使用单层应变敏感结构来在电子设备中进行力感测制造技术

本发明专利技术题为“使用单层应变敏感结构来在电子设备中进行力感测”。本发明专利技术公开了一种包括串联连接并且形成于基板的一个表面上的两个电阻结构的应变敏感结构。一个电阻结构利用被布置成第一迹线图案的第一迹线来形成。另一个电阻结构利用被布置成第二迹线图案的第二迹线来形成。该第一电阻结构被配置为响应于基板上的所施加的应力而经历应变。该第二电阻结构被配置为响应于基板上的所施加的应力而经历比第一电阻结构更小的应变。该应变敏感结构和该基板一起形成可被包括在电子设备中的力感测层。

Using a single layer strain sensitive structure to perform a force sensing in an electronic device

The invention is entitled \using a single layer strain sensitive structure to perform a force sensing in an electronic device\. The present invention discloses a strain sensitive structure consisting of two resistance structures on one surface of a substrate, which includes a series connection and is formed on a surface of a substrate. A resistance structure is formed by using the first trace that is arranged into the first trace pattern. Another resistance structure is formed by the second trace that is arranged into a second trace pattern. The first resistance structure is configured to undergo strain in response to the stress applied on the substrate. The second resistance structure is configured as a strain that is smaller than the first resistance structure in response to the applied stress on the substrate. The strain sensitive structure is formed together with the substrate to form a force sensing layer that can be included in an electronic device.

【技术实现步骤摘要】
使用单层应变敏感结构来在电子设备中进行力感测
所述实施方案通常涉及应变感测。更具体地，本专利技术的实施方案涉及使用形成于基板的一个表面中或上的应变敏感结构来在电子设备中进行力感测。
技术介绍
许多电子设备和输入设备包括用于接收用户输入的触敏表面。设备诸如智能电话、平板计算设备、膝上型计算机、跟踪垫、可穿戴通信与健康设备、导航设备、以及信息亭可包括触敏表面。在一些情况下，该触敏表面与显示器集成在一起，以形成触摸屏或触敏显示器。该触敏表面可检测并中继一次或多次用户触摸的位置，该一次或多次用户触摸可被电子设备解释为命令或手势。在一个示例中，该触摸输入可用于与在设备的显示器上呈现的图形用户界面进行交互。在另一个示例中，该触摸输入可被中继到在计算机系统上操作的应用程序，以实现应用程序的改变。然而，触敏表面受限于仅提供一个或多个触摸事件的位置。此外，与计算设备的许多当前输入一样，触摸也是二进制的。该触摸或者存在，或者不存在。二进制输入固有地受到限制，因为它们仅可占用两种状态(存在或不存在、开或关等)。在许多示例中，可能有利的是还检测并测量被施加到表面的触摸的力。此外，当在整个连续值中测量力时，其可充当非二进制输入。
技术实现思路
本文所述的某些实施方案参考包括至少一个应变敏感结构的应变或力感测层。应变敏感结构包括形成于基板的仅一个表面上的第一迹线、以及形成于基板的相同表面上的第二迹线。该第一迹线形成第一电阻结构，并且第二迹线形成第二电阻结构。该第二迹线与第一迹线串联连接。第一迹线包括：第一区段，该第一区段包括被布置成螺线形图案的第一组支路，该第一组支路具有沿第一轴延伸的第一长度；第二区段，该第二区段包括被布置成螺线形图案的第二组支路，该第二组支路具有沿第一轴延伸的第一长度；和第三区段，该第三区段包括沿第二轴延伸并且将第一区段连接到第二区段的支路。该第二迹线包括：邻近第一区段的三个侧面定位的第四区段，该第四区段包括被布置成螺线形图案的第三组支路，该第三组支路具有小于第一长度的第二长度；以及连接到第四区段的第五区段，该第五区段邻近第二区段的三个侧面定位，该第五区段包括被布置成螺线形图案的第四组支路，该第四组支路具有第二长度。在一些实施方案中，第一迹线图案和第二迹线图案可被布置成减少、最小化、或基本上取消磁干扰。在一些实施方案中，应变敏感结构包括在基板的表面上被布置成第一迹线图案的第一迹线，以及在基板的表面上被布置成第二迹线图案的第二迹线。该第一迹线形成第一电阻结构，并且第二迹线形成与第一电阻结构串联连接的第二电阻结构。响应于基板上的所施加的应力，第一电阻结构经历应变。响应于基板上的所施加的应力，第二电阻结构经历比第一电阻结构更小的应变。除此之外或另选地，响应于被施加到基板的表面的一个或多个力，第一电阻结构的电阻比第二电阻结构的电阻改变更多。本文所述的另外的实施方案可涉及包括一种电子设备或采取一种电子设备的形式，该电子设备包括被定位在覆盖层下方的显示层，以及被定位在显示层上方或下方的力感测层。该力感测层包括基板、以及形成于基板的表面上的多个应变敏感结构。处理设备可操作地(例如，以电气方式)连接到多个应变敏感结构。该处理设备被配置为从每个应变敏感结构接收应变信号，并且使至少一个应变信号与被施加到覆盖层的力的大小关联。该多个应变敏感结构中的至少一个应变敏感结构包括在基板的表面上被布置成第一迹线图案并且形成第一电阻结构的第一迹线，以及在基板的表面上被布置成第二迹线图案并且形成第二电阻结构的第二迹线，该第二电阻结构与该第一电阻结构串联连接。该第一电阻结构的第一迹线图案对响应于基板上的所施加的应力的在一个或多个方向上的应变敏感。该第二电阻结构的第二迹线图案对响应于基板上的所施加的应力的在任何方向上的应变不太敏感。在一些实施方案中，一种在基板上制造应变敏感结构的方法包括在基板上方形成导电材料，以及通过在一个蚀刻操作中在导电材料中蚀刻第一迹线和第二迹线来形成应变敏感结构。该第一迹线被蚀刻成第一迹线图案，并且该第二迹线被蚀刻成第二迹线图案，并且第一迹线和第二迹线串联连接。然后蚀刻基板，以在第一迹线和第二迹线周围和之间产生沟槽。当蚀刻基板时，该第一迹线和第二迹线充当掩模，使得沟槽与第一迹线和第二迹线自对准。附图说明通过以下结合附图的具体实施方式，本公开将易于理解，其中类似的附图标号指示类似的结构元件，并且其中：图1示出了可包括一个或多个应变敏感结构的电子设备的一个示例；图2A-2E示出了适用于在力感测层中使用的应变敏感结构的第一示例；图2F描绘了适用于在力感测层中使用的第二示例性应变敏感结构；图2G示出了适用于在力感测层中使用的第二示例性应变敏感结构；图3描绘了连接到参考元件的应变敏感结构的示意图；图4示出了包括应变敏感结构阵列的力感测层的一部分的简化视图；图5描绘了基板上的第二迹线的一个示例；图6示出了基板上的第一迹线和第二迹线的示例；图7描绘了制造图6中所示的第一迹线和第二迹线的示例性方法的流程图；并且图8示出了沿图1中的线8-8截取的显示器的一部分的横截面视图。附图中的交叉影线或阴影的用途被大致提供以阐明相邻元件之间的界限并且还有利于附图的易读性。因此，存在或不存在无交叉影线或阴影均不表示或指示对特定材料、材料属性、元件比例、元件尺寸、类似图示元件的共同性或在附图中所示的任何元件的任何其他特性、性质、或属性的任何偏好或要求。此外，应当理解，各个特征部和元件(以及其集合和分组)的比例和尺寸(相对的或绝对的)以及其间呈现的界限、间距和位置关系在附图中提供，以仅用于促进理解本文所述的各个实施方案，并因此可不必要地被呈现或示出以衡量并且并非旨在指示对所示的实施方案的任何偏好或要求，以排除结合其所述的实施方案。具体实施方式现在将详细参考在附图中示出的代表性实施方案。应当理解，以下描述并非旨在将实施方案限制于一个优选实施方案。相反，其旨在涵盖可被包括在由所附权利要求限定的所述实施方案的实质和范围内的替代形式、修改形式和等同形式。本文所述的实施方案涉及包括输入设备的电子设备，该输入设备被配置为确定被施加到输入设备的输入表面的力的大小。该输入设备包括力感测层，该力感测层具有形成于基板的一个表面上的一个或多个应变敏感结构或应变响应结构。该力感测层可被并入到任何合适类型的输入设备中。示例性输入设备包括但不限于触摸显示器、按钮、电子设备的外壳的一部分、以及跟踪垫。每个应变敏感结构包括串联连接的两个电阻结构。一个电阻结构利用被布置成第一迹线图案的第一迹线来形成。该第一迹线的区段具有被布置成螺线形图案的支路。另一个电阻结构利用被布置成第二迹线图案的第二迹线来形成。该第二迹线包括也被布置成螺线形图案的支路。该第二迹线中的支路的数量大于第一迹线中的支路的数量，并且第二迹线中的支路短于第一迹线中的支路。具体地，由第一迹线形成的电阻结构的电阻响应于应变而改变，而由第二迹线形成的电阻结构的电阻响应于应变而改变更少。这至少部分地由于第二迹线中的支路在较短距离内接触基板(例如，第二迹线中的支路的长度小于第一迹线中的支路的长度)。当第二迹线利用具有高杨氏模量的材料(例如，金属)形成并且由利用具有较低杨氏模量的材料(例如，塑料)形成的基板支撑时，应变在第二迹线中减小并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种操作以在电子设备中检测用户输入的应变敏感结构，包括：在基板的仅一个表面上形成第一电阻结构的第一迹线，所述第一迹线包括：第一区段，所述第一区段包括被布置成螺线形图案的第一组支路，所述第一组支路具有沿第一轴延伸的第一长度；第二区段，所述第二区段包括被布置成所述螺线形图案的第二组支路，所述第二组支路具有沿所述第一轴延伸的所述第一长度；和第三区段，所述第三区段包括沿第二轴延伸并且将所述第一区段连接到所述第二区段的支路；和在所述基板的仅所述一个表面上形成第二电阻结构的第二迹线，所述第二迹线包括：邻近所述第一区段的三个侧面定位的第四区段，所述第四区段包括被布置成所述螺线形图案的第三组支路，所述第三组支路具有小于所述第一长度的第二长度；和连接到所述第四区段的第五区段，所述第五区段邻近所述第二区段的三个侧面定位，所述第五区段包括被布置成所述螺线形图案的第四组支路，所述第四组支路具有所述第二长度。

【技术特征摘要】
2016.09.07 US 15/258,8101.一种操作以在电子设备中检测用户输入的应变敏感结构，包括：在基板的仅一个表面上形成第一电阻结构的第一迹线，所述第一迹线包括：第一区段，所述第一区段包括被布置成螺线形图案的第一组支路，所述第一组支路具有沿第一轴延伸的第一长度；第二区段，所述第二区段包括被布置成所述螺线形图案的第二组支路，所述第二组支路具有沿所述第一轴延伸的所述第一长度；和第三区段，所述第三区段包括沿第二轴延伸并且将所述第一区段连接到所述第二区段的支路；和在所述基板的仅所述一个表面上形成第二电阻结构的第二迹线，所述第二迹线包括：邻近所述第一区段的三个侧面定位的第四区段，所述第四区段包括被布置成所述螺线形图案的第三组支路，所述第三组支路具有小于所述第一长度的第二长度；和连接到所述第四区段的第五区段，所述第五区段邻近所述第二区段的三个侧面定位，所述第五区段包括被布置成所述螺线形图案的第四组支路，所述第四组支路具有所述第二长度。2.根据权利要求1所述的应变敏感结构，还包括邻近所述第五区段定位并且连接到所述第五区段的第六区段，所述第六区段包括被布置成所述螺线形图案的第五组支路，所述第五组支路具有沿所述第二轴延伸的所述第二长度。3.根据权利要求1所述的应变敏感结构，其中所述第一迹线在所述基板的所述表面上被布置成第一迹线图案；并且所述第二迹线在所述基板的所述表面上被布置成第二迹线图案；并且所述第一迹线图案和所述第二迹线图案被布置在所述基板的所述一个表面上，以减少磁干扰。4.根据权利要求3所述的应变敏感结构，其中所述第一迹线图案和所述第二迹线图案在所述基板上旋转至少一次。5.根据权利要求4所述的应变敏感结构，其中所述第一迹线的所述第一区段和所述第三区段被布置成检测沿所述第一轴的应变，并且所述第一迹线的经旋转的第一区段和第三区段被布置成检测沿所述第二轴的应变。6.根据权利要求1所述的应变敏感结构，其中所述第二轴垂直于所述第一轴。7.根据权利要求1所述的应变敏感结构，其中响应于所述基板上的所施加的应力，所述第四区段和所述第五区段各自经历比所述第一区段和所述第二区段更小的应变。8.根据权利要求1所述的应变敏感结构，还包括邻近所述第二迹线的至少一部分而形成于所述基板中的至少一个腔。9.根据权利要求1所述的应变敏感结构，还包括沟槽，所述沟槽形成于所述第一迹线的所述第一区段、所述第二区段和所述第三区段中的每个支路之间和周围以及所述第二迹线的所述第四区段和所述第五区段中的每个支路之间和周围的所述基板中。10.根据权利要求9所述的应变敏感结构，还包括被设置在所述基板与所述第一迹线和所述第二迹线之间的绝缘层。11.一种应变敏感设备，包括：第一迹线，所述第一迹线在基板的表面上被布置成第一迹线图案并且形成第一电阻结构；和第二迹线，所述第二迹线在所述基板的所述表面上被布置成第二迹线图案并且形成第二电阻结构，所述第二电阻结构与所述第一电阻结构串联连接，其中响应于所述基板上的所施加的应力，所述第一电阻结构经历应变；并且响应于所述基板上的所施加的应力，所述第二电阻结构经历比所述第一电阻结构更小的应变。12.根据权利要求11所述的应变敏感设备，其中所述第一迹线图案包括第一区段，所述第一区段包括被布置成螺线形图案并且具有第一长度的第一组支路。13.根据权利要求12所述的应变敏感设备，其中所述第二迹线图案包括第二区段，所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·S·史密斯，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国,US