專利名稱：模內(nèi)成型的電容式開關的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種觸摸感應開關，更具體地，涉及一種在塑膠結(jié)構(gòu)中模制的電容式 開關。
背景技術：
觸摸感應開關用于例如家用電器(例如，爐、洗衣機、干衣機、攪拌器、烤箱等)的 觸摸板，以及便攜式裝置(例如，IP0D，電話)。典型的觸摸感應開關利用電阻膜傳感或電 容傳感。電阻膜傳感利用由很薄的隔離片隔離開的兩個導電電阻板。當力輕輕地作用在其 中一個板上，與另一個板接觸，系統(tǒng)的電阻增加。這從而增加了電壓，可以用于提供一個輸 出。這類技術可以用于單個輸出，以及滑動開關類的輸出。這類開關的缺點在于當力移開 時依賴薄膜(隔離片、粘合劑等)的彈性來使其恢復到已知狀態(tài)。電容式開關探測由于開關動作所產(chǎn)生的電容改變，例如物體或手指靠近或接觸開 關。電容式開關與電阻傳感方法不同，電容式開關基本上無需作用力來實現(xiàn)開關的觸發(fā)。 這類開關的實際靈敏性可以通過檢測電路調(diào)節(jié)。電容式開關優(yōu)點在于抗干擾，且無需電動 機械開關裝置(例如，按鈕或滑動開關)。此外，由于沒有移動元件，故障率低。盡管如此， 制造電容式開關的已知技術不適合將開關和三維支撐結(jié)構(gòu)(用戶界面例如控制面板)一體 化。此外，在沒有使用復雜裝配和對齊工藝的情況下，已知的電容式開關不能容易地與具有 仿形結(jié)構(gòu)一體化。因此，電容式開關需要解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
一種具有模內(nèi)成型的電容式開關的制品，包括薄膜和塑膠支撐結(jié)構(gòu)。所述薄膜具 有前表面和后表面，該后表面上印有至少一個導電油墨傳感區(qū)。所述薄膜固定在所述塑膠 支撐結(jié)構(gòu)，且所述薄膜的后表面面向所述塑膠支撐結(jié)構(gòu)。在一個實施方式中，至少所述薄膜 的前表面的一部分暴露出。在另一個實施方式中，至少一個導電油墨傳感區(qū)沒有暴露出。在 進一步的實施例中，與電容式開關的功能相關的標記印在所述薄膜的后表面上，并且從所 述薄膜的前表面可以看得見。—種制造具有模內(nèi)成型的電容式開關的制品的方法，包括準備具有前表面和后表 面的薄膜，將導電油墨傳感區(qū)印在所述后表面上，以及將所述薄膜制成所述形狀。所述薄膜 優(yōu)選設置在具有內(nèi)部的注塑模中，所述導電油墨傳感區(qū)面向注塑模的內(nèi)部。熔融塑膠流入 所述注塑模，以制成與所述薄膜依附的塑膠支撐結(jié)構(gòu)，從而形成所述制品。在一個實施方式 中，所述導電油墨傳感區(qū)沒有接觸模的任何表面。在另一個實施方式中，至少一個連接器模 制在所述制品中，該連接器與至少一個導電傳感元件連接。在另一個實施方式中，將所述薄膜制成所需形狀的步驟包括真空熱成形。在進一步的實施方式中，將所述薄膜制成所需形狀的步驟包括高壓成形。


本發(fā)明的上述說明、進一步目的、特征和優(yōu)點，將從附圖和下面的優(yōu)選實施方式中
更容易理解。圖1為薄膜開關的分解圖，該薄膜開關具有導電油墨傳感區(qū)，用于形成模內(nèi)成型 的電容開關；圖2A為成形操作后，圖1的薄膜的一個實施例；圖2B為成形操作后，圖1的薄膜的一個實施例；圖3展示了具有模內(nèi)成型的電容式開關的制品的橫截面；圖4為制品的透視圖，其中制品具有模內(nèi)成型的電容式開關，用于說明連接器端 的連接；圖5為被模制入旋鈕結(jié)構(gòu)中的薄膜開關的平面圖；圖6為與圖5的薄膜開關結(jié)合的旋鈕的橫截面圖。
具體實施例方式本發(fā)明涉及模內(nèi)成型的開關裝置。優(yōu)選實施例涉及模內(nèi)成型的電容式開關。此外， 電容式開關也可以模內(nèi)成型為三維結(jié)構(gòu)。如上所述，電容式開關探測由于開關動作擾動帶 來的電容改變。在一個實施例中，當導電的或帶電的物體，例如手指，放置在靠近傳感區(qū)時，傳感 區(qū)的電容改變表明開關動作的發(fā)生。傳感電路檢測傳感區(qū)的電容變化。例如，傳感電路可 以調(diào)整為探測電容的特定改變。例如，傳感電路可以調(diào)整為探測手指靠近傳感區(qū)與，而同時 不探測其他類型的擾動(例如，濕氣)。美國專利，專利號5，972，623，申請日1997年10月 21日，申請人古普塔(Gupta)等，名稱“固態(tài)電容式開關”，公開了電容式開關的電子傳感的 例子，在此作為參考。此外，如在此描述，電容式開關可以用于探測一定距離的物體，以及觸 摸。這些傳感操作的細節(jié)描述在美國專利號5，730，165，6，288，707，6，377，009，6，452，514， 6，457，355,6, 466，036,6, 535，200，中，在此作為參考。為了將電容式開關結(jié)合到三維支撐結(jié)構(gòu)中，需要提供一種可以構(gòu)成所需形狀，同 時保持其探測電容改變的性能的開關。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過將電容式開關印在薄膜上，并將該薄 膜與塑料成型，開關可以構(gòu)成所需的形狀。這種模內(nèi)成型的電容式開關具有很多的用途。例 如，開關可以用于各種汽車內(nèi)部應用例如中控臺面板(例如，無線開關、HVAC(暖氣，通風與 空調(diào))開關、導航開關、電熱式座椅開關等)。此外，開關可以模制成平坦(觸摸面板)、凹 痕(引導用戶到開關)、或看起來像旋轉(zhuǎn)旋鈕(從表面上向外突出)。此外，在此描述的模內(nèi)成型的電容式開關可以用于頭頂控制臺(例如，遮陽篷燈、 地圖燈、舒適氛圍的開關)，門飾板(例如，窗戶和加熱式座椅開關)。取決于具體應用，優(yōu) 選采取措施保證開關不會單獨由接觸意外的觸發(fā)。其他應用包括汽車儀表板板上的外部照 明開關，用于操作可提升式門和可彈開式玻璃窗的A柱飾板開關，用于無鑰匙進入貼花和 內(nèi)部照明的β柱開關(當無鑰匙進入被觸發(fā)時)。其他應用也可以包括控制附屬配件(例如，IPOD )的開關，例如在中控制臺中的彈出模塊。除了形成模內(nèi)成型的電容式開關之外，在此描述的方法可以用于形成其他類型的仿形和剛性連接器結(jié)構(gòu)。例如，典型的門鎖含有若干個開關功能(即，車門未關緊、車門打 開、兒童安全、外開啟鎖緊/解鎖、內(nèi)開啟鎖緊)。典型地，這些連接通過金屬沖壓制成，使其 與應用相適應。但是，對于若干個開關和各種鎖蓋塑料厚度，將很難設置這些連接的線路。 用于這些應用的互相連接系統(tǒng)可以由印制的導電油墨導體代替。導電油墨線路的使用，使 導體在以往不能設置的區(qū)域中變得簡單。本發(fā)明不限于汽車應用。例如，在此描述的開關可以用于帶有觸摸開關面板的器 具(即，微波爐，爐具，冰箱，洗衣機，干衣機，攪拌機，烤箱)。其他例子也可以包括消費電子 產(chǎn)品例如音樂播放器或手提電腦，其中開關可以與這些設備的外殼模內(nèi)成型。模內(nèi)成型的 開關概念使其特別適用這些在于提供更多圓形邊緣和三維形狀的應用。此外，這些開關將 不會像薄膜開關那樣隨時間的過去而磨損。在優(yōu)選實施例中，制造具有一個或多個以下特征的三維模制品1.復雜形狀；2.用于物體例如開關的模內(nèi)成型的圖形；3.模內(nèi)成型的裝飾表面(即，木紋，鍍鉻，涂顏色)；4.模內(nèi)成型的導電電路線路和開關(電極)；以及5.從模內(nèi)成型的導電油墨到外部配合的連接點的終止和連接方法。下面將描述模內(nèi)成型的電容式開關的制造方法。通常，該制造方法包括通過在 可成形薄膜上印制導電油墨傳感區(qū)來制備薄膜開關，將所述薄膜成形為所需形狀，沖切所 述成形后的薄膜，將成形后的薄膜嵌入注塑模具中，以及將熔融塑料引入模具。參見圖1， 圖中展示了具有薄膜開關20的薄膜的分解圖。在圖1所示實施例中，薄膜開關20包括薄 膜22，各種油墨層印制在薄膜22上。圖1實施例涉及無鑰匙汽車進入系統(tǒng)。薄膜22包括 一張可成形的薄膜?？梢宰鳛楸∧?2的薄膜包括美國康涅狄格州Bayer Films Americas ofBerlin公司提供的聚碳酸酯Makrofo 和Hayfol 薄膜。薄膜22的顏色、半透明、和/或 透明度可以根據(jù)所需應用來選擇。盡管如此，在圖1所示的實施例中，薄膜22為煙黑色，并 優(yōu)選為半透明，從而印制在一側(cè)的圖案標記可以從另一側(cè)看得見。如圖1所示，若干個各種油墨層24，26，28，30，32，34，和36，印制在薄膜22上，以 提供元件的裝飾外觀，無鑰匙功能的圖案，以及用戶觸發(fā)的導電開關(電極)。各種印制工 藝可以用于形成各種油墨層，包括并不限于絲網(wǎng)印刷，膠版印刷，照相凹版印刷，柔性版印 刷，移印，凹板印刷，凸版印刷，噴墨印刷，和氣泡式噴墨印刷。但是，在圖1所示實施例中， 優(yōu)選絲網(wǎng)印刷。參見圖1，利用上述印刷工藝將油墨層24印在薄膜22上。油墨層24優(yōu)選包括無 油墨區(qū)域，該區(qū)域形成所需開關功能相關的圖形標記38。由于圖1所示實施例涉及無鑰匙 進入系統(tǒng)，無油墨區(qū)域38優(yōu)選形成文字與數(shù)字。接著，白色半透明層26印刷在無油墨區(qū)域 38的頂部，以使圖形標記具有白色外觀。當然，如果需要的話，其他顏色也可以使用?？梢杂?于形成油墨層24和26的油墨包括但不限于Noriphan HTR，基于耐高溫熱塑性樹脂的溶劑 型、單組分絲印油墨(由德國PrmiKG of Germany公司提供)，以及帶3%催化劑的Nazdar 9600系列油墨(由美國堪薩斯州Nazdar Company of Shawnee公司提供)。
然后，導電油墨接地層28印刷在白色油墨層26上。接地層28給開關(電極)線路提供了屏障，以保證意外的觸摸線路不會引起無意的觸發(fā)。接地層28和其他導電油墨層 (下文描述)中使用的導電油墨，優(yōu)選可以經(jīng)受住薄膜22成形為所需形狀的成形工藝。導 電油墨也優(yōu)選可以經(jīng)受住典型的注塑溫度和吹除。一種合適的導電油墨是杜邦的(DuPont) Silver Conductor 5096，該油墨設計用于熱塑性操作或柔性基板有極度皺折的情況。另一 個導電油墨的例子是埃奇森(Acheson Colloids Company)公司的Electrodag SP-405。接 地或保護層28包括多個未印刷(無油墨)區(qū)域40，這些區(qū)域形成孔，這些孔的尺寸適合導 電油墨傳感區(qū)42 (下文描述)。利用電介質(zhì)油墨將電介質(zhì)層30印刷在接地層28上，該電介質(zhì)能經(jīng)受住下述的薄 膜成形和成型工藝。電介質(zhì)層30優(yōu)選覆蓋整個接地層28，并隔離導電油墨傳感區(qū)42以及 來自接地層28的其相關電極。開關層32然后印刷在電介質(zhì)層30上。開關層32由關于接地層28的上述類型的 導電油墨形成。開關層32也包括多個傳感區(qū)42，該傳感區(qū)感應在不同位置的物體、手指等 的存在。如圖所示，傳感區(qū)42優(yōu)選與標記38對齊，從而用戶選擇其中一個標記將相應于其 中一個傳感區(qū)42。開關層32也包括多個電極線路44、46、48、50和52，這些電極線路允許 每個傳感區(qū)42連接傳感電路(未圖示)。如果需要，薄膜開關20可以包括一個或多個LED，以照明薄膜開關區(qū)域20。在圖1 的實施例中，LED(未圖示)設置為從背后照亮傳感區(qū)42和圖形標記38。對于無鑰匙進入 的應用，LED也可以響應手指或物體靠近薄膜開關20而觸發(fā)，從而當人開始進行按鍵來解 鎖時，圖形標記38將被照明。LED可以具有其自身的專用傳感區(qū)，或者可以響應在一個或多 個傳感區(qū)42的開關動作而觸發(fā)。如果使用LED，電介質(zhì)層34優(yōu)選利用電介質(zhì)油墨印刷在開 關層32上，以將LED電路與開關電路(S卩，傳感區(qū)42和電極44，46，48，50，和52)電絕緣。為了促進上述印刷工藝，在油墨層23和24的印刷過程中，薄膜22優(yōu)選保持基本 平坦。應當注意，除了上述的形成電容式開關的順序外，可以有多種分層順序。例如，如果 不需要LED，那么導電層可以從印刷層疊層中去除。作為選擇，可以通過結(jié)合一些層例如電 極和LED層而去除這些層。但是，在薄膜開關20制備后，優(yōu)選形成為所需形狀和尺寸。所 需形狀優(yōu)選根據(jù)所要結(jié)合的結(jié)構(gòu)來選擇。因此，例如，如果薄膜開關20用于汽車的A柱，那 么優(yōu)選形成具有與A柱外形相匹配的外形。任何適合的、提供所需形狀而又不破壞油墨層整體性或性能的成形工藝，都可以 用來使薄膜成形。但是，在優(yōu)選實施例中，開關20通過熱成形(真空)或壓力成形例如德 國尼卜林公司高壓成形(Niebling HPF)。對于需要精細對準印刷(對齊)圖形的應用，優(yōu) 選壓力成形。但是，在那些無需對準印刷的圖形，可以采用真空熱成形。在真空熱成形工藝中，采用形成所需薄膜形狀的模具。該模具可以包括空腔和/ 或凸起部分，以分別在薄膜中形成凹入表面和凸起表面。然后，薄膜被夾在框架中并加熱。 當?shù)竭_橡膠態(tài)時(例如，柔性的，軟化的，柔韌的鄧)，薄膜被放置在模腔上。通過真空泵將 空腔中的空氣去除，從而大氣壓迫使薄膜靠著模具的壁。典型的真空熱成形溫度通常在約 180°C至約200°C，并優(yōu)選約190°C。典型的真空熱成形壓強是1巴。在德國尼卜林公司高壓成形工藝中，采用高壓空氣迫使薄膜進入模具，無需真空 泵。高壓成形工藝的示例的詳細內(nèi)容可參見美國專利5，108，530，在此作為參考。在德國尼卜林公司高壓成形工藝中，典型的溫度是從約130°C到約150°C。工藝壓強通常從140巴至 60巴，并優(yōu)選約150巴。壓力低于德國尼卜林公司高壓成形工藝的壓力成形工藝，也可以用來形成所需形 狀的薄膜22。在一個實施例中，薄膜22包括聚碳酸酯片。當采用聚碳酸酯片時，典型的成 形參數(shù)包括壓強約100巴，溫度約為150至160°C，最大拉延深度約35-40mm，以及伸長率為 約3 1至約4 1。成形工具優(yōu)選設計為用以制造一個零件，該零件中，裝飾特征可以從薄膜22的A 表面上看得見。在優(yōu)選實施例中，裝飾特征印刷在薄膜22的B表面上，并可以在A表面上 看得見。但是，在其他實施例中，裝飾特征可以印刷在薄膜22的A表面上。通常，在薄膜 成形工藝中，與凹入工具相比，優(yōu)選使用凸出工具，以避免薄膜A表面和工具表面之間的接 觸，在薄膜22產(chǎn)生痕跡和表面磨損。循環(huán)時間、溫度、真空或壓力優(yōu)選調(diào)節(jié)為確保該部分不 會產(chǎn)生任何油墨的裂化或過渡拉伸。在成形操作之后，薄膜開關20的實施例如圖2A所示。圖2A中，薄膜開關20包括 仿形區(qū)域54，該區(qū)域通過成形操作產(chǎn)生。圖2A為薄膜開關20的B表面的視圖，即當薄膜開 關20被模制入在支撐結(jié)構(gòu)中時，背向用戶的表面。如圖2A所示，油墨層23也為仿形。在 成形之后，薄膜開關20剪切為所需的形狀。在工藝的例子中，采用沖切(例如，采用設置有 凹凸模的圓柱導向的沖壓工具)。圖2B展示了在成形操作之后的薄膜開關20的另一個實施例，該薄膜開關20包括 仿形區(qū)域54。不同于圖2A所示印刷層超過成形部分的邊緣，用于將連接器插入成形部分的 方法(在關于開關引線結(jié)構(gòu)有更詳細描述)，油墨層23的導電層沒有印刷上并超過將要沖 切的成形邊緣。在薄膜開關20的成形之后，形成包括薄膜開關20的三維剛性結(jié)構(gòu)。在優(yōu)選實施 例中，薄膜開關20為熱塑性材料，通過注塑工藝，在熱和壓力下成型。典型的成型參數(shù)根據(jù) 成型的樹脂而變化。但是，在此提供了一些成型參數(shù)的示例。對于聚氨酯(例如，熱塑性聚 氨酯)典型的注塑成型壓力約5，000至8，000PSI和成型溫度約380至410° F。對于聚碳 酸酯，典型的注塑成型壓力約8，000至約15，000PSI，成型溫度約540至580° F。當然，每 個材料可以具有在上述示例范圍之外的優(yōu)選的成型壓力或溫度?？梢圆捎酶鞣N熱塑性材料，包括但不限于聚碳酸酯，丙烯腈丁二烯苯乙烯聚合物 (ABS聚合物)，聚碳酸酯共混物例如聚碳酸酯-ABS、聚碳酸酯-聚對苯二甲酸丁二醇酯 (PBT)、聚碳酸酯-聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。上述聚碳酸酯共混物的具體例子是美國 BayerFilms Americas公司所銷售的名為Makrolon 產(chǎn)品。在某些實施例中，熱塑性樹脂優(yōu) 選具有熔融指數(shù)大于約20，通過ISO 1133或ASTM D-1238程序測量。在一個示范性實施 例中，薄膜22包括聚碳酸酯薄膜，熱塑性樹脂包括Makrolon 2405,該樹脂的ASTM D-1238 的熔融指數(shù)為20(300°C /1. 2kg)。示范性的熱塑性聚氨酯包括美國賓夕法尼亞州匹茲堡的 Bayer MaterialScience LLC公司所供應的Texin 熱塑性聚氨酯。Texin 熱塑性聚氨酯的 一個例子是Texin 245。ABS材料的例子包括德國Lanxess Deutschland GmbH公司供應的 ABS材料，其中兩個例子是Lustrant LGA和Lustran LGA-SF0此外，丙烯酸材料例如美國賓 法尼亞州的 Altuglas International of Philadelphia 公司的產(chǎn)品Plexiglas V052。在一 些實施例中，例如那些采用聚碳酸酯或熱塑性聚氨酯的實施例中，熱塑性材料直接與薄膜很好地結(jié)合。但是，在其他一些實施例中，可能需要助粘劑來改善與薄膜的結(jié)合。為了形成所需的部分，提供一個模具(未圖示)，該模具構(gòu)成為接納和固定薄膜開關20。模具優(yōu)選包括兩個部分(殼體)，可以相互配合形成模腔，從而熔融的熱塑性塑料注 入其中。模腔構(gòu)成成形零件的外形。一個模具部分為靜止的，而另一部分為移動的。薄膜 開關20優(yōu)選設置在靜止的模具部分上，并通過壓配合固定，因為在注入熔融塑料之前兩個 模具部分配合在一起。此外，靜止的模具部分優(yōu)選構(gòu)成以固定薄膜開關20，從而熱塑性材料可以流過薄 膜開關以生產(chǎn)出零件，其中薄膜開關20的一些或所有的A表面(朝向用戶的表面)暴露出。 在一些實施例中，圖形、傳感區(qū)和電極在薄膜開關20的暴露表面之后少于0.5mm。薄膜開 關20優(yōu)選設置在模具中，印刷油墨層23和24(圖1)朝向模具內(nèi)部，而沒有接觸模具表面。 該方法的優(yōu)點在于所生產(chǎn)的最終支撐結(jié)構(gòu)允許用戶直接接觸薄膜開關20，同時仍然保護油 墨層23和24而不直接暴露在環(huán)境中。結(jié)果，成品的A表面將看起來包含所有的裝飾特征 例如開關圖案、仿木紋、鍍鉻或其它光滑或粗糙的表面。但是，這些圖形實際上是在薄膜的 B表面，開關電路直接印刷在圖形標記部分的后面。盡管油墨部分可以位于薄膜開關20的 B表面，在一些實施例中，油墨部分可以位于A表面，在安裝狀態(tài)下朝向用戶。在一個實施例中，設置有連接器端，以允許模內(nèi)成型的電容式開關可以卸除地與 傳感電子元件或其它電子裝置連接。連接器端優(yōu)選設計為匹配薄膜開關20的B表面的仿 形的三維形狀。每個連接器端設置在注塑模的“移動側(cè)”。連接器端通過壓配合入模具的 接收槽中。此步驟可以通過手工或機器人來完成。可以通過移動的模具部分的槽和定位銷 (也稱為脫模頂銷)來定位。壓力區(qū)(預先粘合到連接器端)是另一個固定連接器端的選 擇。任何類型的導電粘合劑的薄膜涂在每個端子連接器的表面，使其當各模具部分配 合時，接觸薄膜開關20上的導電油墨線路44，46，48，50，52 (圖1)。導電粘合劑的涂覆可 以通過手工或機器人自動完成。導電粘合劑的一個例子是CHO- BOND 584(可以從美國 Chomerics公司獲得)，該粘合劑結(jié)合了環(huán)氧樹脂的粘合特性和銀的導電性。在連接器端子涂覆上導電粘合劑之后，注塑模閉合，正常的注塑成型順序使所選 的熱塑性材料流入兩個模具部分所形成的模腔。在該步驟中，端子和導電環(huán)氧樹脂被壓入 薄膜開關20上的銀油墨線路44，46，48，50，和52。應當采取小心措施保證注塑過程沒有迫 使導電環(huán)氧樹脂無意中流入不需要的區(qū)域。注塑過程的熱量實際上在短時間內(nèi)固化了導電 環(huán)氧樹脂(在室溫下，這個過程可以達24小時)。零件之后從模具中脫模。結(jié)果，熱塑性材 料固定了連接器端子。因此，連接器可以直接成型在塑料件內(nèi)。除了提供單獨地成型在零件中的端子之外，也可以設置端子塊。在該實施例中，多 個端子可以預先成型在一個端子塊中，端子塊隨后成型在零件中。在一些變體中，端子塊將 具有基本平坦的表面，該表面連接至導電油墨線路44，46，48，50，和52。但是，端子塊也可 以設置為，端子單獨地從端子塊突出，以連接導電油墨線路?？梢杂糜谠搶嵤├亩俗訅K的 例子是美國賓法尼亞洲FCI of Etters公司供應的BergStik Unshrouded Header 54201連 接器。應當注意，上述類型的導體設置具有一些優(yōu)點。在一些實施例中，沒有刺穿裝飾薄 膜層22，因此無需包著的薄膜開關引線(但是，這是可行的終止方法，如下所述)。在另一些實施例中，端子連接器可以通過注塑成型工藝永久地固定，減少其通過導電粘合劑從銀油墨脫離的可能性。前述成型工藝較少了導電環(huán)氧樹脂的破裂，這種破裂可以導致其性能 下降。此外，導電粘合劑固化快，這是由于注塑成型工藝的熱傳遞。通常，導電粘合劑例如 環(huán)氧樹脂在室溫或者通過紅外線或者超聲波固化方法進行固化。但是，它們在正常的注塑 成型溫度下迅速固化，如上所述。作為選擇，作為采用模制入連接器或連接器塊的替代方法，可以采用扁形軟電纜 (例如，包著的薄膜開關引線或抽頭)來將開關層32連接到傳感電路或其它電子元件。扁 形軟電纜連接器的一個例子是FCI公司的FCI 65801 Clincher Receptacle0在該實施例 中，包著的開關引線連接至導電線路44，46，48，50，和52，并模制入零件中，從而引線的自 由端從零件中伸出，以連接傳感電路或其它電子元件。該實施例如圖2B所示。具體地，圖 2B展示了與印刷過成形邊緣相比，嵌入模制元件中的油墨層23的導電層。圖4為具有電容式開關的模制品56的橫截面剖視圖。如圖所示，連接器端子60 通過導電粘合劑61連接到一個導電油墨線路44，46，48，50，52 (圖1)。模制塑料58環(huán)繞著 連接器60的一部分，從而將其固定在模制品56中。應當注意雖然圖中沒有顯示，但是陰連 接器外殼可以與模制品形成一體，以避免從模制品突出的端子的使用。在該實施例中，在成 型工藝結(jié)束之后，配合的連接器可以拆卸地連接到模制品。陰連接器的使用也保護了端子， 在與配合的連接器連接前的制造過程中免受破壞。在一些實施例中，配合的連接器為單個 元件，而在其他一些實施例中，它可以與電子模塊形成一體，該電子模塊包括用于探測開關 動作的傳感電路。在另一個實施例中，作為將端子60成型在模制塑料58中的替代，模制品可以成型 有一些空間，這些空間可以在成型工藝之后用來與連接器端子連接。在該實施例中，在注塑 模中設置有閉合處，以在制品中形成空間。這些空間優(yōu)選地與導電油墨線路44，46，48，50， 和52對齊。連接器端子插入空間中，與導電油墨線路44，46，48，50，和52連接。連接器端 子周圍的任何空間隨后填充適當?shù)乃芰希悦芊鈱щ娪湍€路44，46，48，50，和52。上述類 型的導電粘合劑也可以用來連接端子到導電油墨線路44，46，48，50，和52?？梢灶A想，與電容式開關相關的開關可以直接連接至端子60，以提供小體積封裝。 圖4展示了背面(B表面)的模制品56，展示端子60如何定位。當然，端子60可以設置在 制品背面的任何地方，這根據(jù)具體應用來決定。與很多現(xiàn)有的工藝相比，上述工藝避免了需要提供單獨的圖形覆蓋以保護傳感區(qū) 42和相關電極44，46，48，50，和52。因為薄膜開關20制成的形狀與所需支撐結(jié)構(gòu)形狀相應， 電極和傳感區(qū)可以更一致地放置在離物品的前表面相等的距離，從而減少傳感區(qū)和電極之 間的靈敏度的變化。當包覆成型時，所有的開關元件包括電極和導體受保護，免受環(huán)境因素 的影響(即，濕度和鹽分)。將連接器端子60嵌入成型，并直接密封在其周圍，減少這些環(huán) 境因素的影響。如果需要，LED可以直接安裝在導電線路44，46，48，50，52上，并包覆成型。但是， 可能需要在模具中設置合模處(使導電線路稍微外露)。在一個實施例中，利用導電環(huán)氧樹 脂或等同方法將LED連接上。模具中的空間隨后可以填充導熱環(huán)氧樹脂，以密封LED。如 果LED需要燈管來使光輸出傳播到更寬的輸出模式，也可以將安裝LED作為二次處理。在 這種情況下，LED和燈管(例如，導光元件)組件將設計有引線，以連接至導體。另一種技術是將燈管插入，該燈管可以幫助一個或多個LED照明多個區(qū)域。雖然這種技術將需要外部連接到LED，但可以證明具有成本效益。圖3展示了 LED與具有模內(nèi)成型的電容式開關的制品形成一體的實施例，其中LED 63形成在制品56中。典型的合適的LED為歐司朗“點LED (point LED) ”零件編號LW P473。 可能需要更改LED的封裝，以保證適當?shù)墓饩€穿過薄膜和開關標記。這些類型的LED典型地 為15mA或更地，這使其可以用塑料樹脂覆蓋，而不會使元件或開關包裝過熱。但是，如上所 述，全部密封它們的替代方式是，在模制品56的背面留有一個空間，每個LED放置在該空間 內(nèi)，以散逸量。該空間通過例如在與薄膜B表面配合的模具中包含一個成孔銷合模處。這個 區(qū)域隨后可以由導熱環(huán)氧樹脂密封，這將防止水的進入。這種LED的導體的連接方法將類 似于這部分所描述的端子的連接。在無需精確定位時，元件例如LED可以手動嵌入LED。作 為選擇，對于精確或多個元件放置，LED可以通過機器人嵌入(例如，利用取和放置設備)， 因為手動放置將很困難或者昂貴的。在此描述的模內(nèi)成型的電容式開關可以用在各種不同的結(jié)構(gòu)或形狀中。例如，導 體和電極可以形成為突出或凹入形狀(對于物品例如旋鈕和按鈕)。在此描述的方法允許 開關元件可以印刷在平坦的薄膜上，并隨后形成所需的形狀。此外，可以采用多個區(qū)段的傳 感區(qū)。在一個實施例中，制造一個模制旋鈕，允許用戶通過移動手指在旋鈕周圍，操作設 裝置例如HVAC系統(tǒng)、無線電廣播設備、CD播放機等。圖5和6展示了模內(nèi)電容式開關的旋 鈕的實施例。旋鈕62為圓柱形結(jié)構(gòu)，并優(yōu)選由塑料成型，并包括用于觸發(fā)開關動作的接觸 表面65。薄膜開關64通常包括上述薄膜上的一系列的印刷油墨層。圖5展示了在成形操 作前薄膜開關64的平面圖，該薄膜開關包括傳感區(qū)66和電極68 (接地層，電介質(zhì)層和圖形 層未圖示)。利用導電油墨和上述類型的印刷工藝，印刷傳感區(qū)66和電極68。薄膜開關64 優(yōu)選利用適當?shù)某尚喂に嚴缯婵諢岢尚危纬伤璧男o形狀。與前述實施例類似，薄膜 開關64優(yōu)選設置在靜止模部分，印刷油墨層面向模腔內(nèi)，并避免與模壁接觸。靜止模部分 優(yōu)選構(gòu)成與薄膜開關64配合的形狀，熔融塑料可以輸入在其上面。形成傳感區(qū)66和電極 68的油墨層優(yōu)選面向模腔，并且不接觸模具表面。因此，如以上實施例，所得到的結(jié)構(gòu)的暴 露于用戶的表面(A表面)包括薄膜開關64的A表面。如圖6所示，在一個實施例中，每個 傳感區(qū)66在旋鈕62的周邊形成L形橫截面。旋鈕64優(yōu)選為靜止的。盡管如此，允許用戶通過隨著用戶手指經(jīng)過旋鈕的周圍而 觸發(fā)不同的開關動作(這導致每個連續(xù)傳感區(qū)66的電容改變)，來模擬旋轉(zhuǎn)。如上述實施 例，連接器端子可以通過導電粘合劑連接至電極線路68，并模制入旋鈕64中，以允許可拆 卸地連接到傳感電路或其他電子元件。本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施例進行描述，這些實施例僅作為實施本發(fā)明的最佳方 式。本領域技術人員應當知道可以對本發(fā)明進行各種替換，而不脫離本發(fā)明權(quán)利要去所界 定的精神和范圍中。實施例應當理解為包括在此描述的元件的所有新穎的和非顯而易見的 結(jié)合，在本申請或之后的申請中，權(quán)利要求可以對這些元件進行任何新穎和非顯而易見的 結(jié)合。此外，上述實施例為示例，沒有單個特征或元件對本申請或之后的申請中所請求的可 能結(jié)合是必不可少的。關于在此描述的工藝、方法、探索等，應當理解為雖然這些工藝的步驟已經(jīng)描述為根據(jù)一定的順序進行，這些工藝可以按與在此描述的順序不同的順序進行。此外，應當理解一些步驟可以同時進行，可以加入其它步驟，或者可以刪除一些步驟。換句話說，在此描述 的工藝是提供來舉例說明一些實施例，并不夠成對本發(fā)明的限制。因此，應當理解為，上述描述僅為舉例且為非限制性的。在閱讀本說明書之后，與所給的實施例不同的很多實施例和應用，對于本領域技術人員將是顯而易見的。本發(fā)明的 范圍應當由權(quán)利要求界定?？梢灶A見，在此描述的技術以后將發(fā)展，所述系統(tǒng)和方法將與這 些以后的實施例結(jié)合?？傊瑧斨?，本發(fā)明可以修改和變化，并且僅由權(quán)利要求限定。權(quán)利要求中的術語旨在給其最寬的合理解釋，且其原有意思應理解為本領域技術人員所理解的意思，除非另外明確表明。特別是，使用“所述”等應當理解為一個或多個所 指的元件，除非另外明確說明。
權(quán)利要求
一種具有模內(nèi)成型的電容式開關的制品，其特征在于，包括薄膜，該薄膜具有前表面和后表面，該后表面上印刷有至少一個導電油墨傳感區(qū)；以及塑膠支撐結(jié)構(gòu)，所述薄膜的后表面面向所述塑膠支撐結(jié)構(gòu)，且所述薄膜固定在所述塑膠支撐結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其特征在于至少所述薄膜的前表面的一部分暴露出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其特征在于至少一個導電油墨傳感區(qū)沒有暴露出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其特征在于所述薄膜的后表面沒有暴露出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其特征在于，還包括與至少一個導電油墨傳感區(qū)電連 接的至少一個連接器，其中所述至少一個連接器從所述塑膠支撐結(jié)構(gòu)中突出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其特征在于，包括至少一個電連接器，該連接器模制 入所述塑膠支撐結(jié)構(gòu)中，并電連接所述至少一個導電油墨傳感區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制品，其特征在于所述薄膜還包括至少一個印刷油墨電極， 該印刷油墨電極與所述至少一個導電油墨傳感區(qū)電連接，其中所述至少一個連接器通過導 電粘合劑連接至所述至少一個印刷油墨電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其特征在于，還包括至少一個發(fā)光二極管，該發(fā)光二 極管模制入所述塑膠支撐結(jié)構(gòu)中，當所述二極管通電時，該二極管從所述薄膜的前表面發(fā) 出光線。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其特征在于，還包括與所述電容式開關功能關聯(lián)的標 記，其中該標記印刷在所述薄膜的后表面上，并從所述薄膜的前表面可見。
10.一種控制裝置，其特征在于，包括如權(quán)利要求1所述的制品，其中至少一個導電油 墨傳感區(qū)與電路電連接，所述電路可探測電容的改變。
11.一種制造具有模內(nèi)成型的電容式開關的制品的方法，其特征在于，包括準備具有前表面和后表面的薄膜；將導電油墨傳感區(qū)印在所述后表面上；將所述薄膜制成所需形狀，得到成形薄膜；準備具有內(nèi)部的注塑模；將所述成形薄膜放入所述注塑模中，所述導電油墨傳感區(qū)面向所述注塑模的內(nèi)部；以及將熔融塑膠流入所述注塑模，以制成與所述薄膜依附的塑膠支撐結(jié)構(gòu)，從而形成所述 制品。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于在所述成形薄膜放入所述注塑模中的 步驟中，所述導電油墨傳感區(qū)沒有與所述注塑模的表面接觸。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述注塑模包括第一模具部分和與其 配合的第二模具部分，所述成形薄膜放入所述注塑模中的步驟包括將所述成形薄膜放入所 述第一模具部分中，該方法還包括將至少一個連接器放入所述第二模具部分，在將熔融塑 膠流入所述注塑模的步驟之前，將所述第一模具部分和所述第二模具部分緊密配合。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于將所述薄膜制成所需形狀的步驟包括 真空熱成形。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于將所述薄膜制成所需形狀的步驟包括高壓成形。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于將熔融塑膠流入所述注塑模的步驟中， 使熔融塑膠流過所述薄膜的后表面。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于將所述制品從所述注塑模中移除，其中 所述薄膜的所述前表面至少一部分暴露出。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，還包括將所述制品從所述注塑模中移 除，其中所述至少一個導電油墨傳感區(qū)沒有暴露。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，還包括將所述制品從所述注塑模中移 除，其中至少一個導電油墨傳感區(qū)面向所述塑膠支撐結(jié)構(gòu)。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，還包括在所述薄膜的后表面上印刷圖 形標記，其中所述圖形標記在所述薄膜的前表面可見。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有模內(nèi)成型的電容式開關的制品，及其制造方法。在公開的方法中，導電油墨傳感區(qū)印刷在薄膜上。薄膜制成所需形狀，并放入注塑模中。將熔融塑料引入注塑模，形成固定薄膜的剛性結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01G4/00GK101809691SQ200880018752
公開日2010年8月18日 申請日期2008年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日
發(fā)明者羅納德·H·哈格 申請人:英克-羅吉克斯有限公司