(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利

(10)【授权公告号】CN101809691B
(45)【授权公告日】20120718

(21)【申请号】200880018752.3
(22)【申请日】20080418
(30)【优先权数据】60/925,421_20070420_US
(73)【专利权人】 英克-罗吉克斯有限公司 ; 【地址】 美国密歇根州 ;
(72)【发明人】 罗纳德·H·哈格 ;
(74)【专利代理机构】广州华进联合专利商标代理有限公司 44224【代理人】曾旻辉 ; 黎艳 ;
(51)【Int.CI.】 H01G 4/00 (2006.01) ;
(56)【对比文件】US_6377009_B1_20020423 ; US_2005257628_A1_20051124 ; CN_1615586_A_20050511 ; 【审查员】黄丹萍

(54)【发明名称】模内成型的电容式开关
(57)【摘要】本发明公开了一种具有模内成型的电容式开关的制品,及其制造方法。在公开的方法中,导电油墨传感区印刷在薄膜上。薄膜制成所需形状,并放入注塑模中。将熔融塑料引入注塑模,形成固定薄膜的刚性结构。

【权利要求书】


1.一种具有模内成型的电容式开关的制品,其特征在于,包括:

薄膜,该薄膜具有前表面和后表面,该后表面上印刷有至少一个导电油墨传感区;以及

塑胶支撑结构,所述薄膜的后表面面向所述塑胶支撑结构,且所述薄膜固定在所述塑胶支撑结构。

2.根据权利要求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.根据权利要求1所述的制品,其特征在于:至少一个导电油墨传感区没有暴露出。

4.根据权利要求1所述的制品,其特征在于:所述薄膜的后表面没有暴露出。

5.根据权利要求1所述的制品,其特征在于,还包括:与至少一个导电油墨传感区电连接的至少一个连接器,其中所述至少一个连接器从所述塑胶支撑结构中突出。

6.根据权利要求1所述的制品,其特征在于,包括:至少一个电连接器,该连接器模制入所述塑胶支撑结构中,并电连接所述至少一个导电油墨传感区。

7.根据权利要求5所述的制品,其特征在于:所述薄膜还包括至少一个印刷油墨电极,该印刷油墨电极与所述至少一个导电油墨传感区电连接,其中所述至少一个连接器通过导电粘合剂连接至所述至少一个印刷油墨电极。

8.根据权利要求1所述的制品,其特征在于,还包括:至少一个发光二极管,该发光二极管模制入所述塑胶支撑结构中,当所述二极管通电时,该二极管从所述薄膜的前表面发出光线。

9.根据权利要求1所述的制品,其特征在于,还包括:与所述电容式开关功能关联的标记,其中该标记印刷在所述薄膜的后表面上,并从所述薄膜的前表面可见。

10.一种控制装置,其特征在于,包括:如权利要求1所述的制品,其中至少一个导电油墨传感区与电路电连接,所述电路可探测电容的改变。

11.一种制造具有模内成型的电容式开关的制品的方法,其特征在于,包括:

准备具有前表面和后表面的薄膜;

将导电油墨传感区印在所述后表面上;

将所述薄膜制成所需形状,得到成形薄膜;

准备具有内部的注塑模;

将所述成形薄膜放入所述注塑模中,所述导电油墨传感区面向所述注塑模的内部;以及

将熔融塑胶流入所述注塑模,以制成与所述薄膜依附的塑胶支撑结构,从而形成所述制品。

12.根据权利要求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骤中,所述导电油墨传感区没有与所述注塑模的表面接触。

13.根据权利要求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与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骤包括将所述成形薄膜放入所述第一模具部分中,该方法还包括将至少一个连接器放入所述第二模具部分,在将熔融塑胶流入所述注塑模的步骤之前,将所述第一模具部分和所述第二模具部分紧密配合。

14.根据权利要求11所述的方法,其特征在于:将所述薄膜制成所需形状的步骤包括真空热成形。

15.根据权利要求11所述的方法,其特征在于:将所述薄膜制成所需形状的步骤包括高压成形。

16.根据权利要求11所述的方法,其特征在于:将熔融塑胶流入所述注塑模的步骤中,使熔融塑胶流过所述薄膜的后表面。

17.根据权利要求11所述的方法,其特征在于:将所述制品从所述注塑模中移除,其中所述薄膜的所述前表面至少一部分暴露出。

18.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,还包括:将所述制品从所述注塑模中移除,其中至少一个导电油墨传感区没有暴露。

19.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,还包括:将所述制品从所述注塑模中移除,其中至少一个导电油墨传感区面向所述塑胶支撑结构。

20.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,还包括:在所述薄膜的后表面上印刷图形标记,其中所述图形标记在所述薄膜的前表面可见。

21.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,还包括:在所述薄膜的一侧印刷图形标记。

【说明书】


模内成型的电容式开关

【0001】相关申请

【0002】本申请要求了美国临时专利申请,申请号:60/925,421,申请日:2007年4月20日,的优先权,在此作为参考。

【0003】技术领域

【0004】本发明涉及一种触摸感应开关,更具体地,涉及一种在塑胶结构中模制的电容式开关。

【0005】背景技术

【0006】触摸感应开关用于例如家用电器(例如,炉、洗衣机、干衣机、搅拌器、烤箱等)的触摸板,以及便携式装置(例如,IPOD,电话)。典型的触摸感应开关利用电阻膜传感或电容传感。电阻膜传感利用由很薄的隔离片隔离开的两个导电电阻板。当力轻轻地作用在其中一个板上,与另一个板接触,系统的电阻增加。这从而增加了电压,可以用于提供一个输出。这类技术可以用于单个输出,以及滑动开关类的输出。这类开关的缺点在于当力移开时依赖薄膜(隔离片、粘合剂等)的弹性来使其恢复到已知状态。

【0007】电容式开关探测由于开关动作所产生的电容改变,例如物体或手指靠近或接触开关。电容式开关与电阻传感方法不同,电容式开关基本上无需作用力来实现开关的触发。这类开关的实际灵敏性可以通过检测电路调节。电容式开关优点在于抗干扰,且无需电动机械开关装置(例如,按钮或滑动开关)。此外,由于没有移动元件,故障率低。尽管如此,制造电容式开关的已知技术不适合将开关和三维支撑结构(用户界面例如控制面板)一体化。此外,在没有使用复杂装配和对齐工艺的情况下,已知的电容式开关不能容易地与具有仿形结构一体化。因此,电容式开关需要解决上述问题。

【0008】发明内容

【0009】一种具有模内成型的电容式开关的制品,包括薄膜和塑胶支撑结构。所述薄膜具有前表面和后表面,该后表面上印有至少一个导电油墨传感区。所述薄膜固定在所述塑胶支撑结构,且所述薄膜的后表面面向所述塑胶支撑结构。在一个实施方式中,至少所述薄膜的前表面的一部分暴露出。在另一个实施方式中,至少一个导电油墨传感区没有暴露出。在进一步的实施例中,与电容式开关的功能相关的标记印在所述薄膜的后表面上,并且从所述薄膜的前表面可以看得见。

【0010】一种制造具有模内成型的电容式开关的制品的方法,包括准备具有前表面和后表面的薄膜,将导电油墨传感区印在所述后表面上,以及将所述薄膜制成所述形状。所述薄膜优选设置在具有内部的注塑模中,所述导电油墨传感区面向注塑模的内部。熔融塑胶流入所述注塑模,以制成与所述薄膜依附的塑胶支撑结构,从而形成所述制品。在一个实施方式中,所述导电油墨传感区没有接触模的任何表面。在另一个实施方式中,至少一个连接器模制在所述制品中,该连接器与至少一个导电传感元件连接。在另一个实施方式中,将所述薄膜制成所需形状的步骤包括真空热成形。在进一步的实施方式中,将所述薄膜制成所需形状的步骤包括高压成形。

【0011】附图说明

【0012】本发明的上述说明、进一步目的、特征和优点,将从附图和下面的优选实施方式中更容易理解。

【0013】图1为薄膜开关的分解图,该薄膜开关具有导电油墨传感区,用于形成模内成型的电容开关;

【0014】图2A为成形操作后,图1的薄膜的一个实施例;

【0015】图2B为成形操作后,图1的薄膜的一个实施例;

【0016】图3展示了具有模内成型的电容式开关的制品的横截面;

【0017】图4为制品的透视图,其中制品具有模内成型的电容式开关,用于说明连接器端的连接;

【0018】图5为被模制入旋钮结构中的薄膜开关的平面图;

【0019】图6为与图5的薄膜开关结合的旋钮的横截面图。

【0020】具体实施方式

【0021】本发明涉及模内成型的开关装置。优选实施例涉及模内成型的电容式开关。此外,电容式开关也可以模内成型为三维结构。如上所述,电容式开关探测由于开关动作扰动带来的电容改变。

【0022】在一个实施例中,当导电的或带电的物体,例如手指,放置在靠近传感区时,传感区的电容改变表明开关动作的发生。传感电路检测传感区的电容变化。例如,传感电路可以调整为探测电容的特定改变。例如,传感电路可以调整为探测手指靠近传感区与,而同时不探测其他类型的扰动(例如,湿气)。美国专利,专利号5,972,623,申请日1997年10月21日,申请人古普塔(Gupta)等,名称“固态电容式开关”,公开了电容式开关的电子传感的例子,在此作为参考。此外,如在此描述,电容式开关可以用于探测一定距离的物体,以及触摸。这些传感操作的细节描述在美国专利号5,730,165,6,288,707,6,377,009,6,452,514,6,457,355,6,466,036,6,535,200,中,在此作为参考。

【0023】为了将电容式开关结合到三维支撑结构中,需要提供一种可以构成所需形状,同时保持其探测电容改变的性能的开关。已经发现,通过将电容式开关印在薄膜上,并将该薄膜与塑料成型,开关可以构成所需的形状。这种模内成型的电容式开关具有很多的用途。例如,开关可以用于各种汽车内部应用例如中控台面板(例如,无线开关、HVAC(暖气,通风与空调)开关、导航开关、电热式座椅开关等)。此外,开关可以模制成平坦(触摸面板)、凹痕(引导用户到开关)、或看起来像旋转旋钮(从表面上向外突出)。

【0024】此外,在此描述的模内成型的电容式开关可以用于头顶控制台(例如,遮阳篷灯、地图灯、舒适氛围的开关),门饰板(例如,窗户和加热式座椅开关)。取决于具体应用,优选采取措施保证开关不会单独由接触意外的触发。其他应用包括汽车仪表板板上的外部照明开关,用于操作可提升式门和可弹开式玻璃窗的A柱饰板开关,用于无钥匙进入贴花和内部照明的β柱开关(当无钥匙进入被触发时)。其他应用也可以包括控制附属配件(例如, )的开关,例如在中控制台中的弹出模块。

【0025】除了形成模内成型的电容式开关之外,在此描述的方法可以用于形成其他类型的仿形和刚性连接器结构。例如,典型的门锁含有若干个开关功能(即,车门未关紧、车门打开、儿童安全、外开启锁紧/解锁、内开启锁紧)。典型地,这些连接通过金属冲压制成,使其与应用相适应。但是,对于若干个开关和各种锁盖塑料厚度,将很难设置这些连接的线路。用于这些应用的互相连接系统可以由印制的导电油墨导体代替。导电油墨线路的使用,使导体在以往不能设置的区域中变得简单。

【0026】本发明不限于汽车应用。例如,在此描述的开关可以用于带有触摸开关面板的器具(即,微波炉,炉具,冰箱,洗衣机,干衣机,搅拌机,烤箱)。其他例子也可以包括消费电子产品例如音乐播放器或手提电脑,其中开关可以与这些设备的外壳模内成型。模内成型的开关概念使其特别适用这些在于提供更多圆形边缘和三维形状的应用。此外,这些开关将不会像薄膜开关那样随时间的过去而磨损。

【0027】在优选实施例中,制造具有一个或多个以下特征的三维模制品:

【0028】1.复杂形状;

【0029】2.用于物体例如开关的模内成型的图形;

【0030】3.模内成型的装饰表面(即,木纹,镀铬,涂颜色);

【0031】4.模内成型的导电电路线路和开关(电极);以及

【0032】5.从模内成型的导电油墨到外部配合的连接点的终止和连接方法。

【0033】下面将描述模内成型的电容式开关的制造方法。通常,该制造方法包括:通过在可成形薄膜上印制导电油墨传感区来制备薄膜开关,将所述薄膜成形为所需形状,冲切所述成形后的薄膜,将成形后的薄膜嵌入注塑模具中,以及将熔融塑料引入模具。参见图1,图中展示了具有薄膜开关20的薄膜的分解图。在图1所示实施例中,薄膜开关20包括薄膜22,各种油墨层印制在薄膜22上。图1实施例涉及无钥匙汽车进入系统。薄膜22包括一张可成形的薄膜。可以作为薄膜22的薄膜包括美国康涅狄格州Bayer Films Americas ofBerlin公司提供的聚碳酸酯 和 薄膜。薄膜22的颜色、半透明、和/或透明度可以根据所需应用来选择。尽管如此,在图1所示的实施例中,薄膜22为烟黑色,并优选为半透明,从而印制在一侧的图案标记可以从另一侧看得见。

【0034】如图1所示,若干个各种油墨层24,26,28,30,32,34,和36,印制在薄膜22上,以提供元件的装饰外观,无钥匙功能的图案,以及用户触发的导电开关(电极)。各种印制工艺可以用于形成各种油墨层,包括并不限于丝网印刷,胶版印刷,照相凹版印刷,柔性版印刷,移印,凹板印刷,凸版印刷,喷墨印刷,和气泡式喷墨印刷。但是,在图1所示实施例中,优选丝网印刷。

【0035】参见图1,利用上述印刷工艺将油墨层24印在薄膜22上。油墨层24优选包括无油墨区域,该区域形成所需开关功能相关的图形标记38。由于图1所示实施例涉及无钥匙进入系统,无油墨区域38优选形成文字与数字。接着,白色半透明层26印刷在无油墨区域38的顶部,以使图形标记具有白色外观。当然,如果需要的话,其他颜色也可以使用。可以用于形成油墨层24和26的油墨包括但不限于 HTR,基于耐高温热塑性树脂的溶剂型、单组分丝印油墨(由德国 KG of Germany公司提供),以及带3%催化剂的 9600系列油墨(由美国堪萨斯州Nazdar Company of Shawnee公司提供)。

【0036】然后,导电油墨接地层28印刷在白色油墨层26上。接地层28给开关(电极)线路提供了屏障,以保证意外的触摸线路不会引起无意的触发。接地层28和其他导电油墨层(下文描述)中使用的导电油墨,优选可以经受住薄膜22成形为所需形状的成形工艺。导电油墨也优选可以经受住典型的注塑温度和吹除。一种合适的导电油墨是杜邦的(DuPont)Silver Conductor 5096,该油墨设计用于热塑性操作或柔性基板有极度皱折的情况。另一个导电油墨的例子是埃奇森(Acheson Colloids Company)公司的 SP-405。接地或保护层28包括多个未印刷(无油墨)区域40,这些区域形成孔,这些孔的尺寸适合导电油墨传感区42(下文描述)。

【0037】利用电介质油墨将电介质层30印刷在接地层28上,该电介质能经受住下述的薄膜成形和成型工艺。电介质层30优选覆盖整个接地层28,并隔离导电油墨传感区42以及来自接地层28的其相关电极。

【0038】开关层32然后印刷在电介质层30上。开关层32由关于接地层28的上述类型的导电油墨形成。开关层32也包括多个传感区42,该传感区感应在不同位置的物体、手指等的存在。如图所示,传感区42优选与标记38对齐,从而用户选择其中一个标记将相应于其中一个传感区42。开关层32也包括多个电极线路44、46、48、50和52,这些电极线路允许每个传感区42连接传感电路(未图示)。

【0039】如果需要,薄膜开关20可以包括一个或多个LED,以照明薄膜开关区域20。在图1的实施例中,LED(未图示)设置为从背后照亮传感区42和图形标记38。对于无钥匙进入的应用,LED也可以响应手指或物体靠近薄膜开关20而触发,从而当人开始进行按键来解锁时,图形标记38将被照明。LED可以具有其自身的专用传感区,或者可以响应在一个或多个传感区42的开关动作而触发。如果使用LED,电介质层34优选利用电介质油墨印刷在开关层32上,以将LED电路与开关电路(即,传感区42和电极44,46,48,50,和52)电绝缘。

【0040】为了促进上述印刷工艺,在油墨层23和24的印刷过程中,薄膜22优选保持基本平坦。应当注意,除了上述的形成电容式开关的顺序外,可以有多种分层顺序。例如,如果不需要LED,那么导电层可以从印刷层叠层中去除。作为选择,可以通过结合一些层例如电极和LED层而去除这些层。但是,在薄膜开关20制备后,优选形成为所需形状和尺寸。所需形状优选根据所要结合的结构来选择。因此,例如,如果薄膜开关20用于汽车的A柱,那么优选形成具有与A柱外形相匹配的外形。

【0041】任何适合的、提供所需形状而又不破坏油墨层整体性或性能的成形工艺,都可以用来使薄膜成形。但是,在优选实施例中,开关20通过热成形(真空)或压力成形例如德国尼卜林公司高压成形(Niebling HPF)。对于需要精细对准印刷(对齐)图形的应用,优选压力成形。但是,在那些无需对准印刷的图形,可以采用真空热成形。

【0042】在真空热成形工艺中,采用形成所需薄膜形状的模具。该模具可以包括空腔和/或凸起部分,以分别在薄膜中形成凹入表面和凸起表面。然后,薄膜被夹在框架中并加热。当到达橡胶态时(例如,柔性的,软化的,柔韧的邓),薄膜被放置在模腔上。通过真空泵将空腔中的空气去除,从而大气压迫使薄膜靠着模具的壁。典型的真空热成形温度通常在约180℃至约200℃,并优选约190℃。典型的真空热成形压强是1巴。

【0043】在德国尼卜林公司高压成形工艺中,采用高压空气迫使薄膜进入模具,无需真空泵。高压成形工艺的示例的详细内容可参见美国专利5,108,530,在此作为参考。在德国尼卜林公司高压成形工艺中,典型的温度是从约130℃到约150℃。工艺压强通常从140巴至160巴,并优选约150巴。

【0044】压力低于德国尼卜林公司高压成形工艺的压力成形工艺,也可以用来形成所需形状的薄膜22。在一个实施例中,薄膜22包括聚碳酸酯片。当采用聚碳酸酯片时,典型的成形参数包括压强约100巴,温度约为150至160℃,最大拉延深度约35-40mm,以及伸长率为约3∶1至约4∶1。

【0045】成形工具优选设计为用以制造一个零件,该零件中,装饰特征可以从薄膜22的A表面上看得见。在优选实施例中,装饰特征印刷在薄膜22的B表面上,并可以在A表面上看得见。但是,在其他实施例中,装饰特征可以印刷在薄膜22的A表面上。通常,在薄膜成形工艺中,与凹入工具相比,优选使用凸出工具,以避免薄膜A表面和工具表面之间的接触,在薄膜22产生痕迹和表面磨损。循环时间、温度、真空或压力优选调节为确保该部分不会产生任何油墨的裂化或过渡拉伸。

【0046】在成形操作之后,薄膜开关20的实施例如图2A所示。图2A中,薄膜开关20包括仿形区域54,该区域通过成形操作产生。图2A为薄膜开关20的B表面的视图,即当薄膜开关20被模制入在支撑结构中时,背向用户的表面。如图2A所示,油墨层23也为仿形。在成形之后,薄膜开关20剪切为所需的形状。在工艺的例子中,采用冲切(例如,采用设置有凹凸模的圆柱导向的冲压工具)。

【0047】图2B展示了在成形操作之后的薄膜开关20的另一个实施例,该薄膜开关20包括仿形区域54。不同于图2A所示印刷层超过成形部分的边缘,用于将连接器插入成形部分的方法(在关于开关引线结构有更详细描述),油墨层23的导电层没有印刷上并超过将要冲切的成形边缘。

【0048】在薄膜开关20的成形之后,形成包括薄膜开关20的三维刚性结构。在优选实施例中,薄膜开关20为热塑性材料,通过注塑工艺,在热和压力下成型。典型的成型参数根据成型的树脂而变化。但是,在此提供了一些成型参数的示例。对于聚氨酯(例如,热塑性聚氨酯)典型的注塑成型压力约5,000至8,000PSI和成型温度约380至410°F。对于聚碳酸酯,典型的注塑成型压力约8,000至约15,000PSI,成型温度约540至580°F。当然,每个材料可以具有在上述示例范围之外的优选的成型压力或温度。

【0049】可以采用各种热塑性材料,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-聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯-聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。上述聚碳酸酯共混物的具体例子是美国BayerFilms Americas公司所销售的名为 产品。在某些实施例中,热塑性树脂优选具有熔融指数大于约20,通过ISO 1133或ASTM D-1238程序测量。在一个示范性实施例中,薄膜22包括聚碳酸酯薄膜,热塑性树脂包括 2405,该树脂的ASTM D-1238的熔融指数为20(300℃/1.2kg)。示范性的热塑性聚氨酯包括美国宾夕法尼亚州匹兹堡的Bayer MaterialScience LLC公司所供应的 热塑性聚氨酯。 热塑性聚氨酯的一个例子是 245。ABS材料的例子包括德国Lanxess Deutschland GmbH公司供应的ABS材料,其中两个例子是 LGA和 LGA-SF。此外,丙烯酸材料例如美国宾法尼亚州的Altuglas International of Philadelphia公司的产品 V052。在一些实施例中,例如那些采用聚碳酸酯或热塑性聚氨酯的实施例中,热塑性材料直接与薄膜很好地结合。但是,在其他一些实施例中,可能需要助粘剂来改善与薄膜的结合。

【0050】为了形成所需的部分,提供一个模具(未图示),该模具构成为接纳和固定薄膜开关20。模具优选包括两个部分(壳体),可以相互配合形成模腔,从而熔融的热塑性塑料注入其中。模腔构成成形零件的外形。一个模具部分为静止的,而另一部分为移动的。薄膜开关20优选设置在静止的模具部分上,并通过压配合固定,因为在注入熔融塑料之前两个模具部分配合在一起。

【0051】此外,静止的模具部分优选构成以固定薄膜开关20,从而热塑性材料可以流过薄膜开关以生产出零件,其中薄膜开关20的一些或所有的A表面(朝向用户的表面)暴露出。在一些实施例中,图形、传感区和电极在薄膜开关20的暴露表面之后少于0.5mm。薄膜开关20优选设置在模具中,印刷油墨层23和24(图1)朝向模具内部,而没有接触模具表面。该方法的优点在于所生产的最终支撑结构允许用户直接接触薄膜开关20,同时仍然保护油墨层23和24而不直接暴露在环境中。结果,成品的A表面将看起来包含所有的装饰特征例如开关图案、仿木纹、镀铬或其它光滑或粗糙的表面。但是,这些图形实际上是在薄膜的B表面,开关电路直接印刷在图形标记部分的后面。尽管油墨部分可以位于薄膜开关20的B表面,在一些实施例中,油墨部分可以位于A表面,在安装状态下朝向用户。

【0052】在一个实施例中,设置有连接器端,以允许模内成型的电容式开关可以卸除地与传感电子元件或其它电子装置连接。连接器端优选设计为匹配薄膜开关20的B表面的仿形的三维形状。每个连接器端设置在注塑模的“移动侧”。连接器端通过压配合入模具的接收槽中。此步骤可以通过手工或机器人来完成。可以通过移动的模具部分的槽和定位销(也称为脱模顶销)来定位。压力区(预先粘合到连接器端)是另一个固定连接器端的选择。

【0053】任何类型的导电粘合剂的薄膜涂在每个端子连接器的表面,使其当各模具部分配合时,接触薄膜开关20上的导电油墨线路44,46,48,50,52(图1)。导电粘合剂的涂覆可以通过手工或机器人自动完成。导电粘合剂的一个例子是CHO- 584(可以从美国Chomerics公司获得),该粘合剂结合了环氧树脂的粘合特性和银的导电性。

【0054】在连接器端子涂覆上导电粘合剂之后,注塑模闭合,正常的注塑成型顺序使所选的热塑性材料流入两个模具部分所形成的模腔。在该步骤中,端子和导电环氧树脂被压入薄膜开关20上的银油墨线路44,46,48,50,和52。应当采取小心措施保证注塑过程没有迫使导电环氧树脂无意中流入不需要的区域。注塑过程的热量实际上在短时间内固化了导电环氧树脂(在室温下,这个过程可以达24小时)。零件之后从模具中脱模。结果,热塑性材料固定了连接器端子。因此,连接器可以直接成型在塑料件内。

【0055】除了提供单独地成型在零件中的端子之外,也可以设置端子块。在该实施例中,多个端子可以预先成型在一个端子块中,端子块随后成型在零件中。在一些变体中,端子块将具有基本平坦的表面,该表面连接至导电油墨线路44,46,48,50,和52。但是,端子块也可以设置为,端子单独地从端子块突出,以连接导电油墨线路。可以用于该实施例的端子块的例子是美国宾法尼亚洲FCI of Etters公司供应的 Unshrouded Header 54201连接器。

【0056】应当注意,上述类型的导体设置具有一些优点。在一些实施例中,没有刺穿装饰薄膜层22,因此无需包着的薄膜开关引线(但是,这是可行的终止方法,如下所述)。在另一些实施例中,端子连接器可以通过注塑成型工艺永久地固定,减少其通过导电粘合剂从银油墨脱离的可能性。前述成型工艺较少了导电环氧树脂的破裂,这种破裂可以导致其性能下降。此外,导电粘合剂固化快,这是由于注塑成型工艺的热传递。通常,导电粘合剂例如环氧树脂在室温或者通过红外线或者超声波固化方法进行固化。但是,它们在正常的注塑成型温度下迅速固化,如上所述。

【0057】作为选择,作为采用模制入连接器或连接器块的替代方法,可以采用扁形软电缆(例如,包着的薄膜开关引线或抽头)来将开关层32连接到传感电路或其它电子元件。扁形软电缆连接器的一个例子是FCI公司的FCI 65801 Clincher Receptacle。在该实施例中,包着的开关引线连接至导电线路44,46,48,50,和52,并模制入零件中,从而引线的自由端从零件中伸出,以连接传感电路或其它电子元件。该实施例如图2B所示。具体地,图2B展示了与印刷过成形边缘相比,嵌入模制元件中的油墨层23的导电层。

【0058】图4为具有电容式开关的模制品56的横截面剖视图。如图所示,连接器端子60通过导电粘合剂61连接到一个导电油墨线路44,46,48,50,52(图1)。模制塑料58环绕着连接器60的一部分,从而将其固定在模制品56中。应当注意虽然图中没有显示,但是阴连接器外壳可以与模制品形成一体,以避免从模制品突出的端子的使用。在该实施例中,在成型工艺结束之后,配合的连接器可以拆卸地连接到模制品。阴连接器的使用也保护了端子,在与配合的连接器连接前的制造过程中免受破坏。在一些实施例中,配合的连接器为单个元件,而在其他一些实施例中,它可以与电子模块形成一体,该电子模块包括用于探测开关动作的传感电路。

【0059】在另一个实施例中,作为将端子60成型在模制塑料58中的替代,模制品可以成型有一些空间,这些空间可以在成型工艺之后用来与连接器端子连接。在该实施例中,在注塑模中设置有闭合处,以在制品中形成空间。这些空间优选地与导电油墨线路44,46,48,50,和52对齐。连接器端子插入空间中,与导电油墨线路44,46,48,50,和52连接。连接器端子周围的任何空间随后填充适当的塑料,以密封导电油墨线路44,46,48,50,和52。上述类型的导电粘合剂也可以用来连接端子到导电油墨线路44,46,48,50,和52。

【0060】可以预想,与电容式开关相关的开关可以直接连接至端子60,以提供小体积封装。图4展示了背面(B表面)的模制品56,展示端子60如何定位。当然,端子60可以设置在制品背面的任何地方,这根据具体应用来决定。

【0061】与很多现有的工艺相比,上述工艺避免了需要提供单独的图形覆盖以保护传感区42和相关电极44,46,48,50,和52。因为薄膜开关20制成的形状与所需支撑结构形状相应,电极和传感区可以更一致地放置在离物品的前表面相等的距离,从而减少传感区和电极之间的灵敏度的变化。当包覆成型时,所有的开关元件包括电极和导体受保护,免受环境因素的影响(即,湿度和盐分)。将连接器端子60嵌入成型,并直接密封在其周围,减少这些环境因素的影响。

【0062】如果需要,LED可以直接安装在导电线路44,46,48,50,52上,并包覆成型。但是,可能需要在模具中设置合模处(使导电线路稍微外露)。在一个实施例中,利用导电环氧树脂或等同方法将LED连接上。模具中的空间随后可以填充导热环氧树脂,以密封LED。如果LED需要灯管来使光输出传播到更宽的输出模式,也可以将安装LED作为二次处理。在这种情况下,LED和灯管(例如,导光元件)组件将设计有引线,以连接至导体。另一种技术是将灯管插入,该灯管可以帮助一个或多个LED照明多个区域。虽然这种技术将需要外部连接到LED,但可以证明具有成本效益。

【0063】图3展示了LED与具有模内成型的电容式开关的制品形成一体的实施例,其中LED 63形成在制品56中。典型的合适的LED为欧司朗“点LED(point LED)”零件编号LW P473。可能需要更改LED的封装,以保证适当的光线穿过薄膜和开关标记。这些类型的LED典型地为15mA或更地,这使其可以用塑料树脂覆盖,而不会使元件或开关包装过热。但是,如上所述,全部密封它们的替代方式是,在模制品56的背面留有一个空间,每个LED放置在该空间内,以散逸量。该空间通过例如在与薄膜B表面配合的模具中包含一个成孔销合模处。这个区域随后可以由导热环氧树脂密封,这将防止水的进入。这种LED的导体的连接方法将类似于这部分所描述的端子的连接。在无需精确定位时,元件例如LED可以手动嵌入LED。作为选择,对于精确或多个元件放置,LED可以通过机器人嵌入(例如,利用取和放置设备),因为手动放置将很困难或者昂贵的。

【0064】在此描述的模内成型的电容式开关可以用在各种不同的结构或形状中。例如,导体和电极可以形成为突出或凹入形状(对于物品例如旋钮和按钮)。在此描述的方法允许开关元件可以印刷在平坦的薄膜上,并随后形成所需的形状。此外,可以采用多个区段的传感区。

【0065】在一个实施例中,制造一个模制旋钮,允许用户通过移动手指在旋钮周围,操作设装置例如HVAC系统、无线电广播设备、CD播放机等。图5和6展示了模内电容式开关的旋钮的实施例。旋钮62为圆柱形结构,并优选由塑料成型,并包括用于触发开关动作的接触表面65。薄膜开关64通常包括上述薄膜上的一系列的印刷油墨层。图5展示了在成形操作前薄膜开关64的平面图,该薄膜开关包括传感区66和电极68(接地层,电介质层和图形层未图示)。利用导电油墨和上述类型的印刷工艺,印刷传感区66和电极68。薄膜开关64优选利用适当的成形工艺例如真空热成形,形成所需的旋钮形状。与前述实施例类似,薄膜开关64优选设置在静止模部分,印刷油墨层面向模腔内,并避免与模壁接触。静止模部分优选构成与薄膜开关64配合的形状,熔融塑料可以输入在其上面。形成传感区66和电极68的油墨层优选面向模腔,并且不接触模具表面。因此,如以上实施例,所得到的结构的暴露于用户的表面(A表面)包括薄膜开关64的A表面。如图6所示,在一个实施例中,每个传感区66在旋钮62的周边形成L形横截面。

【0066】旋钮64优选为静止的。尽管如此,允许用户通过随着用户手指经过旋钮的周围而触发不同的开关动作(这导致每个连续传感区66的电容改变),来模拟旋转。如上述实施例,连接器端子可以通过导电粘合剂连接至电极线路68,并模制入旋钮64中,以允许可拆卸地连接到传感电路或其他电子元件。

【0067】本发明已经通过上述实施例进行描述,这些实施例仅作为实施本发明的最佳方式。本领域技术人员应当知道可以对本发明进行各种替换,而不脱离本发明权利要去所界定的精神和范围中。实施例应当理解为包括在此描述的元件的所有新颖的和非显而易见的结合,在本申请或之后的申请中,权利要求可以对这些元件进行任何新颖和非显而易见的结合。此外,上述实施例为示例,没有单个特征或元件对本申请或之后的申请中所请求的可能结合是必不可少的。

【0068】关于在此描述的工艺、方法、探索等,应当理解为虽然这些工艺的步骤已经描述为根据一定的顺序进行,这些工艺可以按与在此描述的顺序不同的顺序进行。此外,应当理解一些步骤可以同时进行,可以加入其它步骤,或者可以删除一些步骤。换句话说,在此描述的工艺是提供来举例说明一些实施例,并不够成对本发明的限制。

【0069】因此,应当理解为,上述描述仅为举例且为非限制性的。在阅读本说明书之后,与所给的实施例不同的很多实施例和应用,对于本领域技术人员将是显而易见的。本发明的范围应当由权利要求界定。可以预见,在此描述的技术以后将发展,所述系统和方法将与这些以后的实施例结合。总之,应当知道,本发明可以修改和变化,并且仅由权利要求限定。

【0070】权利要求中的术语旨在给其最宽的合理解释,且其原有意思应理解为本领域技术人员所理解的意思,除非另外明确表明。特别是,使用“所述”等应当理解为一个或多个所指的元件,除非另外明确说明。

【说明书附图】


【0001】


图1

【0002】


图2A

【0003】


图2B

【0004】


图3

【0005】


图4

【0006】


图5

【0007】


图6