專利名稱：：叉指型力開關和傳感器的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種具有叉指型電極的力激活和力感應電子器件。
背景技術：
：力開關和力感應膜用于在多種應用中檢測接觸/觸摸，檢測和測量力或施加的負載的相對改變，檢測和測量力改變的速率，和/或檢測力或負載的移除。當用戶通過施加力使另外的分離的導電膜、電極或電路連接在一起時，力開關和力感應膜典型地通過檢測信號發揮作用。力感應膜，例如，典型地由彈性體組成，該彈性體包括安置在兩個導電接觸之間的導電顆粒("彈性體層")。在將壓力施加到導電接觸中的一個時，該導電接觸被按壓到彈性體層的表面，并且產生了導電路徑。導電路徑由導電顆粒鏈構成，其構成了穿過彈性體的曲折的路徑。因此，彈性體中的導電顆粒的濃度必須高于特定的閾值(即，高于逾滲閾值(percolationthreshold))，以構成連續路徑。隨著壓力的增加，產生了導電接觸和彈性體層表面之間的較大的接觸數目和接觸區域。因此，產生了穿過彈性體和導電顆粒的較大的導電路徑數目，并且彈性體層上的電阻降低。
發明內容考慮到前文，我們認識到，由于現有技術的力開關和力感應膜中的導電路徑由許多導電顆粒接觸構成，所以可能導致電阻變化和滯后效應。簡而言之，在一個方面，本發明提供了叉指型電子器件(例如，叉指型力開關和力傳感器)，其中導電顆粒的濃度小于逾滲閾值。該叉指型電子器件包括(a)導體、(b)叉指型電極、和(c)安置在導體和叉指型電極之間的復合材料。如此處使用的，術語"叉指型電極"意指平面內電極的趾狀或指狀的周期性圖案。圖1示出了示例性叉指型電極。叉指型電極100包括壓焊區(padarea)115，其包括指狀圖案和兩個走線(trace)125。該圖案由十五個"手指"135構成。而且，術語"叉指型"在本領域中有時由例如"周期性"、"微帶"、"梳狀"或"柵狀"等效術語替換。應當理解，本發明不應不適當地限于術語"叉指型"的使用，而是應限于本領域中的這些或任何其他的等效術語的使用。導體和叉指型電極中的至少一個可以朝向另一個移動(即，導體可以朝向叉指型電極移動，或者叉指型電極可以朝向導體移動，或者導體和叉指型電極可以相互朝向對方移動)。復合材料包括至少部分地嵌入在電絕緣層中的導電顆粒。當在導體和叉指型電極之間施加足夠的壓力時，導電顆粒電連接導體和叉指型電極。導電顆粒不具有相對取向，并且被安置成使得在導體和叉指型電極之間構成的基本上所有的電連接都處于z方向中(即，在導體和叉指型電極之間構成的基本上所有的電連接都處于相對平坦的結構的厚度方向中，而非處于平面內(x-y)方向中)。因此，相比于由許多導電顆粒接觸構成的力開關和力傳感器，本發明的叉指型電子器件滿足本領域中的關于力開關和力傳感器的需要，即具有較小的電阻變化和滯后效應。此外，已經發現，當導體包括膜上的導電涂層時，本發明的叉指型電子器件令人驚訝地靈敏。圖1是叉指型電極的示意性頂視圖。圖2是叉指型電極的示意性側視圖。圖3(a)和(b)是在本發明的叉指型電子器件中有益的復合材料的示意性側視圖。圖4(a)、(b)、(c)和(d)使用本發明的叉指型電子器件的示意性側視圖示出了本發明的叉指型電子器件的使用。圖5是示出了導電路徑的叉指型電子器件的示意性側視圖。圖6是關于示例1和比較示例1中描述的本發明的叉指型電子器件的雙對數圖尺的電阻相對力的圖線。圖7是關于示例2和比較示例2中描述的本發明的叉指型電子器件的雙對數圖尺的電阻相對力的圖線。圖8是關于示例3和比較示例3中描述的本發明的叉指型電子器件的雙對數圖尺的電阻相對力的圖線。盡管本發明可以具有多種修改方案和替換形式，但是作為示例，其細節已在附圖中示出并且將得到詳細描述。然而，應當理解，本發明不限于所描述的具體實施例。相反地，本發明涵蓋處于本發明的精神和范圍內的所有修改方案、等效方案和替換方案。具體實施例方式本發明的叉指型電子器件可用于在多種應用中檢測接觸/觸摸，檢測和測量力或施加的負載的相對改變，檢測和測量力改變的速率，和/或檢測力或負載的移除。在將足夠的壓力施加到本發明的叉指型電子器件時，實現了導體和叉指型電極之間的電接觸。為了構成導體和叉指型電極之間的電接觸，本發明使用導電顆粒，其分布方式優選地是，基本上所有電接觸都通過一個或多個單個顆粒(即，導體和叉指型電極同時與相同的顆粒的電接觸)。導電顆粒至少部分地嵌入在電絕緣層中。對于絕緣，意味著該材料的導電性基本上小于導體和導電顆粒。如此處使用的，"絕緣"材料或層具有大于約109歐姆的電阻率。電絕緣層使得施加壓力時實現的電連接在未施加壓力時基本上減少。例如，電絕緣層可以是可回彈材料，該回彈材料在被施加壓力時可以變形以允許電接觸，并且在未施加壓力時使導體和叉指型電極復原到其初始的分離位置。使導電顆粒分布成使得經由一個或多個單個顆粒實現電接觸，這可具有數個優點。由于導體和叉指型電極經由單個顆粒電接觸，所以至多僅存在兩個接觸點對每個顆粒接觸的接觸電阻有貢獻(接觸導體的導電顆粒是一個接觸點，而接觸叉指型電極的相同的導電顆粒是另一接觸點)，并且對于特定的叉指型電子器件的每個激活過程，該接觸點的數目保持一致。這可以在每次激活器件時導致較低的接觸電阻和更加一致的、可靠的和可重復的信號。較低的接觸電阻帶來了較少的信號損失，其最終導致了較高的信噪比，這在觸摸或力傳感器器件中可以導致更加精確的定位或壓力確定。單個顆粒的電接觸的另一優點在于，不存在顆粒對準要求以及優選的顆粒間的取向。例如，不需要在制造過程中施加用于對顆粒定向和使其對準的磁場，使得制造更容易且成本更低。此外，在使用磁對準時，導電顆粒跨越了最后所得到的膜的整個厚度，需要施加另一絕緣層，使得在不存在壓力時該整體構造是不導電的。相對于使用垂直地定向在器件的厚度方向上的對準的線或伸長的桿的器件，不需要顆粒對準還可以提高耐用性，所述對準的線或伸長的桿可承受重復激活時的彎曲以及斷裂和/或較高的施加力。不需要顆粒對準和取向使得本發明的叉指型電子器件特別適用于將器件安裝在彎曲的、不規則的或者其他的非平面的配置中的應用。由于復合材料僅需要略微大于最大的導電顆粒，因此可以將本發明的叉指型電子器件制作得非常薄。可以使用相對低的顆粒加載量，同時仍能保持可靠的性能和足夠的分辨率。該顆粒還可以分布成使得激活力(即，激活叉指型電子器件所需的力)跨越膜的整個表面是均勻的。由于使用了較少的顆粒，因此使用較低的顆粒密度的能力也可以是成本優點。圖2示出了叉指型電子器件200，其包括具有導電層210的形式的導體、叉指型電極220、導體和叉指型電極之間的復合材料230、以及用于測量叉指型電子器件上的電響應(這里被示為電阻)的裝置260。例如，通過施加外部壓力，可以使導電層210和叉指型電極220中的至少一個朝向另一個移動。復合材料230具有導電顆粒，其全部或部分地嵌入在電絕緣層中。導電層210可以是導電片、箔或涂層。導電層的材料可以包括任何適當的導電材料，例如，金屬、半導體、摻雜半導體、半金屬、金屬氧化物、有機導體和導電聚合物等及其混合物。適當的無機材料包括，例如，銅、金和電子器件中常用的其他金屬或金屬合金，以及透明導電材料，諸如透明導電氧化物(例如，氧化銦錫(ITO)、氧化銻錫(ATO)等)。還可以使用石墨。適當的有機材料包括，例如，導電有機金屬化合物以及導電聚合物，諸如聚吡咯、聚苯胺、聚乙炔、聚噻吩，和諸如歐洲專利公開EP1172831中公開的材料。對于某些應用(例如，健康保健/醫療應用)，優選的是，導電層對于濕蒸汽是可滲透的。在根據ASTME-96-00使用水方法進行測量時，優選地，導電層的濕蒸汽透射率(MVTR)至少約為400g水/m2/24小時(更優選地，至少約為800;甚至更優選地，至少約為1600;最優選地，至少約為2000)。該導體可以是自支撐的或者可以被提供在基底上(圖2中未示出)。適當的基底可以是剛性的(例如，剛性塑料、玻璃、金屬或半導體)或柔性的(例如，柔性塑料膜、柔性箔、或者薄的玻璃)。依據應用，基底可以是透明的或不透明的。該導體還可以是第二叉指型電極。優選地，該導體包括塑料膜上提供的金屬或導電聚合物涂層。更優選地，該導體包括聚酯膜上的金屬或導電聚合物涂層。最優選地，該導體包括聚酯膜上的聚乙烯-二氧噻吩(PEDOT)、氧化銦錫(ITO)或透明的銀涂層。叉指型電極典型地包括絕緣基底上的導電的指狀圖案。被構圖的導電材料可以包括任何適當的導電材料，例如，金屬、半導體、摻雜半導體、半金屬、金屬氧化物、有機導體和導電聚合物等及其混合物。適當的基底可以是剛性的(例如，剛性塑料或玻璃)或柔性的(例如，柔性塑料膜、薄的玻璃或織物)。依據應用，基底可以是透明的或不透明的。優選地，叉指型電極包括塑料基底上的銀墨或ITO。更優選地，叉指型電極包括聚酯基底上的銀墨或ITO。對于某些應用(例如，健康保健/醫療應用)，優選的是，叉指型電極的基底對于濕蒸汽是可滲透的。在根據ASTME-96-00使用水方法進行測量時，優選地，基底的濕蒸汽透射率(MVTR)至少約為400g水/m"24小時(更優選地，至少約為800;甚至更優選地，至少約為1600;最優選地，至少約為2000)。用于對導電材料構圖的可用方法將取決于所使用的導電材料的類型。某些材料，例如，銀墨、銀-鈀墨和碳墨，可以使用絲網印刷進行構圖。合金的導電涂層，諸如氧化錫、氧化鋅、氧化銦錫、氧化銻和氧化銻錫可被濺射或者等離子淀積到聚合物基底上，并且隨后使用標準的刻蝕方法對其構圖。其他的導電材料可以通過電子束熱蒸發進行淀積，并且隨后使用傳統的掩膜刻蝕對其構圖。如本領域中公知的，通過改變叉指型圖案的面積、手指數目和/或手指之間的間距可以調節該叉指型圖案，以便控制其輸出信號的強度。典型地，叉指型電極的手指之間的間距將大于導電顆粒，以便防止短路。安置在導體和叉指型電極之間的復合材料包括導電顆粒，其至少部分地嵌入在電絕緣層中。導電顆粒被安置成使得在將壓力施加到器件以使導體或叉指型電極相對另一方移動時(即，使導體朝向叉指型電極移動，或者反之)，通過單個顆粒與導體和叉指型電極均接觸可實現電連接。用于電絕緣層的示例性材料包括這樣的材料，所述材料能夠保持導體和叉指型電極之間的足夠的電分離，并且呈現出允許壓縮絕緣材料的可變形能力和回彈屬性，以允許經由一個或多個單個顆粒接觸實現電接觸并且在導體和叉指型電極之間不再施加足夠壓力時使導體和叉指型電極復原到電分離狀態。適當的絕緣材料包括硅酮、聚硅氧烷、聚氨酯、聚硅酮-聚氨酯、橡膠、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、酚醛丁腈橡膠、苯乙烯丁二烯橡膠、聚醚-嵌段-酰胺和聚烯烴等。對于某些應用(例如，健康保健/醫療應用)，優選的是，電絕緣層對于濕蒸汽是可滲透的。在根據ASTME-96-00使用水方法進行測量時，優選地，彈性體材料的濕蒸汽透射率(MVTR)至少約為400g水/m々24小時(更優選地，至少約為800;甚至更優選地，至少約為1600;最優選地，至少約為2000)。在某些應用中，同樣優選的是，電絕緣層材料基本上不受濕度的影響。圖3(a)示出了復合材料330的一個示例，該復合材料330包括部分嵌入在電絕緣層350中的導電顆粒340。圖3(b)示出了另一復合材料331的示例，該復合材料330包括完全嵌入在電絕緣層351中的導電材料341。盡管圖3(a)和(b)用于說明可在本發明中使用的復合材料的實施例，但是可以使用任何適當的配置，其中導電顆粒以任何適當的比率完全地或部分地嵌入在相對于彈性體層或材料的任何特定表面的任何適當的位置。本發明不排除具有單獨情況的復合材料，其中導電顆粒在器件的厚度方向中重疊。優選地，至少在復合材料的厚度方向(z)中測量顆粒尺寸時，最大的導電顆粒至少略小于電絕緣材料層的厚度。這可以有助于防止電短路。適當的導電顆粒包括具有連續導電外表面的任何適當的顆粒。例如，導電顆粒可以是固體顆粒(例如，金屬球)、涂覆有導電材料的固體顆粒、具有導電外殼的中空顆粒、或者涂覆有導電材料的中空顆粒。導電材料可以包括，例如，金屬、導電金屬氧化物、有機導體和導電聚合物、半導體等。涂覆顆粒的內核可以是實心的或者是中空的玻璃或塑料珠、陶瓷顆粒、碳顆粒、金屬顆粒等。導電顆粒可以是透明的、半透明的、彩色的、或者不透明的。它們可以具有粗糙的或光滑的表面，并且可以是剛性的或可變形的。術語"顆粒"包括球形珠、伸長的珠、截頭纖維、形狀不規則的顆粒等。通常，取決于應用，顆粒包括縱橫比(即，最窄的尺寸與最長的尺寸的比，例如，對于纖維而言，縱橫比是長度:直徑)為1:1約l:20的顆粒狀物體，并且具有約l/mi約500/xm范圍的特征尺寸。導電顆粒散布在復合材料中，不具有任何優選的取向或對準。可以任何適當的方式提供復合材料。通常，制造或提供復合材料涉及分布導電顆粒并且至少部分地將其嵌入在電絕緣材料中。例如，可以首先使顆粒分布在表面上，并且將電絕緣材料涂覆在、按壓到或者層疊在顆粒的層上。上面分布有顆粒的表面可以是叉指型電子器件的層，例如導體，或者在將顆粒嵌入到電絕緣材料中之后被移除的承載基底。作為另一示例，顆粒可以散布在電絕緣材料中并且對最后所得到的復合物進行涂覆以形成復合材料。仍作為另一示例，電絕緣材料可被提供作為層，例如通過涂覆，并且隨后可以使導電顆粒分布在電絕緣材料層上。嵌入顆粒的方法可以是，可選地對電絕緣材料加熱以允許材料軟化，將顆粒按壓到電絕緣材料層中，或者在電絕緣材料處于未固化或者其他的軟化狀態時，使顆粒分布在電絕緣材料層上并且可選地將顆粒按壓到電絕緣材料層中，并且隨后通過固化、冷卻等方法使電絕緣材料層硬化。可以使用熱、潮氣和光固化反應，以及兩部制系統。散布導電顆粒的方法包括，例如，美國專利申請公開No.03/0129302(Chambers等人)中公開的方法。簡而言之，顆粒可在電場存在的情況下被分送到電絕緣材料層上，在顆粒隨機地降落在該層上時，該電場有助于顆粒分布。顆粒是荷電的，由此它們相互排斥。因此基本上避免了橫向電連接和顆粒聚結。電場還用于產生顆粒對膜的吸引。該方法可以產生導電顆粒的隨機的非聚集的分布。可以在預先選擇的密度下施加顆粒，并且顆粒具有相對均勻的分布(每單位面積的顆粒數目)。而且，可以處理表面以進一步協助顆粒分布。還可以使用散布導電顆粒的其他方法。例如，顆粒可被淀積在縮微復制的釋放襯墊的凹穴中，如國際公幵WO00/00563中公開的。然后可以在該顆粒填充襯墊上涂覆電絕緣材料或者將電絕緣材料按壓到該顆粒填充襯墊上。可以使用用于分布或散布顆粒的任何其他方法，只要該方法使顆粒在復合材料中分布成使得粘性膜的導體和第二導體之間實現的基本上所有電接觸都通過一個或多個單個顆粒接觸。因此，應當注意減少或消除復合物中的堆疊的顆粒(即，在復合物的厚度方向中具有重疊位置的兩個或多個顆粒)。用于將顆粒放置到介質上的方法應當確保使平面內(x-y)方向中的顆粒之間的接觸最小。優選地，不應存在多于兩個顆粒的接觸(例如，在30cn^的面積內)。更優選地，不存在兩個相互接觸的顆粒(例如，在30cr^的面積內)。這將防止由于顆粒接觸引起的平面內方向中的任何電短路。導電顆粒可以具有如下尺寸分布，即所有顆粒在尺寸(或形狀)上都不相同。在這些情況下，較大的導電顆粒可以在較小的相鄰顆粒之前實現電接觸，或者甚至排除了較小的相鄰顆粒來實現電接觸。該情況是否發生或者發生到什么程度取決于下列因素顆粒的尺寸和形狀分布、是否存在顆粒的聚結、顆粒的加載密度和空間分布、導體(或導體/基底組合)彎曲或適應局部變化的能力、顆粒的可變形能力、嵌入顆粒的材料的可變形能力等。這些和其他屬性可以調節成使得在導體和叉指型電極之間施加足夠的壓力時獲得每單位面積中的單個顆粒電接觸的所需數目。屬性還可被調節成使得在導體和叉指型電極之間施加相對于不同的壓力量的一個給定的壓力量時獲得每單位面積中的單個顆粒電接觸的所需數目。在某些實施例中，顆粒尺寸分布優選地是較窄的，并且在某些情況中，優選的是，所有顆粒基本上尺寸都相同。在某些實施例中，需要具有顆粒尺寸的雙模分布。例如，需要具有兩種不同類型的散布在復合材料中的顆粒，即較大的顆粒和較小的顆粒。圖4(a)、(b)、(c)和(d)示出了作為叉指型力傳感器的本發明的叉指型電子器件的使用，其中通過一個或多個單個顆粒的物理接觸實現了電接觸。叉指型電子器件400包括導體410、叉指型電極420、包括安置在導體之間的電絕緣層450中的導電顆粒440的復合材料430、和用于測量叉指型電子器件上的電響應的裝置460。當叉指型電子器件被用于力感應應用時，在釋放壓力時，電絕緣層需要能夠基本上復原到其初始尺寸。如此處使用的"能夠基本上復原到其初始尺寸"意味著，該層能夠在例如10秒內(優選地在l秒或更少的時間內)復原到其初始厚度的至少90%(優選地至少95%;更優選地，至少99%;最優選地100%)。優選地，電絕緣層(如果是可固化材料，則在其完全固化狀態下)在大的溫度范圍內具有基本恒定的儲能模量(G')(更優選地，在約0'C到約100'C之間具有基本恒定的儲能模量；最優選地，在約O'C到約60'C之間具有基本恒定的儲能模量)。如此處使用的"基本恒定"意味著小于約50%(優選地小于75%)的變化。優選地，電絕緣層在lHz、23。C下具有約1Xl()Spa和約9X105Pa之間的G'以及約0.01和約0.60之間的損耗因數(損耗角正切)。而且，優選的是，電絕緣層是自復原的(即能夠在破裂、刺破或穿透時使自身復原)。用于在力感應應用中使用的電絕緣層的適當材料包括，例如，天然和合成橡膠(例如，苯乙烯丁二烯s橡膠或丁基橡膠、聚異戊二烯、聚異丁烯、聚丁二烯、聚氯丁烯、丙烯腈/丁二烯以及官能化彈性體，諸如羧基或羥基改性橡膠等)、丙烯酸脂、包括但不限于聚二甲基硅氧烷的硅酮、苯乙烯類嵌段共聚物(例如，苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯或者苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物)、包括但不限于那些基于脂肪族異氰酸酯、芳香族異氰酸酯及其化合物的聚氨酯、聚醚多元醇、聚酯多元醇、乙二醇多元醇、以及它們的化合物。適當的熱塑性聚氨酯類聚合物可獲得自BFGoodrich,商標名稱EstaneTM。通過并入具有高于二的平均官能度(例如，三官能或四官能組分)的多元醇和/或聚氨酯，熱固性配方也是可以使用的。聚脲，諸如通過聚氨酯與聚胺的反應形成的聚脲也是適用的。適當的聚胺可以選自廣泛的類別，所述類別包括諸如Huntsman在商標名稱Jeffamine，下銷售的聚醚和聚酯胺，以及諸如美國專利No.6，441，118(Sherman等人)中公開的聚胺官能聚二甲基硅氧垸；諸如DuPont在商標名稱Hytrel，下銷售的彈性體聚酯；特定的茂金屬聚烯烴，諸如茂金屬聚乙烯(例如，來自DowChemical,MidlandMI的Engage頂或Affinity頂聚合物)，也是適用的。氟化彈性體，諸如Dyneon^氟橡膠(可獲得自DyneonLLC，Oakdale，MN)或者Viton頂氟橡膠(可獲得自DuPontPerformanceElastomers,Wilmington,DE)，也是適用的。可以通過，例如利用烴樹脂(例如，聚祐烯)或者填充油(例如，環烷基油或者增塑劑)，或者添加諸如聚苯乙烯顆粒、粘土、硅石等有機或無機填料，可以使彈性體材料改性。該填料可以具有顆粒或纖維的形態。微球(例如，來自AkzoNobel的Expancel頂微球)也可以散布在彈性體材料中。如圖4(a)中所示，當導體410和叉指型電極420之間未施加壓力時，它們通過電絕緣彈性體層450保持電隔離。如圖4(b)中所示，在向導體410施加足夠的壓力P時，可以經由單個顆粒接觸實現導體410和叉指型電極420之間的電接觸。單個顆粒接觸是導體和叉指型電極之間的電接觸，其中一個或多個單個導電顆粒單獨地與導體和叉指型電極均接觸。如圖4(c)中所示，在將較大的壓力P'施加到導體410時，彈性體層450進一步壓縮并且可以實現更多的單個顆粒接觸。如圖4(d)中所示，當所有壓力被移除時，彈性體層450基本上復原到其初始尺寸并且不實現電接觸。圖5示出了本發明的激活的叉指型電子器件中的導電路徑。在器件500中，向導體510施加足夠的壓力P，并且經由單個顆粒接觸實現導體510和叉指型電極520(被示出為安置在基底570上)之間的電接觸。導電路徑580行進穿過叉指型電極的第一手指520(a)和第一導電顆粒540(a)，并且向下穿過第二導電顆粒540(b)和叉指型電極的第二手指520(b)。叉指型電極的兩個手指連接到用于測量叉指型電子器件上的電響應的裝置560。本發明的叉指型電子器件可以電連接到用于測量電響應(例如，電阻、電導、電流、電壓等)的裝置以便于檢測力或者測量跨越器件的力的改變。用于測量電響應的裝置可以連接到例如，兩個手指或者叉指型電極的走線，或者連接到一部分叉指型電極和導體。電響應可以使用任何適當的裝置讀出(例如，歐姆表、萬用表、光發射二極管(LED)陣列、或者具有適當的電路的音頻信號)。本發明的叉指型電子器件還可以上文描述的方式使用，但是其中叉指型電極朝向導體移動。本發明的叉指型電子器件可以作為可開關力激活電子器件和力感應器件用于許多應用中。力開關可用作例如膜開關和觸摸板。力傳感器可用于健康保健應用，諸如用于在石膏敷料時改變過度的壓力，或者用于監視壓力防止褥瘡和糖尿病人的足或腿的潰瘍。它們還可用于例如，汽車應用(例如，用于座位傳感器中或者用于氣囊部署)、消費應用(例如，用作負載/重量傳感器或者用于"智能系統"中以感應物體存在或不存在于托架上)、運動應用(例如，用于監視速度、力或沖擊，或者用作球棒或球拍上的抓握傳感器)等。示例通過下面的示例進一步說明本發明的目的和優點，但是這些示例中列舉的特定的材料和材料量，以及其他的情況和細節，不應被解釋為不適當地限制了本發明。測試單元使用被稱為力設備的設備評估器件，該設備由負載單元(來自OmegaEngineeringInc.，Hartford,CT的型號LCFD-lkg)組成，其測量施加在器件上的法向的力。待評估的器件被水平放置在負載單元上并且通過膠帶固定。在計算機的控制下利用約275kPa的壓縮空氣的連接到兩個閥門(來自CIippardInstrumentLaboratory,Cincinnati,OH的型號EC-2-12)氣動操作汽缸(來自AirpotCorpotation,Norwalk，CT的型號E9X0.5N)，被直接安放在負載單元上面。通過順序打開和關閉閥門，使汽缸以預定的恒定步長向下移動，以增加放置在負載單元上的器件上的力。負載單元連接到顯示設備(可獲得自OmegaEngineeringInc.,Hartford,CT的型號ModelDP41-S-A)，其顯示施加的力。一旦達到力的預定限度，使用排放閥門自系統中排出空氣，以減小器件上的力。器件被連接到萬用表以記錄器件的電響應。使用數字萬用表(來自KeithleyInc.,Cleveland,OH的Keithley信號197A微伏DMM)測量器件的電阻。利用基于PC的數字釆集系統捕獲自負載單元讀取的施加的力和自萬用表讀取的器件的電響應。施加的力的范圍是101000克重量，并且力的施加是以約2.8克/秒(167克/分鐘)的速率進行的。n值的解釋在測量器件上的電阻時，可以將電阻相對力的響應的圖線繪制在雙對數圖線中。在特定的范圍內，指數定律關系可由下式給出電阻=A/Fn，其中A是常數，F是力，而n(即"n值")是雙對數圖線上的最佳擬合線(通過線性回歸確定)的斜率。n值指出了器件的靈敏度。n值越高，對于施加的力的給定改變，器件的電阻改變就越大。較低的n值意味著，對于施加的力的相同的改變，電阻改變較小。通用程序將未固化的彈性體層(約25微米厚)刮涂到導體上。彈性體的組成用phr(橡膠的每百份的份數)表達為100phr乙烯基改性聚二甲基硅氧烷，可獲得自Crompton(Greenwich,CT)的Y-79420.33phr鉑細粉，可獲得自AldrichCanada(Oakville，ON,Canada)0.80phrDC1107交聯劑，可獲得自DowCorning(Midland,MI)0.60phr二甲基順丁烯二酸，可獲得自FischerScientific(Ottawa,ON,Canada)使用本領域中公知的商用濾網，篩濾涂覆有氧化銦錫(ITO)的玻璃珠，其可商業獲得自3M公司(St.Paul,MN)的SD120,以選擇尺寸小于約50微米的珠。使用基本上如美國專利申請公開No.03/0129302(Chambers等人)中描述的顆粒散布器，使該珠散布在未固化的彈性體層上。允許彈性體在室溫下固化。然后使第二導體或叉指型電極固定在固化的彈性體上以形成器件。使用上文描述的力設備測試最后所得到的器件。示例1~6根據通用程序構造具有金屬膜或金屬箔導體的叉指型器件(如下文的表格中指出的)。通過在250微米厚的聚酯基底上絲網印刷銀墨，構造叉指型電極，該銀墨購買自ClickTouchAmerica,Inc.,Saint-Laurent,Quebec,Canada。圖1中示出了叉指型電極的示意圖。指狀的圖案(具有十五個"手指")測得為lOmmXlOmm。走線長9mm,并且相互間隔.25mm。使用上文描述的力設備測試該叉指型器件。關于示例1~3的測試數據被繪制在雙對數圖線上，其分別在圖6、7和8中示出(具有來自比較示例1~3的測試數據)。關于每個叉指型器件的最佳擬合線的n值在下文的表格中示出。每個叉指型器件的激活力(Fi)也被示出，其被定義為用于呈現1千歐的電阻所需的力。比較示例1~3根據通用程序構造具有夾在兩個金屬膜導體之間的彈性體的器件(如下文的表格中指出的)。使用上文描述的力裝置測試該器件。關于其的測試數據被繪制在雙對數圖線上，其在圖6、7和8中示出(具有來自示例1~3的測試數據)。關于每個叉指型器件的最佳擬合線的n值在下文的表格中示出。每個叉指型器件的激活力(Fi)也被示出，其被定義為用于呈現1千歐的電阻所需的力。<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>在不偏離本發明的范圍和精神的前提下，本發明的多種修改方案和替換方案對于本領域的技術人員是顯而易見的。應當理解，本發明并非受到此處闡述的說明性實施例和示例的不適當的限制，并且該示例和實施例僅被呈現為示例，本發明的范圍應僅由此處闡述的權利要求限定。權利要求1.一種叉指型電子器件，包括(a)導體；(b)叉指型電極；和(c)復合材料，其安置在所述導體和所述叉指型電極之間，用于在所述導體和所述叉指型電極之間施加足夠的壓力時電連接所述導體和所述叉指型電極，所述復合材料包括導電顆粒，其至少部分地嵌入在電絕緣層中，所述導電顆粒不具有相對取向并且被安置成使得所述導體和所述叉指型電極之間實現的基本上所有電連接都處于z方向中，其中所述導體和所述叉指型電極中的至少一個是可朝向另一個移動的。2.如權利要求l所述的叉指型電子器件，其中，安置所述導電顆粒，使得在所述導體和所述叉指型電極之間實現的基本上所有電連接都通過單個顆粒。3.如權利要求2所述的叉指型電子器件，其中，安置所述導電顆粒，使得沒有多于兩個的顆粒相互接觸。4.如權利要求3所述的叉指型電子器件，其中，沒有兩個顆粒相互接觸。5.如權利要求l所述的叉指型電子器件，其中，所述導體包括在塑料膜上提供的金屬涂層。6.如權利要求5所述的叉指型電子器件，其中，所述金屬涂層和塑料膜是透明的。7.如權利要求l所述的叉指型電子器件，其中，所述導體包括叉指型電極。8.如權利要求l所述的叉指型電子器件，其中，所述叉指型電極安置在基底上。9.如權利要求8所述的叉指型電子器件，其中，所述基底是柔性的。10.如權利要求8所述的叉指型電子器件，其中，所述基底是透明的。11.如權利要求1所述的叉指型電子器件，其中，所述導體和所述叉指型電極是透明的。12.如權利要求ll所述的叉指型電子器件，其中，所述導體和所述叉指型電極中的至少一個包括透明的導電氧化物。13.如權利要求1所述的叉指型電子器件，進一步包括用于測量所述器件上的電響應的裝置。14.如權利要求1所述的叉指型電子器件，其中，所述電絕緣層能夠在釋放壓力時基本上復原到其初始尺寸。15.如權利要求14所述的叉指型電子器件，其中，所述電絕緣層包括彈性體材料，該彈性體材料在約O'C和約100'C之間具有基本上恒定的G'。16.如權利要求15所述的叉指型電子器件，其中，所述電絕緣層包括彈性體材料，該彈性體材料在約0T:和約6(TC之間具有基本上恒定的G'。17.如權利要求14所述的叉指型電子器件，其中，所述電絕緣層包括彈性體材料，該彈性體材料在lHz、23'C下具有約1Xl(^Pa和約9X105Pa之間的G'以及約0.01和約0.60之間的損耗因數。18.如權利要求14所述的叉指型電子器件，其中，所述電絕緣層包括彈性體材料，該彈性體材料是自復原的。19.如權利要求14所述的叉指型電子器件，進一步包括用于測量所述器件上的動態電響應的裝置。20.如權利要求1所述的叉指型電子器件，其中，所述器件是力激活開關或力傳感器。全文摘要一種叉指型電子器件，包括導體(210)、叉指型電極(220)和復合材料(230)，所述復合材料安置在所述導體和所述叉指型電極之間，用于在其之間施加足夠的壓力時電連接所述導體和所述叉指型電極。所述復合材料包括導電顆粒，其至少部分地嵌入在電絕緣層中。所述導電顆粒不具有相對取向并且被安置成使得在所述導體和所述叉指型電極之間實現的基本上所有電連接都處于z方向中。所述導體和所述叉指型電極中的至少一個可以朝向另一個移動。文檔編號H01H1/029GK101292312SQ200680036211公開日2008年10月22日申請日期2006年7月26日優先權日2005年7月29日發明者蘭吉特·迪維加爾皮蒂亞,陳培榮申請人:3M創新有限公司