靜電電容傳感器的製作方法

2023-11-06 06:11:42 1

專利名稱：靜電電容傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及包括靜電電容傳感器的混合傳感器，其利用靜電電容的 變化來檢測鄰近的對象，以及接觸壓力傳感器，其檢測負荷壓力。更具 體地，本發明涉及通過堆疊多個彈性的或者撓性的片而製造的混合傳感 器，所述片每個被提供有電極圖案。
背景技術：
一種具有靜電電容傳感器以及接觸壓力傳感器的相關技術的混合 傳感器，以及利用所述混合傳感器檢測坐在汽車的座位上的人體的系統 被公開在日本未審査的專利申請，第一公開，號2002-326554，被轉讓 給與本申請相同的申請人。如圖8中所示，所述混合傳感器6通過堆疊 由如聚酯膜的絕緣樹脂膜製成的上和下撓性片11和12以及位於其之間 的絕緣片13形成。所述撓性片11和12在互相面對的所述片11的下表 面lla以及所述片12的上表面12a上被分別提供有開關電極圖案14和 15。所述電極圖案14和15是通過絲網印刷形成，在所述絲網印刷中適 合的導電材料如銀糊被沉積。所述電極圖案14和15的每個包括多個著 落(land)部分14a和15a，其被用作配置在矩陣圖案中的開關接觸16， 以及導線部分14b和15b，其將所述著落部分14a和15a電連接到檢測 電路(沒有示出)。所述絕緣片13在對應於所述著落部分14a和15a的位置具有多個開口 17。每個所述開口 17具有一個直徑，足以使所述著 落部分14a中的一個能夠與所述著落部分15a的關聯的一個相接觸。當 施加壓力負荷時，所述上撓性片11的著落部分14a的一個或者一些通過 所述開口 17接觸所述下撓性片12的著落部分15a相關聯的一個或者一 些，以進行電接觸電接觸。所述混合傳感器6通過上面描述的結構元件 執行所述接觸壓力傳感器的功能。
所述混合傳感器6中的靜電電容傳感器的功能是通過形成在所述上 撓性片11上與所述絕緣片13面對的表面lla上的一對檢測電極圖案7a 和7b而實現的。所述檢測電極圖案7a和7b與所述開關電極圖案14絕 緣。這樣構造的所述靜電電容傳感器根據從所述檢測電極圖案7a和7b 獲得的靜電電容中的變化來檢測鄰近的對象而不與其接觸。
根據上面的結構，用於所述混合傳感器的製造成本可被減少，因為 所述接觸壓力傳感器以及所述靜電電容傳感器被形成在所述相同的撓性 片上。
但是，當對象離傳感器相對遠時上面描述所述的混合傳感器不可避 免地具有不足的用於檢測鄰近對象的靈敏度。這是因為用於所述靜電電 容傳感器的檢測電極圖案被提供在撓性片的相對小的區域上。

發明內容
考慮到上面的問題，本發明被完成。因此，本發明的一個目的是提 供一種混合傳感器，其包括其中用於檢測鄰近對象的靈敏度被提高的靜 電電容傳感器，並且從而實現高可靠的混合傳感器。
根據本發明的示範實施例，混合傳感器包括多個堆疊的撓性片。所 述多個撓性片的第一片包括開關電極圖案和檢測電極圖案。所述檢測電 極圖案基本上覆蓋所述第一片的整個區域。
所述多個撓性片的第二片可以是其中具有多個孔的絕緣片，並且所 述多個撓性片的第三片可以包括地電極圖案。所述第二片中的多個孔以及所述第三片的地電極圖案的位置可對應於所述第一片上的所述開關電 極的位置。因此，當壓力被施加到所述第一和第二片時，所述開關電極 可以通過所述第二片中的孔接觸所述地電極。
所述開關電極圖案形成在所述第一片的下側，面對所述第二和第三
片；以及所述地電極圖案被形成在所述第三片的頂側，面對所述第二和 第一片，這樣使得當壓力被施加到所述第一和第三片時，所述開關電極 圖案通過所述第二片中的孔接觸所述地電極圖案。
所述第一片可以還包括保護電極圖案(guard electrode pattern), 其被供應有與供應給所述檢測電極圖案同樣的電勢。所述保護電極圖案 位於所述第一片上以阻擋所述檢測電極圖案與所述開關電極圖案之間的 寄生電容。
根據本發明的示範實施例，靜電電容傳感器包括多個堆疊的撓性 片；其中所述多個撓性片的第一片包括檢測電極圖案；第二電路圖案； 以及保護電極圖案，其被供應有與供應到所述檢測電極圖案相同的電勢， 並且位於所述第一片上以阻擋所述檢測電極圖案與所述第二電路圖案之 間的寄生電容；以及檢測電路，其被連接到所述檢測電極圖案，所述檢 測電路檢測所述檢測電極圖案的靜電電容。
所述多個撓性片的第二片包括地電極圖案。
所述檢測電極圖案，所述第二電路圖案，以及所述保護電極圖案被 形成在所述第一片的相同的表面上。
根據本發明的示範實施例，混合傳感器包括多個堆疊的撓性片； 其中所述多個撓性片的第一片包括開關電極圖案和地電極圖案，其一 起形成多個著落部分，以及檢測電極圖案；其中所述檢測電極圖案基本 上覆蓋所述第一片的整個區域。
所述第一片還包括多個縫隙，其圍繞所述著落部分並且將所述著落 部分從所述檢測電極圖案分離。
所述多個撓性片的第二片包括絕緣片，所述絕緣片中具有多個孔；所述多個撓性片的第三片包括導電短路圖案；以及其中所述第二片中所 述孔的位置和所述第三片上所述短路圖案的位置對應於所述第一片上所 述開關電極圖案和所述地電極圖案的著落部分位置。
所述第一片還包括第一多個縫隙，其圍繞所述著落部分並且將所述 著落部分從所述檢測電極圖案分離；所述第二片還包括圍繞所述孔的第 二多個縫隙；所述第三片還包括圍繞所述短路圖案的第三多個縫隙；以 及所述第一，第二，以及第三縫隙的位置相對應，這樣使得當所述第一， 第二，以及第三片被堆疊在一起時，所述第一，第二，以及第三縫隙形 成貫穿縫隙。
所述開關電極圖案以及所述地電極圖案形成在所述第一片的下側， 面對所述第二和第三片，以及所述短路圖案形成在所述第三片的頂側， 面對所述第二和第一片，這樣使得當壓力被施加到所述第一和第三片時， 所述開關電極圖案以及所述地電極圖案通過所述第二片中的孔接觸所述 短路圖案。
所述第一片還包括保護電極圖案，被供應有與供應到所述檢測電 極圖案相同的電勢，並且位於所述第一片上以阻止所述檢測電極圖案與 所述開關電極圖案之間的寄生電容。
所述第一片還包括第一多個縫隙，圍繞所述著落部分和所述保護電 極圖案，並且將所述著落部分以及所述保護電極圖案從所述檢測電極圖 案分離；所述第二片還包括圍繞所述孔的第二多個縫隙；所述第三片還 包括圍繞所述短路圖案的第三多個縫隙；以及所述第一，第二，以及第 三縫隙的位置相對應，這樣使得當所述第一，第二，以及第三片被堆疊 在一起時，所述第一，第二，以及第三縫隙形成貫穿縫隙。


參考下面的描述和附圖，本發明的這些和其它特徵，方面和優點將 被更好地理解，所述描述和附圖不應被理解為以任何方式限制本發明，其中
圖1是示出根據本發明的第一示範實施例的混合傳感器的透視圖。 圖2是示出根據本發明的第一示範實施例的混合傳感器的截面圖。 圖3是示出根據本發明的第二示範實施例的混合傳感器的透視圖。 圖4是示出根據本發明的第二示範實施例的混合傳感器的截面圖。 圖5是示出根據本發明的第二示範實施例的混合傳感器的修改的截 面圖。
圖6是示出根據本發明的第三示範實施例的混合傳感器的平面圖。
圖7是示出根據本發明的第三示範實施例的混合傳感器的截面圖。 圖8是示出常規混合傳感器的透視圖。
具體實施例方式
現在，將參照附圖描述本發明的示範實施例。
圖1和2示出根據本發明的第一示範實施例的混合傳感器。混合傳 感器1包括上和下撓性片21和24，其由如聚酯膜的絕緣樹脂膜製成， 以及位於所述上和下片21和24之間的絕緣片13。所述片13， 21和24 被堆疊在一起以形成薄膜電路。所述撓性片21在與所述絕緣片13面對 的所述片21的下表面(在圖1和2中)上被提供有開關電極圖案14。 所述撓性片24在與所述絕緣片13面對的所述片24的上表面(在圖1 和2中)上被提供有地電極圖案25。所述開關和地電極圖案14和25是 通過絲網印刷形成的，其中適合的導電材料如銀糊被沉積。所述開關電 極圖案14包括多個著落部分14a，其被以矩陣圖案配置用作開關接觸16; 以及電連接所述著落部分14a的導線部分14b。類似地，所述地電極圖 案25包括多個著落部分25a，其被分別配置成與所述開關電極圖案14 的所述著落部分14a面對，以及電連接所述著落部分25a的導線部分 25b。所述絕緣片13在與所述著落部分14a和25a對應的位置有多個開 口 17。每個所述開口 17具有足夠的直徑，使得當壓力負荷被施加到所述傳感器1時，所述著落部分14a的一個能夠與所述著落部分25a的關 聯的一個接觸。
所述上撓性片21也具有檢測電極圖案22，形成在其上提供了開關 電極圖案14的所述撓性片21的下表面(圖1和圖2中)上。所述檢測 電極圖案22被形成以基本上覆蓋除形成所述開關電極圖案14的區域之 外的整個區域。可替換的，所述檢測電極圖案22可以被形成在所述撓性 片21的上表面上。這樣形成的檢測電極圖案22具有大的檢測區域，這 有助於鄰近對象的檢測。
混合傳感器1被連接到傳感器電路30。所述地電極圖案25通過所 述傳感器電路30的端子c被接地，作為包括在所述混合傳感器1中的所 述接觸壓力傳感器和所述靜電電容傳感器的公共地。所述開關電極圖案 14被連接到所述傳感器電路30的端子"a"以輸出0N/0FF信號，當所 述著落部分14a和25a之間有電連接時所述信號轉變為地(GND)電平。
所述檢測電極圖案22被連接到包括在傳感器電路30中的檢測電路 31的輸入端子b以檢測靜電電容(electrostatic capacitance)。所述 檢測電路31包括振蕩器，其振蕩以響應例如由所述檢測電極圖案22與 所述地之間的靜電電容所確定的頻率或工作循環(duty cycle);以及低 通濾波器，其對所述振蕩器的輸出積分。電阻32被連接在輸入端子b 與電壓控制電流源Vcc之間。
現在將所述混合傳感器1的操作描述如下。
當施加壓力負荷時，所述上撓性片21上所述開關電極圖案14的所 述著落部分14a的一個或者多個通過所述開口 17接觸所述下撓性片25 上的所述地圖案25的所述著落部分25a的一個或者多個，以進行電連接。 因此，所述開關電極圖案14的電勢轉變成地電平，檢測所述壓力負荷。 所述混合傳感器由此充當接觸壓力傳感器。
儘管由於所述檢測電極圖案22沒有重疊到所述開關電極圖案14和 所述地電極圖案25所處的區域，產生在那些電極圖案22， 14和25之間的靜電電容不是那麼高，寄生電容Co被形成在所述檢測電極圖案22和 所述開關電極圖案14以及所述地電極圖案25之間。但是，當一對象到 達所述檢測電極圖案22時，產生在所述對象與所述檢測電極圖案22之 間的電容Cx被增加。所述對象具有比要檢測的所述電容Cx大很多的地 電容，以致所述對象的電勢可以被當作地電勢。所述寄生電容Co與由於 所述鄰近對象所引起的所述電容Cx的總電容C也被增加。所述檢測電路 31感測所述總電容C中的變化以檢測所述鄰近對象。所述混合傳感器從 而充當靜電電容傳感器。如上所述，僅通過在所述上撓性片21上形成被設置為與要檢測的 物體面對的所述檢測電極圖案22，有可能把所述靜電電容傳感器的功能 增加到所述混合傳感器1。所述地電極圖案25也可以用作所述檢測電極 圖案22和所述開關電極圖案14兩者的公共接地。另外，所述開關電極 圖案14可以被形成在所述下撓性片24上，而所述地電極圖案25也可以 被形成在所述上撓性片21上。圖3和4示出了本發明的第二示範實施例。與所述第一實施例類似 或者相同的結構元件具有相同的參考數字，並且其解釋被省略。如圖3和4中所示，除圖1和2中所示的第一實施例中的混合傳感 器中所包括的結構元件之外，第二實施例的混合傳感器2包括保護電極 圖案42。所述保護電極圖案42被形成在上撓性片41的下表面上(圖3 和4中)以位於所述開關電極圖案14與所述檢測電極圖案22之間的空 間或者區域，並且圍繞所述開關電極圖案14。也就是說，考慮到所述撓 性片41的平面，所述保護電極圖案42，所述檢測電極圖案22以及所述 開關電極圖案14不被重疊。所述保護電極圖案42被供應有與供應到所 述檢測電極圖案22相同的電壓。為此，傳感器電路50通過充當電壓跟 隨器緩的衝放大器51以及連接到所述保護電極圖案42的端子d供應從 所述檢測電極圖案22的輸出電壓到所述保護電極圖案42 。根據上面的結構，所述檢測電極圖案22以及所述保護電極圖案42總是具有相同的電勢，並且因此沒有靜電電容被形成在它們之間。所述檢測電極圖案22，所述開關電極圖案14以及所述地電極圖案25之間的 所述寄生電容Co因此被大大地減小。因此有可能放大所述鄰近對象與所 述檢測電極圖案22之間產生的所述電容Cx中的變化，並且增加0f述靜 電電容傳感器的靈敏度。如圖5中所示，可替換地，除所述保護電極圖案42以外另外的保 護電極圖案44可以被形成在所述下撓性片24的上表面上。在此情況中， 所述保護電極圖案44被形成在所述上表面上以基本上覆蓋除其上形成 所述地電極圖案25的區域之外的整個區域，以圍繞所述地電極圖案25。 因為所述保護電極圖案44也被形成在下撓性片24上，所述下撓性片24 在面對要檢測的鄰近對象的上撓性片41的對面(opposite)。此結構使 有可能防止由例如產生在所述靜電電容傳感器的下側(圖5中)上以及 在從所述下側接近所述下撓性片24的鄰近對象所產生的噪聲所導致的 誤檢測。類似於所述第一實施例，所述開關電極圖案14可以形成在所述 下撓性片24上而所述地電極圖案25可以形成在所述上撓性片41上。圖6和7顯示本發明的第三示範實施例。與第一和第二實施例類似 或者相同的結構元件具有相同的參考數字，並且其解釋被省略。根據第三實施例的混合傳感器3包括上和下撓性片61和62以及位 於所述上和下撓性片61和62之間的絕緣片63。所述上撓性片61被提 供有電極圖案64，其在面對所述絕緣片63的其下表面上包括開關電極 圖案64c，地電極圖案64d以及保護電極圖案69。在圖6中，為了清楚， 所述電極圖案64由實線繪製。類似於第一和第二實施例，所述電極圖案 64具有著落部分64a和導線部分64b。在所述著落部分64a處，所述開 關電極圖案64c以及所述地電極圖案64d被配置有互相面對的梳齒。所 述保護電極圖案69被配置在所述開關電極圖案64c的外周以在所述著落 部分64a以及所述導線部分64b圍繞所述圖案64c。所述下撓性片62被提供有多個短路圖案65，其以矩陣形式配置在對應於所述上撓性片61的所述電極圖案64的所述著落圖案64a的位置。 所述絕緣片63在對應於所述著落部分64a和所述短路圖案65的位 置處具有多個開口 67。每個開口 67具有足夠的直徑以在壓力負荷被施 加到所述傳感器3時使所述著落部分64a的一個能夠接觸短路圖案65 的關聯的一個。所述上和下撓性片61和62以及所述絕緣片63被進一步分別提供 有縫隙68a， 68c和68b。所述撓性片61上的縫隙68a被形成所述保護電 極圖案69的外周以圍繞所述圖案69。因此，所述縫隙68a將所述電極 圖案64形成的區域與所述上撓性片61的其它部分分開，除圖6中左側 的無縫隙形成部分之外。所述縫隙68b和68c被分別形成在所述絕緣片 63的開口 67以及所述下撓性片62上的所述短路圖案65的外周處，以 圍繞它們。當所述上和下撓性片61和62以及所述絕緣片63被堆疊在一 起時，所述縫隙68a， 68b和68c被重疊以形成貫穿的縫隙。在所述上撓性片61上的所述縫隙68a的外周處，檢測電極圖案66 被形成以圍繞所述縫隙68a。如圖6中所示，所述檢測電極圖案66被形 成以基本上覆蓋除形成所述電極圖案64以及縫隙68a的區域之外的整個 區域。這樣形成的檢測電極圖案66具有有助於鄰近對象的檢測的大的檢 測區域。當一對象到達所述檢測電極圖案66時，產生在所述對象與所述 檢測電極圖案66之間的電容Cx被增加。所述對象具有比要檢測的所述 電容Cx大很多的地電容，所以所述對象的電勢可以被當作地電勢。所述 電容Cx中的變化因此是可檢測的。混合傳感器3被連接到與圖3中所示的傳感器電路50類似的傳感 器電路。也就是說，所述開關電極圖案64c被連接到所述傳感器電路50 的端子"a"，所述檢測電極圖案66被連接到所述傳感器電路50的端子 b ，所述地電極圖案64b被連接到所述傳感器電路50的端子c，以及所 述保護電極圖案69被連接到所述傳感器電路50的端子d。在此實施例中，可以被稱為膜開關的所述電極圖案.64通過所述縫隙68a從形成所述檢測電極圖案66的區域分開。當所述混合傳感器3 被安裝在彎曲處時，此結構防止由施加到所述混合傳感器3的彎曲力所 導致的所述混合傳感器3的誤操作。如上面的描述，根據本發明的所述混合傳感器具有檢測電極圖案， 其被提供以基本上覆蓋除其上形成所述開關電極圖案的區域之外的整個 區域。因此，所述檢測電極圖案具有對檢測鄰近對象有貢獻的大的檢測 區域。此結構使得有可能提高所述靜電電容傳感器的靈敏度。另外，根據本發明的所述混合傳感器中的靜電電容傳感器具有保護 電極圖案，其被配置成位於所述檢測電極圖案和其它電極圖案之間的區 域或者空間。所述保護電極圖案被施加與所述檢測電極圖案的電壓相等 的電壓。因此，考慮靜電電容，所述檢測電極圖案被從所述其它電極圖 案隔離。此結構使得即使多個功能被提供在所述混合傳感器上也可能避 免所述靜電電容傳感器的靈敏度的降級。儘管本發明的示範實施例已經在上面進行了描述和說明，需要理解 的是這些僅是本發明的示範而不應被看作是限制。可以在不脫離本發明 的精神或者範圍的情況下進行添加，省略，替換，以及其它修改。因此， 本發明不應該被看成由前面的說明書來限制，而是僅由所附的權利要求 的範圍所限制。
權利要求
1.一種靜電電容傳感器，包括多個堆疊的撓性片；其中所述多個撓性片的第一片包括檢測電極圖案；第二電路圖案；以及保護電極圖案，其被供應有與供應到所述檢測電極圖案相同的電勢，並且位於所述第一片上以阻擋所述檢測電極圖案與所述第二電路圖案之間的寄生電容；以及檢測電路，其被連接到所述檢測電極圖案，所述檢測電路檢測所述檢測電極圖案的靜電電容。
2. 如權利要求1所述的靜電電容傳感器，其中 所述多個撓性片的第二片包括地電極圖案。
3. 如權利要求2所述的靜電電容傳感器，其中所述檢測電極圖案， 所述第二電路圖案，以及所述保護電極圖案被形成在所述第一片的相同 的表面上。
全文摘要
一種通過堆疊多個撓性片而形成的混合傳感器，其中每個撓性片被提供有電極圖案。所述混合傳感器包括接觸壓力傳感器，其具有通過壓力負荷接通或者斷開的開關，以及靜電電容傳感器，其檢測鄰近對象而不與所述對象接觸。所述電極圖案包括作為所述接觸壓力傳感器的開關的開關電極圖案以及作為所述靜電電容傳感器的檢測電極的檢測電極圖案。所述檢測電極被形成以基本上覆蓋除了其上形成所述開關電極圖案的區域之外的整個區域。
文檔編號G01D21/02GK101592499SQ200910142498
公開日2009年12月2日 申請日期2005年5月8日 優先權日2004年5月10日
發明者上島彰, 中村靖, 二階堂伸一, 見崎信正 申請人:株式會社藤倉