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EP1050057B1 - Schaltelement in folienbauweise - Google Patents

Schaltelement in folienbauweise Download PDF

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Publication number
EP1050057B1
EP1050057B1 EP99906147A EP99906147A EP1050057B1 EP 1050057 B1 EP1050057 B1 EP 1050057B1 EP 99906147 A EP99906147 A EP 99906147A EP 99906147 A EP99906147 A EP 99906147A EP 1050057 B1 EP1050057 B1 EP 1050057B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switching element
layer
resistive material
point
sensor layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP99906147A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1050057A1 (de
Inventor
Karl Billen
Laurent Federspiel
Edgard Theiss
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IEE International Electronics and Engineering SA
Original Assignee
IEE International Electronics and Engineering SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IEE International Electronics and Engineering SA filed Critical IEE International Electronics and Engineering SA
Publication of EP1050057A1 publication Critical patent/EP1050057A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1050057B1 publication Critical patent/EP1050057B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C10/00—Adjustable resistors
    • H01C10/10—Adjustable resistors adjustable by mechanical pressure or force
    • H01C10/12—Adjustable resistors adjustable by mechanical pressure or force by changing surface pressure between resistive masses or resistive and conductive masses, e.g. pile type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H13/00—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch
    • H01H13/70—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch having a plurality of operating members associated with different sets of contacts, e.g. keyboard
    • H01H13/702—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch having a plurality of operating members associated with different sets of contacts, e.g. keyboard with contacts carried by or formed from layers in a multilayer structure, e.g. membrane switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2239/00—Miscellaneous
    • H01H2239/078—Variable resistance by variable contact area or point

Definitions

  • the present invention relates to a switching element in film construction, the when triggered generates a signal that is the size of the triggered area depends.
  • Such a switching element in film construction comprises a first carrier film which is a release layer made of a first resistance material, e.g. Graphite, is applied, and a second carrier film on which a sensor layer a second resistance material, e.g. a semiconductor material is.
  • the first resistance material and the second resistance material are matched to one another in such a way that when the triggering layer is contacted and the sensor layer the resistance of the interface between the Trigger layer and the sensor layer essentially by the expansion the contact area is determined.
  • the first carrier film and the second carrier film are of this type by means of spacers arranged at a certain distance from each other that the trigger layer and face the sensor layer and when not activated Switching element are not contacted.
  • Spacers arranged at a certain distance from each other that the trigger layer and face the sensor layer and when not activated Switching element are not contacted.
  • switching elements can be used, for example, as pressure sensors be used.
  • Such pressure sensors are inexpensive to manufacture and have become Practice proven to be extremely robust and reliable.
  • the trigger behavior or the dynamics of such pressure sensors for certain applications not suitable. While with the generally round sensors radial extent of the triggered area is essentially linear from the the switching element depends on the force exerted for the contact surface an essentially quadratic dependency. The resistance behavior of the sensor depending on the triggering force consequently has one of these quadratic dependence determined from what the sensors are for makes certain applications unsuitable.
  • the object of the present invention is therefore such a switching element to propose in foil construction that an adjustment of the triggering behavior to the respective purpose.
  • a switching element in Foil construction with a first carrier foil, on which a release layer a first resistance material is applied, the trigger layer has a first electrical connection, and a second carrier film a sensor layer made of a second resistance material is applied, wherein the sensor layer has a second electrical connection.
  • the first carrier film and the second carrier film are so in by spacers a certain distance apart that the release layer and face the sensor layer and when the switching element is not actuated are not in contact with each other while triggering the Switching element, the trigger layer and the sensor layer initially in one first point of their surface to be contacted and the contact surface increases with increasing pressure on the switching element.
  • the first Resistance material and the second resistance material are on top of each other matched that when contacting the trigger layer and the sensor layer the resistance of the interface between the trigger layer and the Sensor layer essentially determined by the size of the contact area becomes.
  • the sensor layer is designed such that it specific electrical resistance, starting from the first point, in Direction of increasing contact area with the distance from the The first point varies, that there is a predetermined triggering behavior of the switching element depending on the pressure force acting on the switching element results.
  • the triggering behavior of such a switching element is, in addition to the resistance the boundary layer between the trigger layer and the sensor layer, also due to the resistance in the sensor layer between the trigger point and the second electrical connection.
  • One at a trigger point electrical signal introduced into the sensor layer via the boundary layer e.g. an electrical voltage, in fact, must cross the resistance path drain between the trigger point and the second connection.
  • Resistance path can consequently be the voltage drop in the resistance path depending on the trigger point, so that the trigger behavior of the switching element can be linearized, for example.
  • switching element can consequently, with regard to its tripping behavior, i.e. its dynamics can be optimized for any application.
  • the one that varies specific resistance through targeted introduction of a third resistance material generated in the second resistance material, the specific Resistance of the third resistance material and the specific resistance of the second resistance material are different from each other, and wherein Concentration of the third resistance material at a distance from that first point varies.
  • the variation in resistivity can for example by introducing a low-resistance material, e.g. Silver, in a high-resistance semiconductor material take place, the specific resistance the sensor layer with increasing amount of the introduced material smaller becomes.
  • the variation can also be achieved by introducing a high-resistance Material in a layer made of low-resistance material.
  • the third resistance material is preferably in the form of local enclosures introduced into the second resistance material. This type of contribution enables a simple production of the sensor layer with a good one Check the concentration of the third resistance material in the sensor layer.
  • the dependence of the concentration of the third resistance material can, for example, by a certain spatial arrangement of Enclosures of the same extent or by regular spatial Arrangement of enclosures with different dimensions or through a combination of the two.
  • the second resistance material preferably has a semiconductor material and the third resistance material has a much lower resistance on as the second resistance material.
  • the semiconductor material can for example one used in the manufacture of film pressure sensors Include semiconductor ink with the required area effect at the interface to a release layer made of graphite can advantageously be brought about while the third resistance material comprises silver.
  • the specific resistance of the Sensor layer starting from the first point for example the center a round switching element, in the radial direction proportional to that Increase the distance to the first point.
  • the selected distance dimensions result from the desired sensor dynamics.
  • the enclosures are advantageously electrical from the second electrical Insulated connection. This prevents the switching element due to of inclusions that extend into the boundary layer between the trigger layer and extend the sensor layer, fully switched on and a pressure detection becomes impossible.
  • the enclosures are also on the release layer facing Side preferably completely covered by the second resistance material.
  • the cover layer made of second resistance material prevents on the one hand direct switching of the trigger layer to the enclosures, on the other hand, it serves as a protective layer against any mechanical Damage.
  • the triggering layer of the switching element can have a resistance material uniform resistivity. It is about in this case, for example, a graphite layer that is in a screen printing process can be easily manufactured.
  • the Trigger layer similar to the sensor layer i.e. the trigger layer has a specific resistance which, starting from the first point, in the direction of the increasing contact area with the distance varied from the first point.
  • the course of the specific resistance in the Triggering layer can be the course of the specific resistance in the Correspond to the sensor layer or have a completely different course.
  • Fig. 1 is a section through a round switching element in film construction shown that generates a signal when triggered, the size of the triggered area depends.
  • a Carrier film On a Carrier film is a release layer 12 made of a first resistance material, e.g. Graphite applied while a sensor layer on the other carrier film 14 made of a second resistance material, e.g. a semiconductor ink, as used in the production of film pressure sensors, which faces the release layer 12.
  • the trigger layer 12 and the sensor layer 14 each have an electrical connection at their edge 16, 18 on.
  • the resistance material of the trigger layer 12 and the resistance material the sensor layer are matched to one another in such a way that when contacting the trigger layer 12 and the sensor layer 14 the resistance of the Boundary layer between the trigger layer 12 and the sensor layer 14 in the is essentially determined by the extent of the contact area.
  • the two carrier foils 10 When the switching element is triggered, the two carrier foils 10 are countered their respective restoring force is compressed until the contacting the trigger layer 12 and the sensor layer 14 takes place. Contacting the The two layers are initially in the middle of the two layers take place, the contact surface with increasing force on the switching element extends radially outwards. Because the linear extent of the contact area grows substantially linearly with the force exerted, the grows The size of the contact surface is correspondingly square with the force. hereby in the case of a conventional switching element there is a tripping behavior at which the electrical resistance drops approximately quadratically with the force.
  • the switching element shown has a linearization of this tripping behavior Inclusions 20 of a third resistance material, wherein the third resistance material, e.g. Silver, a much lower specific Has resistance than the second resistance material.
  • the third resistance material e.g. Silver
  • the second resistance material e.g. Silver
  • FIGS. 2 and 3 show different distributions of the enclosures 20 shown, which also leads to a linearization of the triggering behavior of the Guide switching element.
  • the inclusions 20 are essentially arranged radially, the radial distance between two neighboring Inclusions is essentially consistent throughout the Inclusions 20 of the configuration of Figure 3 arranged on spiral tracks are. All distributions have in common that the amount of each in one Circular ring around the center of the material introduced with the distance from the Center decreases.
  • Trigger layer 12 similar to the sensor layer 14 inclusions 20.
  • the inclusions 20 are in the release layer 12 at other locations arranged with respect to the center of the switching element as the enclosures in the sensor layer 14. In this way, an even more complex Adjustment of the trigger behavior to a given task.
  • FIG. 5 shows a distribution of the enclosures 20 in which the Inclusions evenly distributed over the surface of the sensor layer 14 are.
  • Such a distribution of the confinement leads to a trigger behavior, which is very similar to conventional switching elements.
  • the low-resistance material into the sensor layer Influence of resistance fluctuations in the high-resistance second resistance material strongly on the specific resistance of the respective layer reduced. This can cause quality differences between different Switching elements in series production are largely avoided.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Push-Button Switches (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Seats For Vehicles (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltelement in Folienbauweise, das beim Auslösen ein Signal generiert, das von der Größe der ausgelösten Fläche abhängt.
Ein solches Schaltelement in Folienbauweise umfaßt eine erste Trägerfolie, auf der eine Auslöseschicht aus einem ersten Widerstandsmaterial, z.B. Graphit, aufgebracht ist, und einer zweiten Trägerfolie, auf der eine Sensorschicht aus einem zweiten Widerstandsmaterial, z.B. einem Halbleitermaterial, aufgebracht ist. Das erste Widerstandsmaterial und das zweite Widerstandsmaterial sind dabei derart aufeinander abgestimmt, daß bei der Kontaktierung der Auslöseschicht und der Sensorschicht der Widerstand der Grenzschicht zwischen der Auslöseschicht und der Sensorschicht im wesentlichen durch die Ausdehnung der Kontaktfläche bestimmt wird.
Die erste Trägerfolie und die zweite Trägerfolie sind durch Abstandhalter derart in einem gewissen Abstand zueinander angeordnet, daß sich die Auslöseschicht und die Sensorschicht gegenüberstehen und bei nicht betätigtem Schaltelement nicht miteinander kontaktiert sind. Bei der Auslösung oder Betätigung des Schaltelements werden die Auslöseschicht und die Sensorschicht gegen die Rückstellkraft der Trägerfolien aufeinander zubewegt und miteinander kontaktiert. Bei kleinen Auslösekräften werden die beiden Schichten in einem ersten Punkt ihrer Fläche miteinander kontaktiert, diese Kontaktfläche vergrößert sich bei zunehmendem Druck auf das Schaltelement.
Mißt man den elektrischen Widerstand des Schaltelementes, so erhält man eine Kenngröße, die direkt von der miteinander kontaktierten Fläche abhängt, und die, unter Einbeziehung der Rückstellkraft der Trägerfolien, Rückschlüsse auf die auf das Schaltelement wirkenden Auslösekräfte erlaubt. Aus diesem Grund können derartige Schaltelemente beispielsweise als Drucksensoren eingesetzt werden.
Derartige Drucksensoren sind kostengünstig herstellbar und haben sich in der Praxis als äußerst robust und zuverlässig erwiesen. Allerdings ist das Auslöseverhalten bzw. die Dynamik solcher Drucksensoren für bestimmte Anwendungen nicht geeignet. Während bei den im allgemeinen runden Sensoren die radiale Ausdehnung der ausgelösten Fläche im wesentlichen linear von der auf das Schaltelement ausgeübten Kraft abhängt, ergibt sich für die Kontaktfläche eine im wesentlichen quadratische Abhängigkeit. Das Widerstandsverhalten des Sensors in Abhängigkeit der Auslösekraft weist folglich einen von dieser quadratischen Abhängigkeit bestimmten Verlauf aus, was die Sensoren für bestimmte Anwendungen ungeeignet macht.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es folglich, ein derartiges Schaltelement in Folienbauweise vorzuschlagen, das eine Anpassung des Auslöseverhaltens an den jeweiligen Einsatzzweck ermöglicht.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Schaltelement in Folienbauweise, mit einer ersten Trägerfolie, auf der eine Auslöseschicht aus einem ersten Widerstandsmaterial aufgebracht ist, wobei die Auslöseschicht einen ersten elektrischen Anschluß aufweist, und einer zweiten Trägerfolie, auf der eine Sensorschicht aus einem zweiten Widerstandsmaterial aufgebracht ist, wobei die Sensorschicht einen zweiten elektrischen Anschluß aufweist. Die erste Trägerfolie und die zweite Trägerfolie sind durch Abstandhalter derart in einem gewissen Abstand zueinander angeordnet, daß sich die Auslöseschicht und die Sensorschicht gegenüberstehen und bei nicht betätigtem Schaltelement nicht miteinander kontaktiert sind, während bei der Auslösung des Schaltelements die Auslöseschicht und die Sensorschicht zunächst in einem ersten Punkt ihrer Fläche miteinander kontaktiert werden und sich die Kontaktfläche bei zunehmendem Druck auf das Schaltelement vergrößert. Das erste Widerstandsmaterial und das zweite Widerstandsmaterial sind derart aufeinander abgestimmt, daß bei der Kontaktierung der Auslöseschicht und der Sensorschicht der Widerstand der Grenzschicht zwischen der Auslöseschicht und der Sensorschicht im wesentlichen durch die Größe der Kontaktfläche bestimmt wird. Erfindungsgemäß ist die Sensorschicht derart ausgestaltet, daß ihr spezifischer elektrischer Widerstand, ausgehend von dem ersten Punkt, in Richtung der zunehmenden Kontaktfläche derart mit dem Abstand von dem ersten Punkt variiert, daß sich ein vorbestimmtes Auslöseverhalten des Schaltelements in Abhängigkeit der auf das Schaltelement wirkenden Druckkraft ergibt.
Das Auslöseverhalten eines solchen Schaltelementes wird, neben dem Widerstand der Grenzschicht zwischen der Auslöseschicht und der Sensorschicht, auch durch den Widerstand in der Sensorschicht zwischen der Auslösestelle und dem zweiten elektrischen Anschluß bestimmt. Ein an einer Auslösestelle über die Grenzschicht in die Sensorschicht eingebrachtes elektrisches Signal, z.B. eine elektrische Spannung, muß in der Tat über die Widerstandsstrecke zwischen der Auslösestelle und dem zweiten Anschluß abfließen.
Durch eine gezielte Variation des spezifischen Widerstandes über diese Widerstandsstrecke kann folglich der Spannungsabfall in der Widerstandsstrecke abhängig von der Auslösestelle beeinflußt werden, so daß das Auslöseverhalten des Schaltelementes beispielsweise linearisiert werden kann. Ein solches Schaltelement kann folglich, bezüglich seines Auslöseverhaltens, d.h. seiner Dynamik für jeden beliebigen Einsatzzweck, optimiert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Schaltelementes wird der variierende spezifische Widerstand durch gezieltes Einbringen eines dritten Widerstandsmaterials in das zweite Widerstandsmaterial erzeugt, wobei der spezifische Widerstand des dritten Widerstandsmaterials und der spezifische Widerstand des zweiten Widerstandsmaterials voneinander verschieden sind, und wobei Konzentration des dritten Widerstandsmaterials mit dem Abstand von dem ersten Punkt variiert. Die Variation des spezifischen Widerstandes kann beispielsweise durch Einbringen eines niederohmigen Materials, z.B. Silber, in ein hochohmiges Halbleitermaterial erfolgen, wobei der spezifische Widerstand der Sensorschicht mit steigender Menge des eingebrachten Materials kleiner wird. Umgekehrt kann die Variation auch durch Einbringen eines hochohmigen Materials in Schicht aus niederohmigen Material erfolgen.
Das dritte Widerstandsmaterial ist vorzugsweise in Form von lokalen Einschließungen in das zweite Widerstandsmaterial eingebracht. Diese Einbringungsart ermöglicht eine einfache Herstellung der Sensorschicht bei gleichzeitig guter Kontrolle der Konzentration des dritten Widerstandsmaterials in der Sensorschicht. Die Abhängigkeit der Konzentration des dritten Widerstandsmaterials kann dabei beispielsweise durch eine bestimmte räumliche Anordnung von Einschließungen gleicher Ausdehnung oder durch eine regelmäßige räumliche Anordnung von Einschließungen mit unterschiedlicher Ausdehnung oder durch eine Kombination der beiden erfolgen.
Das zweite Widerstandsmaterial weist vorzugsweise ein Halbleitermaterial auf und das dritte Widerstandsmaterial weist einen wesentlich geringeren Widerstand auf als das zweite Widerstandsmaterial. Das Halbleitermaterial kann beispielsweise eine bei der Herstellung von Foliendrucksensoren verwendete Halbleitertinte umfassen, mit der der erforderliche Flächeneffekt an der Grenzschicht zu einer Auslöseschicht aus Graphit vorteilhaft bewirkt werden kann, während das dritte Widerstandsmaterial Silber umfaßt.
Auf die oben beschriebene Weise kann der spezifische Widerstand der Sensorschicht ausgehend von dem ersten Punkt, beispielsweise den Zentrum eines runden Schaltelementes, in radialer Richtung proportional mit dem Abstand zum ersten Punkt ansteigen. Die gewählten Abstandsmaße resultieren aus der gewünschten Sensordynamik.
Die Einschließungen sind vorteilhaft elektrisch von dem zweiten elektrischen Anschluß isoliert. Hierdurch wird verhindert, daß das Schaltelement aufgrund von Einschließungen, die sich bis in die Grenzschicht zwischen Auslöseschicht und Sensorschicht hineinerstrecken, vollständig durchschaltet und eine Drukkerkennung unmöglich wird.
Die Einschließungen sind zudem auf der der Auslöseschicht zugewandten Seite vorzugsweise vollständig von dem zweiten Widerstandsmaterial überdeckt. Die Deckschicht aus zweitem Widerstandsmaterial verhindert einerseits ein direktes Durchschalten der Auslöseschicht auf die Einschließungen, andererseits dient sie als Schutzschicht gegen eventuelle mechanische Beschädigung.
Die Auslöseschicht des Schaltelementes kann ein Widerstandsmaterial mit einem gleichförmigen spezifischen Widerstand umfassen. Es handelt sich hierbei beispielsweise um eine Graphitschicht, die sich in einem Siebdruckverfahren leicht herstellen läßt. In einer alternativen Ausgestaltung kann die Auslöseschicht ähnlich wie die Sensorschicht aufgebaut sein, d.h. die Auslöseschicht weist einen spezifischen Widerstand auf, der, ausgehend von dem ersten Punkt, in Richtung der zunehmenden Kontaktfläche mit dem Abstand von dem ersten Punkt variiert. Der Verlauf des spezifischen Widerstands in der Auslöseschicht kann dabei dem Verlauf des spezifischen Widerstands in der Sensorschicht entsprechen oder einen völlig anderen Verlauf aufweisen.
Beschreibung anhand der Figuren
Im folgenden werden vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig.1:
einen Schnitt durch eine erste Ausgestaltung eines Schaltelements in Folienbauweise
Fig.2:
eine Ansicht einer alternativen Verteilung von Einschließungen in der Sensorschicht des Schaltelementes
Fig.3:
eine Ansicht einer weiteren Verteilung von Einschließungen in der Sensorschicht des Schaltelementes
Fig.4:
einen Schnitt durch eine zweite Ausgestaltung, in das auch die Auslöseschicht einen variierenden spezifischen Widerstand aufweist
Fig.5:
ein Schaltelement mit einem alternativen Auslöseverfahren.
In Fig. 1 ist ein Schnitt durch ein rundes Schaltelement in Folienbauweise dargestellt, das beim Auslösen ein Signal generiert, das von der Größe der ausgelösten Fläche abhängt.
Es umfaßt im wesentlichen zwei Trägerfolien 10, die mittels eines Abstandhaiters 11 in einem gewissen Abstand zueinander angeordnet sind. Auf einer Trägerfolie ist eine Auslöseschicht 12 aus einem ersten Widerstandsmaterial, z.B. Graphit aufgebracht, während auf der anderen Trägerfolie eine Sensorschicht 14 aus einem zweiten Widerstandsmaterial, z.B. einer Halbleitertinte, wie sie bei der Herstellung von Foliendrucksensoren verwendet wird, aufgebracht, die der Auslöseschicht 12 gegenübersteht. Die Auslöseschicht 12 und die Sensorschicht 14 weisen jeweils an ihrem Rand einen elektrischen Anschluß 16, 18 auf.
Das Widerstandsmaterial der Auslöseschicht 12 und das Widerstandsmaterial der Sensorschicht sind derart aufeinander abgestimmt, daß bei der Kontaktierung der Auslöseschicht 12 und der Sensorschicht 14 der Widerstand der Grenzschicht zwischen der Auslöseschicht 12 und der Sensorschicht 14 im wesentlichen durch die Ausdehnung der Kontaktfläche bestimmt wird.
Beim Auslösen des Schaltelementes werden die beiden Trägerfolien 10 gegen ihre jeweilige Rückstellkraft soweit zusammengedrückt, bis die Kontaktierung der Auslöseschicht 12 und der Sensorschicht 14 erfolgt. Die Kontaktierung der beiden Schichten wird dabei zunächst in der Mitte der beiden Schichten erfolgen, wobei sich die Kontaktfläche mit zunehmender Kraft auf das Schaltelement radial nach außen ausdehnt. Da die lineare Ausdehnung der Kontaktfläche im wesentlichen linear mit der ausgeübten Kraft anwächst, wächst die Größe der Kontaktfläche entsprechend quadratisch mit der Kraft an. Hierdurch ergibt sich bei einem herkömmlichen Schaltelement ein Auslöseverhalten, bei dem der elektrische Widerstand etwa quadratisch mit der Kraft abfällt.
Zur Linearisierung dieses Auslöseverhaltens weist das dargestellte Schaltelement Einschließungen 20 eines dritten Widerstandsmaterials auf, wobei das dritte Widerstandsmaterial, z.B. Silber, einen wesentlich geringeren spezifischen Widerstand aufweist als das zweite Widerstandsmaterial. Durch eine geeignete Verteilung der Einschließungen 20 kann der spezifische Widerstand der Sensorschicht 14 derart mit dem Abstand von dem Mittelpunkt des Schaltelements verändert werden, daß das oben beschriebene nicht-lineare Auslöseverhalten ausgeglichen wird. In der dargestellten Ausführung sind die Einschließungen 20 z.B. in Ringen um das Zentrum des Schaltelementes angeordnet, wobei der Abstand zwischen zwei benachbarten Ringen nach außen hin zunimmt.
Beim Auslösen des Schaltelementes wird eine elektrische Spannung, die an dem Anschluß 16 der Auslöseschicht 12 anliegt, über die Grenzschicht auf die Sensorschicht 14 übertragen. Diese Spannung liegt dann im wesentlichen zwischen, dem Rand der Kontaktfläche und dem Anschluß 18 der Sensorschicht 14 an, das Signal muß folglich in der Sensorschicht 14 die Widerstandsstrecke zwischen diesen Punkten durchlaufen. Durch Variation des spezifischen Widerstandes der Sensorschicht 14 ist der Widerstand dieser Widerstandsstrecke stark abhängig von der Ausdehnung der Kontaktfläche, so daß das oben angesprochene Auslöseverhalten weitgehend linearisiert werden kann.
Es ist hierbei anzumerken, daß alternativ zu einem linearen Auslöseverhalten, bei dem der elektrische Widerstand des Schaltelementes proportional zu der auf das Schaltelement ausgeübten Kraft ist, durch eine geeignete Anordnung der Einschließungen 20 im Prinzip jede beliebige Abhängigkeit ermöglicht wird.
In Fig.2 und Fig.3 sind verschiedene Verteilungen der Einschließungen 20 dargestellt, die ebenfalls zu einer Linearisierung des Auslöseverhaltens des Schaltelementes führen. In Fig.2 sind die Einschließungen 20 im wesentlichen strahlenförmig angeordnet, wobei der radiale Abstand zwischen zwei benachbarten Einschließungen im wesentlichen gleichbleibend ist, während die Einschließungen 20 der Ausgestaltung der Fig.3 auf Spiralbahnen angeordnet sind. Allen Verteilungen gemeinsam ist, daß die Menge des jeweils in einem Kreisring um das Zentrum eingebrachten Materials mit dem Abstand vom Zentrum abnimmt.
Bei der in Fig.4 dargestellten Ausgestaltung des Schaltelementes weist die Auslöseschicht 12 ähnlich wie die Sensorschicht 14 Einschließungen 20 auf. Dabei sind die Einschließungen 20 in der Auslöseschicht 12 an anderen Stellen bezüglich des Zentrums des Schaltelementes angeordnet als die Einschließungen in der Sensorschicht 14. Auf diese Weise kann eine noch komplexere Anpassung des Auslöseverhaltens an eine gegebene Aufgabe erfolgen.
In Fig.5 ist eine Verteilung der Einschließungen 20 dargestellt, bei der die Einschließungen gleichmäßig über die Fläche der Sensorschicht 14 verteilt sind. Eine solche Verteilung der Einschließung führt zu einem Auslöseverhalten, das dem konventioneller Schaltelemente sehr ähnlich ist. Allerdings wird durch das Einbringen des niederohmigen Materials in die Sensorschicht der Einfluß von Widerstandsschwankungen in dem hochohmigen zweiten Widerstandsmaterial auf den spezifischen Widerstand der jeweiligen Schicht stark verringert. Hierdurch können Qualitätsunterschiede zwischen verschiedenen Schaltelementen bei der Serienherstellung weitestgehend vermieden werden.

Claims (10)

  1. Schaltelement in Folienbauweise, mit
    einer ersten Trägerfolie (10), auf der eine Auslöseschicht (12) aus einem ersten Widerstandsmaterial aufgebracht ist, wobei die Auslöseschicht (12) einen ersten elektrischen Anschluß (16) aufweist,
    einer zweiten Trägerfolie (10), auf der eine Sensorschicht (14) aus einem zweiten Widerstandsmaterial aufgebracht ist, wobei die Sensorschicht (14) einen zweiten elektrischen Anschluß (18) aufweist,
    wobei die erste Trägerfolie und die zweite Trägerfolle durch Abstandhalter (11) derart in einem gewissen Abstand zueinander angeordnet sind, daß sich die Auslöseschicht (12) und die Sensorschicht (14) gegenüberstehen und bei nicht betätigtem Schaltelement nicht miteinander kontaktiert sind,
    wobei das erste Widerstandsmateriai und das zweite Widerstandsmaterial derart aufeinander abgestimmt sind, daß bei der Kontaktierung der Auslöseschicht (12) und der Sensorschicht (14) der Widerstand der Grenzschicht zwischen der Auslöseschicht (12) und der Sensorschicht (14) im wesentlichen durch die Größe der Kontaktfläche bestimmt wird, und
    wobei bei der Auslösung des Schaltelements, die Ausidseschicht und die Sensorschicht zunächst in einem ersten Punkt ihrer Fläche miteinander kontaktiert werden und sich die Kontaktfläche bei zunehmendem Druck auf das Schaltelement vergrößert,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Sensorschicht (14) derart ausgestaltet ist, daß ihr spezifischer elektrischer Widerstand, ausgehend von dem ersten Punkt, in Richtung der zunehmenden Kontaktfläche derart mit dem Abstand von dem ersten Punkt variiert, daß sich ein vorbestimmtes Auslöseverhalten des Schaltelements in Abhängigkeit der auf das Schaltelement wirkenden Druckkraft ergibt.
  2. Schaitelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der variierende spezifische Widerstand durch gezieltes Einbringen eines dritten Widerstandsmaterials in das zweite Widerstandsmaterial erzeugt wird, wobei der spezifische Widerstand des dritten Widerstandsmaterials und der spezifische Widerstand des zweiten Widerstandsmaterials voneinander verschieden sind und, wobei Konzentration des dritten Widerstandsmaterials mit dem Abstand von dem ersten Punkt variiert.
  3. Schaltelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Widerstandsmaterial in Form von lokalen Einschließungen (20) in das zweite Widerstandsmaterial eingebracht ist.
  4. Schaltelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung der lokalen Einschließungen (20) in dem zweiten Widerstandsmaterial mit dem Abstand von dem ersten Punkt variiert.
  5. Schaltelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung der lokalen Einschließungen (20) mit dem Abstand von dem ersten Punkt variiert.
  6. Schaltelement nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Widerstandsmaterial ein Halbleitermaterial aufweist und daß das dritte Widerstandsmaterial einen wesentlich geringeren Widerstand aufweist als das zweite Widerstandsmaterial.
  7. Schaltelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand der Sensorschicht in radialer Richtung mit dem Abstand zum ersten Punkt ansteigt.
  8. Schaltelement nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschließungen (20) elektrisch von dem zweiten elektrischen Anschluß isoliert sind.
  9. Schaltelement nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschließungen (20) auf der der Auslöseschicht (12) zugewandten Seite vollständig von dem zweiten Widerstandsmaterial überdeckt sind.
  10. Schaltelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöseschicht (12) einen spezifischen Widerstand aufweist, der, ausgehend von dem ersten Punkt, in Richtung der zunehmenden Kontaktfläche mit dem Abstand von dem ersten Punkt variiert.
EP99906147A 1998-01-21 1999-01-18 Schaltelement in folienbauweise Expired - Lifetime EP1050057B1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LU90200 1998-01-21
LU90200A LU90200B1 (de) 1998-01-21 1998-01-21 Schaltelement in Folienbauweise
PCT/EP1999/000260 WO1999038179A1 (de) 1998-01-21 1999-01-18 Schaltelement in folienbauweise

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP1050057A1 EP1050057A1 (de) 2000-11-08
EP1050057B1 true EP1050057B1 (de) 2002-03-13

Family

ID=19731734

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP99906147A Expired - Lifetime EP1050057B1 (de) 1998-01-21 1999-01-18 Schaltelement in folienbauweise

Country Status (7)

Country Link
US (2) US6429668B1 (de)
EP (1) EP1050057B1 (de)
JP (1) JP2002502082A (de)
DE (1) DE59900979D1 (de)
ES (1) ES2172305T3 (de)
LU (1) LU90200B1 (de)
WO (1) WO1999038179A1 (de)

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