以下步骤：在基板10’上开设通孔111；在软体绝缘层21对应于通孔111处开设穿孔211；在步骤s20)中，将两个软体绝缘层21分别压合在基板10’的两个表面上，在通孔111与穿孔211设置有导电材料以使两个线路层22电性连接。采用这个方案，能够将两侧的线路层22电性连接，形成预定的电桥电路，这样容易加工，避免两侧线路层22需要额外接线来实现电连接的情况。导电材料可以选用铜或其它金属材料。导电材料可以通过电镀方式设置在通孔111与穿孔211内。

请参阅图1，在本申请另一实施例中，在步骤s10)中，在基板10’为金属板时，在基板10’上预先钻孔并填充绝缘材料，比如树脂，再钻孔得到通孔111。采用这个方案，能够对通孔111的内壁进行绝缘，以方便后面在通孔111内填充导电材料以使两侧的线路层22电性连接。

请参阅图1，在本申请另一实施例中，在步骤s20)中，在软体绝缘层21上设置若干力传感器(r1、r2、r3、r4)之后，在软体绝缘层21的背对基板10’的一侧设置保护层30。设置保护层30，用于对检测结构20进行保护，提高可靠性。保护层30可以为绿漆。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。