触摸开关可用于智能手机和其他各种设备中。它们设计美观、使用方便,并且正在快速普及中。然而,它们很容易受到水和汗水的影响,并且在佩戴手套后基本无法使用。TDK目前正在研发的PiezoTap™是一款基于压电技术的压电开关,有望拓展触摸开关的潜力。

 

按钮开关——触摸开关面临的技术挑战

 

触摸开关(也称为触摸传感器)是一种人或物体与其接触时会激活的开关(传感器)。此类开关可代替机械按钮、改进产品设计并且简单易用,因而备受关注。

 

因为触摸开关在操作时不需要用力,只需轻轻触碰,所以通常应用于电灯、自动门和电梯。特别是电容式触摸开关,它能对屏幕触碰做出反应,近年来已被广泛应用于智能手机和平板电脑。电容式触摸开关通过检测指尖接近感应区域时电容的变化进行工作。

 

然而,电容式触摸开关存在着一个明显的缺点:易受水和汗水的影响,并且如果需要佩戴手套的话,需要使用专用的导电手套。使用普通手套,手指和感应区域之间的电容变化会变得难以检测,导致无法操控开关。此外,水或汗水还可能导致反应不稳定。由于紧凑型触控开关将会应用于可穿戴设备、户外产品以及可能会接触水的产品,因此亟需解决这类应用的问题。

 

基于压电效应的超紧凑、纤薄型压电开关解决方案

 

PiezoTap™是TDK公司正在开发的一款紧凑型、高灵敏度压电开关,可解决触摸开关无法用于佩戴手套和潮湿条件下的问题。PiezoTap是一款超紧凑、纤薄型压电开关,基于压电效应而非电容法。它使用压电元件将触碰产生的微小机械应力转化为电压,借助压电效应来检测压力,因此即使佩戴手套或在潮湿的环境中,也可以使用这款开关。通过将PiezoTap安装在密封设备的外壳内,过去无法安装触控开关的应用现在也能使用,大大拓展了产品设计的广度。

 

此外,PiezoTap的重量仅为0.046克,大小为7×7×0.2毫米,无论什么材质的外壳都可以安装。也无需在外壳上开孔即可安装,极大提高了需要使用小型触摸开关的产品的设计自由度。

 

预计该产品的应用范围将十分广泛,包括经常在户外使用的TWS(真正的无线耳机);可穿戴设备,如智能眼镜和智能手表;可能会接触水的产品,如冰箱、厨具、洗衣机、电动牙刷、浴室遥控器等;以及汽车仪表盘。

 

PiezoTap™的工作原理基于压电效应

 

PiezoTap工作原理示意图

 

压电效应是一种通过对压电元件(如石英晶体或某些类型的陶瓷)施加压力产生机械变形而产生电压的现象。压电元件可以检测到触碰产生的微小应力。

 

压电法和电容法的比较结果

 

压电法与电容法比较
  • 在干燥和潮湿条件下,裸露手指、佩戴兼容触摸屏的手套和佩戴不兼容触摸屏的手套三种情况产生错误结果的比较
  • 评估标准 确定:预期操作成功 失败:意外结果(例如,单次触碰被解读为长按)

 

一种具有发展前景的创新型压电开关

 

PiezoTap目前正在开发中,计划于2023年开始量产。

 

PiezoTap的开发人员之一,来自压电和保护器件事业部的田村 淳解释道。“我们预计,PiezoTap将不仅有助于实现小型且防水的可穿戴设备,如TWS、智能手表和智能眼镜,还可改进冰箱、洗衣机等家电产品的设计。虽然目前我们专注于消费类产品,但下一步我们希望可以拓展到汽车显示器和仪表板。”

 

TDK的PiezoTap是一款基于压电技术、开创性的超紧凑型压电开关,我们也将通过利用这款产品拓宽新产品设计和用户体验的可能性。

 

PiezoTap™压电开关

 

PiezoTap产品图片

 

是一款紧凑型、纤薄、高灵敏度(高输出电压)的压电开关,可安装在多种材料制成的外壳上,包括金属、塑料和玻璃。本产品目前正在开发中,规格如有更改,恕不另行通知。