防水按钮设备、包括按钮设备的输入设备以及电子装置制造方法及图纸

本公开的实施例涉及防水按钮设备、包括按钮设备的输入设备以及电子装置。一种按钮设备，包括MEMS传感器，MEMS传感器具有MEMS应变检测结构以及可变形基板，可变形基板被配置为在外力的作用下经历变形。MEMS应变检测结构包括移动元件，该移动元件经由至少第一锚固件和第二锚固件由可变形基板承载，第一锚固件和第二锚固件相对于可变形基板固定，并且第一锚固件和第二锚固件被配置为在存在外力的情况下在移动部件上位移并且生成变形力；以及定子元件，电容耦合到移动元件。移动元件的变形导致在移动元件与定子元件之间的电容变化。更进一步地，MEMS传感器被配置为生成与电容变化相关的检测信号。

【技术实现步骤摘要】
防水按钮设备、包括按钮设备的输入设备以及电子装置
本公开涉及一种防水MEMS(微机电系统)按钮设备、包括该MEMS按钮设备的输入设备，以及电子装置。具体地，下文中参考按钮，该按钮可以由用户操作以生成由电子装置用于其操作的电信号。
技术介绍
众所周知，用于便携式电子装置(诸如智能电话和智能手表)的输入设备(诸如键、按钮或开关)通常是使得用户能够向便携式电子装置提供信号的物理触摸元件。比如，当处于待机模式时，施加在智能电话的按钮上的压力使得用户能够重新激活其屏幕。已知输入设备包括应变传感器，其利用不同的物理原理来检测由用户所发布的命令。例如，已知应变传感器是压阻传感器，其通过由在输入设备本身上施加外力(例如，按钮上的压力)引起的电阻变化来检测用户命令。当前，越来越希望输入设备不渗透流体(通常为水)，以防止便携式电子装置由于流体的浸润而发生故障，或例如在进行水上运动时使得该装置能够在水下使用。为此，现有防水输入设备提供有在便携式电子装置的组装期间集成的密封元件(例如，O形环)，其防止水进入便携式电子装置。在美国专利US2015/0092345A1中对包括O形环的输入设备的示例进行了描述。在美国专利US2016/0225551A1中对已知输入设备的另一示例进行了描述，该专利公开了一种便携式电子装置，其包括物理按钮作为输入设备。此处，按钮包括可以在便携式电子装置的壳体中移动的帽、耦合到该帽的柔性元件以及耦合到该柔性元件的应力传感器。使用中，外力(例如，由于用户的手指在帽上施加的压力)使柔性元件偏转，从而在应力传感器中生成对应应力，该对应应力生成电信号、并且将其供应给处理元件。
技术实现思路
本公开的一个或多个实施例克服了现有技术的缺点中的一个或多个缺点。根据本公开，提供了按钮设备、输入设备以及电子装置。附图说明为了更好地理解本公开，现在，参照附图仅仅通过非限制性示例对其实施例进行描述，其中：图1示出了安装在便携式电子装置中的本输入设备的简化结构的横截面；图2示出了图1的包括MEMS传感器的输入设备的更详细的横截面；图3示意性示出了处于静止条件下的图2的MEMS传感器的结构的顶视图；图4示意性示出了处于受力位置的输入设备的一部分的截面图；图5是与图3的顶视图类似的顶视图，其图示了处于图4的应力条件下的MEMS传感器的结构；图6是根据实施例的用于处理由图2的输入设备所提供的信号的电路的简化框图；图7是根据另一实施例的处于静止位置的图2的MEMS传感器的结构的示意性顶视图；图8是根据本专利技术另一实施例的本输入设备和信号处理电路的简化框图；图9是可以与图6的输入设备一起使用的参考振荡电路的结构的顶视图；图10是可以与图6的输入设备一起使用的不同的振荡电路的结构的顶视图；以及图11示出了便携式电子装置和本输入设备的另一实施例。具体实施方式本专利技术人认识到，在便携式装置中，期望输入设备呈现预先定义的行程和在时间上耐久的防水性，以及较小的尺寸。然而，便携式电子装置的小型化发展趋势经常与现有输入设备的防水组件不兼容；例如，现有O形环的尺寸不可忽略，其可以干扰小型化要求。为了兼顾防水和小尺寸，用于便携式电子装置的已知电流输入设备的制造和组装均较为复杂。另外，现有密封元件例如由于输入设备的重复应力而遭受磨损以及老化，从而降低了密封元件的防水能力。更进一步地，已知输入设备的功耗水平通常较高，这会显著减少便携式电子装置的电池寿命。本公开涉及一种MEMS(微机电系统)按钮设备、包括MEMS按钮设备的输入设备以及电子装置。具体地，下文中参考按钮，该按钮可以由用户操作以生成由电子装置用于其操作的电信号。图1示出了包括封壳2的便携式电子装置1的一部分。比如，封壳2通过由例如由铝制成的便携式电子装置1的壳体中的底座构成，并且封壳2容纳输入设备3(其在图1中由具有虚线轮廓的框表示)。在一些实施例中，在封壳2的区域中，便携式电子装置1具有壁5，该壁5具有彼此相对的第一表面5A和第二表面5B，并且具有腔体4，该腔体4被配置为容纳MEMS设备6。壁5包括可变形部分7，该可变形部分在腔4上延伸、并且形成膜9，该膜9具有面向腔体4的膜表面9A。壁5的厚度较小，从而具有高柔性以及对作用在可变形部分7上外力的F的良好灵敏性。腔体4(例如，具有平行六面体形状或圆柱形状)具有由膜表面9A形成的第一基底表面、平行于第一表面5A和第二表面5B延伸的第二基底表面(也称为基底表面5C)以及侧表面5D。第一板15在腔体4内大致平行于第一表面5A和第二表面5B延伸，第一板15被固定到侧表面5D，并且将腔体4本身分为与膜表面9A相邻的第一腔体部分4A以及与基底表面5C相邻的第二腔体部分4B。MEMS设备6被容纳在第一腔体部分4A中，并且通过粘合剂层11(例如，胶水或芯片附着膜DAF)胶合到膜9的膜表面9A。第一板15形成柔性材料(例如，通常用于印刷电路板的材料，诸如Kapton、聚酰亚胺、或PVC)的连接结构13的一部分，该连接结构13被布置在腔体4中，并且物理和电耦合到MEMS设备6。另外，连接结构13包括第二板17，该第二板17被容纳在第一腔体部分4A中，并且在MEMS设备6未耦合到膜表面9A的一侧上固定到MEMS设备6；以及连接器19，其将第一板15和第二板17物理和电连接。第一板15例如也由通常用于印刷电路板但更坚硬的材料(例如，FR4玻璃增强环氧层压材料)制成，可以容纳多个电子部件(未示出)，该多个电子部件通过穿过板15、17的导电路径以及在连接器19中的导电路径(未示出)电耦合到MEMS设备6。图2更详细地示出了输入设备3。在一些实施例中，MEMS设备6包括：支撑基板20；MEMS传感器30，例如，电容应变传感器；以及处理电路32，例如，ASIC(专用集成电路)。支撑基板20具有彼此相对的顶部表面20A和底部表面20B(其中“顶部”和“底部”是指图2所示的布置)。MEMS传感器30和处理电路32被制造为单独设备，每个单独设备被集成在相应半导体材料管芯中，并且分别通过第一绝缘层21和第二绝缘层23固定到支撑基板20的顶部表面20A。在一些实施例中，支撑基板20是例如LGA(岸面栅格阵列)类型的多层印刷电路板，其包括导电材料(例如，铜Cu或铝Al)制成的层或互连通孔(未示出)，并且支撑基板20被嵌入由介电材料(例如，氧化硅SiO2)制成的绝缘层(未示出)中。支撑基板20承载由导电材料(例如，铜或铝)制成的第一连接焊盘25，该第一连接焊盘25在底部表面20B上延伸，并且将支撑基板20电耦合到第二板17。MEMS传感器30包括有源部分33，其耦合到第一绝缘层21；以及帽35，其通过胶合层34结合到有源部分33。有源部分33包括体部36、MEMS结构42以及壁区域45。体部36由外延基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种按钮设备，包括MEMS传感器，所述MEMS传感器包括MEMS应变检测结构和可变形基板，所述可变形基板被配置为响应于外力而经历变形，所述MEMS应变检测结构包括：/n移动元件；/n第一锚固件和第二锚固件，所述第一锚固件和所述第二锚固件二者相对于所述可变形基板是刚性的，并且所述第一锚固件和所述第二锚固件二者被配置为响应于所述外力而在所述移动元件上位移以及生成变形力(F

【技术特征摘要】
20190930 IT 1020190000175461.一种按钮设备，包括MEMS传感器，所述MEMS传感器包括MEMS应变检测结构和可变形基板，所述可变形基板被配置为响应于外力而经历变形，所述MEMS应变检测结构包括：
移动元件；
第一锚固件和第二锚固件，所述第一锚固件和所述第二锚固件二者相对于所述可变形基板是刚性的，并且所述第一锚固件和所述第二锚固件二者被配置为响应于所述外力而在所述移动元件上位移以及生成变形力(Ft)；以及
定子元件，电容耦合到所述移动元件，所述移动元件的位移导致在所述移动元件与所述定子元件之间的电容变化，所述MEMS传感器被配置为基于所述电容变化来生成检测信号。


2.根据权利要求1所述的按钮设备，其中所述移动元件包括：
梁，被配置为响应于所述变形力而围绕旋转轴线旋转，所述梁具有第一半梁和第二半梁；
第一臂，在所述第一半梁与所述第一锚固件之间延伸，并且所述第一臂将所述第一半梁与所述第一锚固件耦合；
第二臂，在所述第二半梁与所述第二锚固件之间延伸，并且所述第二臂将所述第二半梁与所述第二锚固件耦合，所述第一臂和所述第二臂彼此处于偏心位置，并且在受到所述变形力时，所述第一臂和所述第二臂在所述梁上生成扭矩。


3.根据权利要求2所述的按钮设备，其中所述定子元件包括第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极分别面向、并且分别电容耦合到所述第一半梁和所述第二半梁。


4.根据权利要求3所述的按钮设备，其中所述移动元件包括：
第一框架结构，相对于所述第一半梁是刚性的，并且所述第一框架结构包围所述定子元件的所述第一电极；以及
第二框架结构，相对于所述第二半梁是刚性的，并且所述第二框架结构包围所述定子元件的所述第二电极。


5.根据权利要求4所述的按钮设备，其中所述第一框架结构和所述第二框架结构包括：
相应纵向侧，被布置为平行于所述梁并且相对于所述梁对称；以及
相应横向侧，在横向于所述纵向侧的方向上延伸，
其中所述第一框架结构和所述第二框架结构限定第一开口和第二开口，所述第一开口和所述第二开口被配置为包围所述第一电极和所述第二电极。


6.根据权利要求5所述的按钮设备，其中所述定子元件包括：第三电极和第四电极，所述第三电极和所述第四电极被布置在所述第一开口和所述第二开口中，并且所述第三电极和所述第四电极在横向上分别与所述第一电极和所述第二电极相邻以及平行，所述第三电极和所述第四电极分别直接面向、并且分别电容耦合到所述纵向侧。


7.根据权利要求1所述的按钮设备，其中所述移动元件包括第一振荡元件，所述第一振荡元件包括：
第一测量柔性臂和第二测量柔性臂，每个测量柔性臂具有第一端和第二端，所述第一测量柔性臂和所述第二测量柔性臂电容耦合到所述定子元件，并且所述第一测量柔性臂和所述第二测量柔性臂被配置为在测量谐振频率处振荡；
第一测量连接臂和第二测量连接臂，所述第一测量连接臂将所述第一测量柔性臂的所述第一端和所述第二测量柔性臂的所述第一端耦合在一起，并且所述第二测量连接臂将所述第一测量柔性臂的所述第二端和所述第二测量柔性臂的所述第二端耦合在一起，从而形成测量窗口；以及
第一测量锚固臂和第二测量锚固臂，各自在所述第一测量连接臂和所述第二测量连接臂中的相应一个测量连接臂与相应锚固件之间延伸。


8.根据权利要求7所述的按钮设备，其中所述定子元件包括：
第一测量驱动电极和第二测量驱动电极，分别面向、并且分别电容耦合到所述第一测量柔性臂和所述第二测量柔性臂；以及
至少一个测量电极，面向、并且电容耦合到所述第一测量柔性臂和所述第二测量柔性臂中的至少一个测量柔性臂。


9.根据权利要求8所述的按钮设备，其中所述测量电极被布置在所述测量窗口中，并且所述第一测量驱动电极和所述第二测量驱动电极被布置在所述测量窗口外，并且所述第一测量驱动电极和所述第二测量驱动电极各自面向所述第一测量柔性臂和所述第二测量柔性臂中的相应一个测量柔性臂。


10.根据权利要求7所述的按钮设备，其中所述MEMS应变检测结构包括正自维持谐振反馈回路，所述正自维持谐振反馈回路包括所述移动...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·加特瑞，C·瓦尔扎希纳，E·杜奇，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT