專利名稱：低輪廓人機接口設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及定位設(shè)備，并且更具體地涉及利用微機電系統(tǒng)(MEMS)硅片的用于電子設(shè)備或用戶接ロ控制設(shè)備的低輪廓接ロ設(shè)備。
背景技術(shù)：
顯示在結(jié)合入便攜式電子設(shè)備或用戶接ロ控制設(shè)備(諸如遙控裝置)的圖形用戶界面(GUI)上的信息內(nèi)容持續(xù)增長。這些設(shè)備通常結(jié)合控制桿或鼠標按鍵以導(dǎo)航信息內(nèi)容。 控制桿或鼠標按鍵使用鼠標定位傳感器。傳感器檢測運動方向和關(guān)于由用戶供給到控制桿或鼠標按鍵上的力的強度。由鼠標定位傳感器產(chǎn)生的信號被板式邏輯電路調(diào)節(jié)并處理，以致動由⑶I顯示的定位器。然而，通過必須上下單擊按鍵來搜索列表而導(dǎo)航信息內(nèi)容(諸如地址表、照片和音樂內(nèi)容)有時是效率低且麻煩的。Vaganov的美國專利No. 7，554，167描述了ー種可應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備的傳感器，該傳感器利用具有凸起部的硅應(yīng)變儀芯片。通常，硅應(yīng)變儀芯片對施加于凸起部的末端的橫向力敏感。凸起部將力傳遞到芯片的薄區(qū)域，在該薄區(qū)域中應(yīng)變敏感元件產(chǎn)生與施加的橫向カ對應(yīng)的電信號。各個實施方式結(jié)合有被牢固地粘結(jié)到凸起部的末端的延伸部(諸如柱、電線或彈簧)，以形成用戶接ロ并且延長設(shè)備的高度。Vaganov等人的美國專利No. 7，476，952還描述了這樣的一些實施方式，這些實施方式基于應(yīng)變敏感芯片并且利用各種形狀的接ロ以允許用戶向芯片施加力信號。美國專利No. 7，554，167和美國專利 No. 7，476，952兩者都通過引用并入本公開內(nèi)容。包括兩個引用的專利的現(xiàn)有技術(shù)未能解決的是應(yīng)變儀芯片在過載時易被破壞。本發(fā)明的目的在于形成一種人機接ロ設(shè)備，該人機接 ロ設(shè)備被保護而不受過載影響，因此變得可靠。本發(fā)明的另ー個目的在于使該人機接ロ設(shè)備的輪廓低，使得其適合于各種各樣的電子設(shè)備。本發(fā)明的又ー個目的在于使該人機接ロ 設(shè)備的部件的數(shù)量和復(fù)雜性最小化，從而致使其潛在地制造成本低。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員本發(fā)明的其它益處將是顯而易見的。


為了更完全地理解本公開內(nèi)容，應(yīng)參照下列詳細說明和附圖，附圖中圖1是能用于各種類型的設(shè)備的根據(jù)本發(fā)明的各個實施方式的人機接ロ設(shè)備的立體圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的ー實施方式的人機接ロ設(shè)備的立體圖；圖3是圖2的人機接ロ設(shè)備的剖視圖；圖4是圖2的人機接ロ設(shè)備的分解剖視4
圖5是根據(jù)本發(fā)明的ー實施方式的應(yīng)用設(shè)備中的人機接ロ設(shè)備的剖視圖；圖6A是作為本發(fā)明的ー實施方式中的人機接ロ設(shè)備的一部分的基板、芯片和カ 傳遞元件的立體剖視圖；圖6B是本發(fā)明的ー實施方式中的人機接ロ設(shè)備的立體剖視圖；圖7A、圖7B和圖7C是能用在本發(fā)明的各個實施方式中的人機接ロ設(shè)備內(nèi)的弾性元件的立體圖；圖8是其中利用具有柄腳的弾性元件的本發(fā)明的實施方式中的人機接ロ設(shè)備的立體剖視圖；以及圖9是其中弾性元件包括兩個彈簧元件的本發(fā)明的ー實施方式中的人機接ロ設(shè)備的立體剖視圖。
具體實施例方式雖然本公開內(nèi)容的發(fā)明能允許具有各種修改例和替代形式，但是在附圖中通過示例示出了一些實施方式并且本文將詳細地描述這些實施方式。然而，應(yīng)理解的是，本公開內(nèi)容并不旨在將本發(fā)明限于所述的具體形式，而與此相反，本發(fā)明旨在涵蓋落在由所附的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改例、替代例和等同例。圖1示出了根據(jù)本文所述的實施方式中的一個或更多個的人機接ロ設(shè)備2的靈活性和有用性。人機接ロ設(shè)備2具有適于包含于小和/或薄的電子設(shè)備中的小尺寸，由于其簡單而具有高產(chǎn)量，堅固而抗過載，并且易于制造。在這點上，人機接ロ設(shè)備2提供能被包括在各種類型的電子設(shè)備中的X-Y軸定位功能，所述電子設(shè)備包括網(wǎng)絡(luò)電話、智能電話、個人數(shù)字助理(PDA)裝置、游戲裝置、膝上型電腦、平板電腦、筆記本電腦、個人電腦、照相機、 電視機、烤箱、微波爐、全球定位系統(tǒng)(GPS)、藍光播放器、HD-DVD播放器、DVD播放器、其它類型的便攜式計算和互聯(lián)網(wǎng)訪問設(shè)備和裝置、數(shù)字成像裝置、消費者電子裝置、車內(nèi)裝置、 導(dǎo)航系統(tǒng)等。用于導(dǎo)航任務(wù)或信息內(nèi)容的人機接ロ設(shè)備2也能被結(jié)合到其它用戶接ロ控制設(shè)備，諸如電腦鼠標、控制桿、指示筆、遙控裝置、鍵盤、小鍵盤、其它類型的用于便攜式計算和互聯(lián)網(wǎng)訪問設(shè)備和裝置、消費者電子裝置、車內(nèi)裝置等的輸入裝置中。人機接ロ設(shè)備2的厚度可大約為1.5mm或更小并且其長度可大約為IOmm或更小，但也能想到其它尺寸。在ー實施方式中，提供一種人機接ロ設(shè)備。該設(shè)備具有基板。該設(shè)備還具有聯(lián)接至基板的應(yīng)變敏感芯片，其中該應(yīng)變敏感芯片能夠提供表示施加于該芯片的カ的電信號。力傳遞元件鄰近于應(yīng)變敏感芯片定位并且被聯(lián)接到該應(yīng)變敏感芯片。平移元件機械聯(lián)接到力傳遞元件。弾性元件至少部分地圍繞平移元件和力傳遞元件，其中該彈性元件提供平移元件和力傳遞元件之間的機械聯(lián)接。施加于平移元件的力使得弾性元件拉伸。弾性元件的拉伸使得力被施加于カ傳遞元件。由弾性元件施加于カ傳遞元件的力因此被施加于應(yīng)變敏感芯片。在ー實施方式中，力傳遞元件成形為防止被施加于平移元件的豎直カ被傳遞到應(yīng)變敏感芯片。在ー實施方式中，殼體被設(shè)置成至少部分地覆蓋カ傳遞元件。在ー實施方式中，殼體對平移元件的運動提供物理限制。在ー實施方式中，弾性元件是彈簧。
在一實施方式中，人機接口設(shè)備是能夠進行表面安裝的。在另一實施方式中，提供具有基板的人機接口設(shè)備。應(yīng)變敏感芯片被聯(lián)接到基板，其中該應(yīng)變敏感芯片能夠提供表示施加于該芯片的力的電信號。力傳遞元件鄰近于應(yīng)變敏感芯片定位并且被聯(lián)接到該應(yīng)變敏感芯片。平移元件被機械聯(lián)接到力傳遞元件。彈性元件鄰近于平移元件和力傳遞元件，其中彈性元件提供平移元件和力傳遞元件之間的機械聯(lián)接。施加于平移元件的力使得彈性元件拉伸。彈性元件的拉伸使得力被施加于力傳遞元件。由彈性元件施加于力傳遞元件的力因此被施加于應(yīng)變敏感芯片。在一實施方式中，力平移元件成形為防止施加于平移元件的垂直力被傳遞到應(yīng)變敏感芯片。在一實施方式中，提供至少部分地覆蓋力傳遞元件的殼體。在一實施方式中，殼體對平移元件的運動提供物理限制。在一實施方式中，彈性元件是彈簧。在一實施方式中，人機接口設(shè)備是能夠進行表面安裝的。圖2至圖9示出了人機接口設(shè)備的實施方式的更多的細節(jié)。因此每幅圖中的附圖標記對應(yīng)于相似的元件。本發(fā)明中具有6個功能元件1)基板110 ；2)應(yīng)變敏感芯片120 ；3)力傳遞元件130 ；4)平移元件140 ；5)彈簧或彈性元件150 ；以及6)殼體160。這些功能元件協(xié)同運作以達到制造堅固的低輪廓人機接口設(shè)備的目的。然而，雖然在下面被描述為6個物理上獨立的元件，但是可想到一些功能可被結(jié)合在單個物理元件中。例如，彈性功能和力傳遞功能可在單個物理元件中實現(xiàn)。例如，參見圖8的實施方式，將在下面更詳細地描述該實施方式?；?10提供了供安裝應(yīng)變敏感芯片120的平臺并且用來設(shè)定從芯片到相反表面的電接口的路線。能想到，人機接口設(shè)備100將是安裝到應(yīng)用裝置的印刷電路板(PCB)(未示出)的表面。人機接口設(shè)備100的基板110限定了這樣的表面，該表面例如在表面安裝過程中被物理和電力附接到裝置的印刷電路板。能想到，在一實施方式中，基板110是陶瓷的印刷電路板材料，或類似材料?；?10在兩側(cè)具有金屬跡線111 (未示出相反側(cè))。應(yīng)變敏感芯片120安裝到基板110的一側(cè)，而相反側(cè)連接到設(shè)備的印刷電路板。因此，可通過應(yīng)用設(shè)備的印刷電路板將表示平移元件140的運動的信號從人機接口設(shè)備100傳送到應(yīng)用設(shè)備。應(yīng)變敏感芯片120與先前引用的專利的應(yīng)變敏感芯片的相似之處在于，該芯片包含凸起部、彈性區(qū)域、外框架以及將應(yīng)變轉(zhuǎn)化成電信號的應(yīng)變敏感元件。能想到，芯片120通過覆晶接合(flip chip bonding)被安裝到基板110。然而，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所已知的，也能想到其它聯(lián)接方法。這將電接口置于芯片120和基板110之間的表面上，而在芯片120的相反側(cè)實現(xiàn)至芯片120的機械接口。這保持電接口和機械接口分離并避免接口之間的干涉，由此使?jié)撛诘目煽啃詥栴}最小化。力傳遞元件130提供這樣的接口，橫向力通過該接口被施加于芯片的接口并且能防止豎直力到達芯片120。這有助于實現(xiàn)芯片120的保護并且可通過如圖所示約束力傳遞元件130靠在基板110上或者通過以限制平移元件的向力傳遞元件施加豎直負荷的能力的方式約束該平移元件來實現(xiàn)。平移元件140借助彈性元件150被連接到力傳遞元件130。用戶直接或間接移動平移元件140并且彈性元件150在力傳遞元件130上產(chǎn)生相應(yīng)的力。平移元件140被約束成僅沿橫向移動。平移元件140和/或力傳遞元件130被允許相對于芯片120繞豎直軸線自由旋轉(zhuǎn)，由此從芯片120分離該運動。殼體160附接到基板110，從而封裝整個人機接口裝置100。殼體160用來限制可被施加于平移元件140的平移量，由此繼而最終限制施加于芯片110的最大力。當用戶將力施加于平移元件140時，該平移元件運動，從而拉伸彈性元件150。彈性元件150在其拉伸狀態(tài)下將力施加于力傳遞元件130，該力傳遞元件130繼而將力施加于應(yīng)變敏感芯片120。芯片120產(chǎn)生與用戶原始施加的力對應(yīng)的電輸出。力傳遞元件能以各種方式接合或另外聯(lián)接到應(yīng)變敏感芯片。圖6A和圖6B示出了一些示例。在圖6A中，銷622接合力傳遞元件630中的孔623以及應(yīng)變敏感芯片620的凸起部627中的孔625。銷622可與芯片620的周向壁或筒621相鄰。該銷622將施加于力傳遞元件630的力有效地耦合到應(yīng)變敏感芯片620的凸起部。銷622可具有延伸到力傳遞元件630的頂面629的高度。在另一實施方式中，力傳遞元件具有與銷622類似地成形但一體形成的構(gòu)件(未示出)，該構(gòu)件延伸到應(yīng)變敏感芯片620的孔625中。該構(gòu)件具有與銷622相同的功能。盡管示出具有柱形，但是銷622可具有本領(lǐng)域技術(shù)人員所想到的任何形狀，并且可由本領(lǐng)域技術(shù)人員所想到的任何材料構(gòu)成。該銷622可以是剛性的；然而，在其它實施方式中，銷622可由較軟的材料構(gòu)成，該較軟的材料例如在向應(yīng)用印刷電路板傳輸信號時可提供期望的敏感度和/或延遲。在圖6B中，筒636形成在力傳遞元件630上或以其它方式附接到該力傳遞元件630并且包圍應(yīng)變敏感芯片620的凸起部624。筒636與凸起部6M相鄰并且在一些實施方式中與該凸起部6M接觸，由此將施加于力傳遞元件630的力有效地傳遞到應(yīng)變敏感芯片620。在這些示例中的每個中，目標是提供能夠經(jīng)受住所施加的剪切力的堅固接合。它們還允許繞主軸線旋轉(zhuǎn)，由此保護芯片不受由用戶施加于力傳遞元件630的任何扭矩的影響。彈性元件能采取各種形式或形狀，諸如圓形、橢圓形、矩形或其它形狀。在圖7A中，示出了彈性帶750。該帶750例如由類似于硅樹脂的材料制成。也能想到其它彈性材料。在圖7B中，公開了作為彈性元件的螺旋彈簧751。該彈簧751可由不銹鋼絲制成；然而，它也能用其他彈性材料(諸如塑料)制成。圖7C示出了呈渦卷形彈簧形式的替代彈性元件754。該彈簧可由金屬箔化學(xué)刻蝕而成但是也可由塑料模制而成。例如彈簧7M可通過其中心孔752 (諸如通過銷)接合力傳遞元件，而通過柄腳756在其外周接合平移元件，柄腳756可接觸平移元件的外周。在另一實施方式中，渦卷彈簧7M不具有柄腳。所使用的該類型的彈性元件可取決于用于人機接口裝置的期望敏感度。圖8中示出了渦卷彈簧彈性元件850的示例，其中力傳遞元件830被結(jié)合到渦卷彈簧彈性元件850的中心。更具體地，力傳遞元件830的延伸構(gòu)件832被對準并且插入渦卷彈簧850的空間中。盡管這些空間在圖8中未示出，但它們可以類似于渦卷彈簧754中的空間759。平移元件840在渦卷彈性元件850的外周處接合彎曲柄腳852?？梢灶A(yù)想，通過倒置渦卷彈簧元件850，它也能與平移元件840結(jié)合并且因此將接合力傳遞元件830，其中彎曲柄腳852圍繞力傳遞元件830的外周。圖9中所示的替代實施方式使用兩個渦卷彈簧950A、950B。渦卷彈簧950A具有彎曲柄腳952?？深A(yù)想，彈簧950B也將具有柄腳，由此彈簧950A和彈簧950B兩者的柄腳相互接合以互鎖(為了清楚，一個彈簧的柄腳被定位在另一彈簧的柄腳之間)。平移元件940將與彈簧950A的中心結(jié)合，而力傳遞元件930將被結(jié)合在第二彈簧950B的中心處。在一實施方式中，彈簧950A和950B具有相同的直徑?，F(xiàn)在參看圖5，人機接口設(shè)備200被安裝在應(yīng)用設(shè)備201中。人機接口設(shè)備200的基板210是安裝到應(yīng)用設(shè)備PCB 202的表面。上殼282和下殼觀4收納應(yīng)用設(shè)備201。按鈕270穿過上殼觀2的表面突出以使得用戶能接近。按鈕270接合平移元件M0，使得當按鈕270被橫向移動時，平移元件MO以相應(yīng)的方式移動。按鈕270可被定位在設(shè)備200的殼體260上。本文描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，包括用于實施本發(fā)明的發(fā)明人已知的最佳方式。應(yīng)該理解的是，所示的實施方式僅是示例性的，并且不應(yīng)被理解為限制本發(fā)明的范圍。
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權(quán)利要求
1.一種人機接ロ設(shè)備，該人機接ロ設(shè)備包括 基板；應(yīng)變敏感芯片，該應(yīng)變敏感芯片聯(lián)接到所述基板，其中所述應(yīng)變敏感芯片能提供表示施加于該芯片的カ的電信號；力傳遞元件，該カ傳遞元件鄰近于所述應(yīng)變敏感芯片定位并且聯(lián)接到該應(yīng)變敏感芯片；平移元件，該平移元件機械聯(lián)接到所述カ傳遞元件；弾性元件，該彈性元件至少部分地圍繞所述平移元件和所述カ傳遞元件，其中所述彈性元件提供所述平移元件和所述カ傳遞元件之間的機械聯(lián)接； 其中，施加于所述平移元件的力使得所述彈性元件拉伸； 并且所述彈性元件的拉伸使得力被施加于所述力傳遞元件； 由所述彈性元件施加于所述力傳遞元件的力因此被施加于所述應(yīng)變敏感芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人機接ロ設(shè)備，其中，所述カ平移元件被成形為防止施加于所述平移元件的豎直カ被傳遞到所述應(yīng)變敏感芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人機接ロ設(shè)備，該人機接ロ設(shè)備還包括 殼體，該殼體至少部分地覆蓋所述力傳遞元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的人機接ロ設(shè)備，其中，所述殼體對所述平移元件的運動提供物理限制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人機接ロ設(shè)備，其中，所述彈性元件是彈簧。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人機接ロ設(shè)備，該人機接ロ設(shè)備是能進行表面安裝的。
7.—種人機接ロ設(shè)備，該人機接ロ設(shè)備包括 基板；應(yīng)變敏感芯片，該應(yīng)變敏感芯片聯(lián)接到所述基板，其中所述應(yīng)變敏感芯片能提供表示施加于該芯片的カ的電信號；力傳遞元件，該カ傳遞元件鄰近于所述應(yīng)變敏感芯片定位并且聯(lián)接到該應(yīng)變敏感芯片；平移元件，該平移元件機械聯(lián)接到所述カ傳遞元件；弾性元件，該彈性元件鄰近于所述平移元件和所述カ傳遞元件，其中所述彈性元件提供所述平移元件和所述カ傳遞元件之間的機械聯(lián)接；其中，施加于所述平移元件的力使得所述彈性元件拉伸；并且所述彈性元件的拉伸使得力被施加于所述力傳遞元件；由所述彈性元件施加于所述力傳遞元件的力因此被施加于所述應(yīng)變敏感芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的人機接ロ設(shè)備，其中，所述カ平移元件被成形為防止施加于所述平移元件的豎直カ被傳遞到所述應(yīng)變敏感芯片。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的人機接ロ設(shè)備，該人機接ロ設(shè)備還包括 殼體，該殼體至少部分地覆蓋所述力傳遞元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的人機接ロ設(shè)備，其中，所述殼體對所述平移元件的運動提供物理限制。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的人機接ロ設(shè)備，其中，所述彈性元件是彈簧。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的人機接ロ設(shè)備，該人機接ロ設(shè)備是能進行表面安裝的。
全文摘要
提供了一種人機接口設(shè)備，該人機接口設(shè)備具有基板。應(yīng)變敏感芯片聯(lián)接到所述基板，其中，所述應(yīng)變敏感芯片能提供表示施加于該芯片的力的電信號。力傳遞元件鄰近于所述應(yīng)變敏感芯片定位并且聯(lián)接到該應(yīng)變敏感芯片。平移元件機械聯(lián)接到所述力傳遞元件。彈性元件至少部分地圍繞所述平移元件和所述力傳遞元件，其中，所述彈性元件提供所述平移元件和所述力傳遞元件之間的機械聯(lián)接。施加于所述平移元件的力使得所述彈性元件拉伸，其中，所述彈簧元件的拉伸使得力被施加于所述力傳遞元件；由所述彈性元件施加于所述力傳遞元件的所述力因此被施加于所述應(yīng)變敏感芯片。
文檔編號G06F3/033GK102597921SQ201080050129
公開日2012年7月18日 申請日期2010年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月6日
發(fā)明者M·杜爾索, S·哈恩, 彼得·V·洛佩特 申請人:美商樓氏電子有限公司