防水按钮设备、包括按钮设备的输入设备以及电子装置的制作方法

本公开涉及一种防水mems(微机电系统)按钮设备、包括该mems按钮设备的输入设备，以及电子装置。具体地，下文中参考按钮，该按钮可以由用户操作以生成由电子装置用于其操作的电信号。

背景技术：

众所周知，用于便携式电子装置(诸如智能电话和智能手表)的输入设备(诸如键、按钮或开关)通常是使得用户能够向便携式电子装置提供信号的物理触摸元件。比如，当处于待机模式时，施加在智能电话的按钮上的压力使得用户能够重新激活其屏幕。

已知输入设备包括应变传感器，其利用不同的物理原理来检测由用户所发布的命令。例如，已知应变传感器是压阻传感器，其通过由在输入设备本身上施加外力(例如，按钮上的压力)引起的电阻变化来检测用户命令。

当前，越来越希望输入设备不渗透流体(通常为水)，以防止便携式电子装置由于流体的浸润而发生故障，或例如在进行水上运动时使得该装置能够在水下使用。

为此，现有防水输入设备提供有在便携式电子装置的组装期间集成的密封元件(例如，o形环)，其防止水进入便携式电子装置。

在美国专利us2015/0092345a1中对包括o形环的输入设备的示例进行了描述。

在美国专利us2016/0225551a1中对已知输入设备的另一示例进行了描述，该专利公开了一种便携式电子装置，其包括物理按钮作为输入设备。此处，按钮包括可以在便携式电子装置的壳体中移动的帽、耦合到该帽的柔性元件以及耦合到该柔性元件的应力传感器。使用中，外力(例如，由于用户的手指在帽上施加的压力)使柔性元件偏转，从而在应力传感器中生成对应应力，该对应应力生成电信号、并且将其供应给处理元件。

技术实现要素：

本公开的一个或多个实施例克服了现有技术的缺点中的一个或多个缺点。

根据本公开，提供了按钮设备、输入设备以及电子装置。

附图说明

为了更好地理解本公开，现在，参照附图仅仅通过非限制性示例对其实施例进行描述，其中：

图1示出了安装在便携式电子装置中的本输入设备的简化结构的横截面；

图2示出了图1的包括mems传感器的输入设备的更详细的横截面；

图3示意性示出了处于静止条件下的图2的mems传感器的结构的顶视图；

图4示意性示出了处于受力位置的输入设备的一部分的截面图；

图5是与图3的顶视图类似的顶视图，其图示了处于图4的应力条件下的mems传感器的结构；

图6是根据实施例的用于处理由图2的输入设备所提供的信号的电路的简化框图；

图7是根据另一实施例的处于静止位置的图2的mems传感器的结构的示意性顶视图；

图8是根据本发明另一实施例的本输入设备和信号处理电路的简化框图；

图9是可以与图6的输入设备一起使用的参考振荡电路的结构的顶视图；

图10是可以与图6的输入设备一起使用的不同的振荡电路的结构的顶视图；以及

图11示出了便携式电子装置和本输入设备的另一实施例。

具体实施方式

本发明人认识到，在便携式装置中，期望输入设备呈现预先定义的行程和在时间上耐久的防水性，以及较小的尺寸。

然而，便携式电子装置的小型化发展趋势经常与现有输入设备的防水组件不兼容；例如，现有o形环的尺寸不可忽略，其可以干扰小型化要求。为了兼顾防水和小尺寸，用于便携式电子装置的已知电流输入设备的制造和组装均较为复杂。

另外，现有密封元件例如由于输入设备的重复应力而遭受磨损以及老化，从而降低了密封元件的防水能力。

更进一步地，已知输入设备的功耗水平通常较高，这会显著减少便携式电子装置的电池寿命。

本公开涉及一种mems(微机电系统)按钮设备、包括mems按钮设备的输入设备以及电子装置。具体地，下文中参考按钮，该按钮可以由用户操作以生成由电子装置用于其操作的电信号。

图1示出了包括封壳2的便携式电子装置1的一部分。比如，封壳2通过由例如由铝制成的便携式电子装置1的壳体中的底座构成，并且封壳2容纳输入设备3(其在图1中由具有虚线轮廓的框表示)。

在一些实施例中，在封壳2的区域中，便携式电子装置1具有壁5，该壁5具有彼此相对的第一表面5a和第二表面5b，并且具有腔体4，该腔体4被配置为容纳mems设备6。

壁5包括可变形部分7，该可变形部分在腔4上延伸、并且形成膜9，该膜9具有面向腔体4的膜表面9a。壁5的厚度较小，从而具有高柔性以及对作用在可变形部分7上外力的f的良好灵敏性。

腔体4(例如，具有平行六面体形状或圆柱形状)具有由膜表面9a形成的第一基底表面、平行于第一表面5a和第二表面5b延伸的第二基底表面(也称为基底表面5c)以及侧表面5d。第一板15在腔体4内大致平行于第一表面5a和第二表面5b延伸，第一板15被固定到侧表面5d，并且将腔体4本身分为与膜表面9a相邻的第一腔体部分4a以及与基底表面5c相邻的第二腔体部分4b。

mems设备6被容纳在第一腔体部分4a中，并且通过粘合剂层11(例如，胶水或芯片附着膜daf)胶合到膜9的膜表面9a。

第一板15形成柔性材料(例如，通常用于印刷电路板的材料，诸如kapton、聚酰亚胺、或pvc)的连接结构13的一部分，该连接结构13被布置在腔体4中，并且物理和电耦合到mems设备6。另外，连接结构13包括第二板17，该第二板17被容纳在第一腔体部分4a中，并且在mems设备6未耦合到膜表面9a的一侧上固定到mems设备6；以及连接器19，其将第一板15和第二板17物理和电连接。第一板15例如也由通常用于印刷电路板但更坚硬的材料(例如，fr4玻璃增强环氧层压材料)制成，可以容纳多个电子部件(未示出)，该多个电子部件通过穿过板15、17的导电路径以及在连接器19中的导电路径(未示出)电耦合到mems设备6。

图2更详细地示出了输入设备3。

在一些实施例中，mems设备6包括：支撑基板20；mems传感器30，例如，电容应变传感器；以及处理电路32，例如，asic(专用集成电路)。

支撑基板20具有彼此相对的顶部表面20a和底部表面20b(其中“顶部”和“底部”是指图2所示的布置)。mems传感器30和处理电路32被制造为单独设备，每个单独设备被集成在相应半导体材料管芯中，并且分别通过第一绝缘层21和第二绝缘层23固定到支撑基板20的顶部表面20a。

在一些实施例中，支撑基板20是例如lga(岸面栅格阵列)类型的多层印刷电路板，其包括导电材料(例如，铜cu或铝al)制成的层或互连通孔(未示出)，并且支撑基板20被嵌入由介电材料(例如，氧化硅sio2)制成的绝缘层(未示出)中。

支撑基板20承载由导电材料(例如，铜或铝)制成的第一连接焊盘25，该第一连接焊盘25在底部表面20b上延伸，并且将支撑基板20电耦合到第二板17。

mems传感器30包括有源部分33，其耦合到第一绝缘层21；以及帽35，其通过胶合层34结合到有源部分33。

有源部分33包括体部36、mems结构42以及壁区域45。

体部36由外延基板37形成，该外延基板由半导体材料(例如，硅)制成，在该外延基板37上，延伸有例如由氧化硅(sio2)制成的第一绝缘层38，该第一绝缘层38容纳例如由多晶硅制成的连接区域40，该连接区域40电耦合到连接结构13的导电路径(未示出)。

mems结构42以下文所描述的方式耦合到导电区域40，并且被配置为从导电区域40接收偏置电压。

壁区域45包围mems结构42，并且壁区域45通过例如由氧化硅制成的第二绝缘层44固定到导电区域40，并且被固定到第一绝缘层38。

帽35例如由诸如硅的半导体材料制成，并且帽35与壁区域45一起限定容纳mems结构42的mems腔体48。

由导电材料制成的第一焊盘52在体部36的与导电区域40电接触的部分上延伸。第一焊盘52被接线到由导电材料制成的第二焊盘54，该第二焊盘54在处理电路32上延伸以将mems结构42电耦合到处理电路32。

由导电材料制成的第三焊盘56在处理电路32上延伸，并且被电接线到第二连接焊盘60，该第二连接焊盘60在基板25的顶部表面25a上延伸，并且继而以未示出的方式电耦合到第一接触焊盘25。

例如由树脂制成的密封质量块61包围并且嵌入mems传感器30和处理电路32，以保护除了帽35的顶部表面之外的mems传感器30和处理电路32不受外部环境的影响，该顶部表面与粘合剂层11接触，并且因此操作地和动态地耦合到膜9。

图3示出了mems结构42的实施例。

mems结构42包括悬置结构62，该悬置结构62由梁65、第一臂63和第二臂64形成，并且经由第一锚固件67和第二锚固件69锚固到外延基板37(图2)。

具体地，此处，梁65平行于笛卡尔坐标系xyz的第二轴线x延伸并且具有质心轴线o，该质心轴线o平行于笛卡尔坐标系xyz的第一轴线z。

第一臂63和第二臂64在平行于笛卡尔坐标系xyz的第三轴线y的、横向于梁65的方向上延伸，并且在第一臂63的第一端和第二臂64的第二端处分别利用第一锚固件67和第二锚固件69，与相对于设置在距梁65的质心轴线o一定距离处的两个点具有刚性。在一些实施例中，臂63、65彼此相等，即，它们具有相同的尺寸(在一些实施例中，沿着第三轴线y的长度l相同)和相同的重量，从质心轴线o延伸的距离dbr相同，并且以对称的方式与相应锚固件67、69锚固。因此，悬置结构62相对于质心轴线o具有180°的旋转对称性，并且这也构成了悬置结构62的旋转轴线。

锚固件67、69被固定到导电区域40的相应部分，以用于偏置悬置结构62。

梁65包括第一半梁65a和第二半梁65b，并且在静止条件(图3)下，梁65沿着垂直于质心轴线o的静止轴线a延伸。

mems结构42还包括由导电材料(例如，硅)制成的第一电极70a、第二电极70b、第三电极72a和第四电极72b，该第一电极70a、第二电极70b、第三电极72a和第四电极72b分别电容耦合到第一半梁65a和第二半梁65b，mems结构42由外延基板37承载，并且耦合到相应导电区域40。

详细地，第一电极70a和第二电极70b被布置在第一半梁65a的相对侧上，而第三电极72a和第四电极72b布置在第二半梁65b的相对侧上。在静止处，电极70a、70b、72a和72b平行于梁65延伸。

将梁65在静止条件下面向第一电极70a和第二电极70b的部分的质心(第一部分质心m1)表示为m1，将梁65面向第三电极72a和第四电极72b的部分的质心(第二部分质心m2)表示为m2，将电极70a、70b、72a、72b面向梁65的表面的中心表示为me1-me4，将在部分质心m1与第一电极70a的表面中心me1之间的距离和在部分质心m2与第四电极72b的表面中心me4之间的距离表示为d1，并且将处于静止条件(图3)下的在部分质心m1与第二电极70b的表面中心me2之间的距离和在部分质心m2与第三电极72a的表面中心me3之间的距离表示为d2，其中d1＝d2＝d。

实际上，电极70a、70b、72a和72b与梁65一起相应地形成具有电容c1、c2、c3和c4的第一电容器73-1、第二电容器73-2、第三电容器73-3和第四电容器73-4的板，其中第一电容器73-1和第四电容器73-4并联、并且具有第一等效电容ce1，而第二电容器73-2和第三电容器73-3并联、并且具有第二等效电容ce2。

在使用中，通过导电区域40，电极70a、70b、72a和72b以及梁65以相应偏置电压偏置。例如，电极70a、70b、72a和72b在第一dc电压v1处被偏置为值在0.7v和1v之间。

另外，梁65在第二电压v2处被偏置，该第二电压v2具有例如在0.7v与1v之间的dc分量vdc和例如在0.7v与1v之间切换的方波ac分量vac。

作为电极70a、70b、72a、72b和梁65被偏置的结果，梁65遭受总静电力fel，该总静电力由第一静电力fel1(作用在梁65与第一电极70a和第四电极72b之间的力)和第二静电力fel2(作用在梁65与第二电极70b和第三电极72a之间的力)的总和给出。如上文所指示的，在静止条件下，第一距离d1和第二距离d2彼此相同；因此，电容c1、c2、c3、c4彼此相同，等效电容ce1、ce2也相同，并且静电力fel1、fel2也彼此相同。

当外力f作用在便携式电子装置1的可变形部分7上时(图4)，膜9与mems设备6的其余部分一起(以及在一些实施例中与密封质量块61、帽35、以及mems传感器30的有源部分33一起)，以及与基本上作为单个体部操作的第二板17一起朝向腔体4的内侧偏转。mems设备6的变形导致在锚固件67、69上生成拉力ft，锚固件67、69因此趋于与臂63，64一起相对于质心轴线o位移。由于臂63、64偏心固定到梁65，所以生成力的扭矩，该扭矩导致梁65本身的变形和旋转，在此处为围绕质心轴线(旋转轴线)o在逆时针方向上旋转。

参考图5，梁65围绕质心轴线o的旋转确定了梁65相对于电极70a、70b、72a、72b的位置变化。在一些实施例中，在沿图5所示的逆时针方向旋转的情况下，梁65朝向第一电极70a和第四电极72b移动，并且远离第二电极70b和第三电极72a移动。

在一些实施例中，将第一质心m1和第二质心m2相对于静止位置(图3)的位移表示为δy，在第一质心m1与第一电极70a的表面中心me1之间的距离(以及第二质心m2与第四电极72b的表面中心me4之间的距离)变为d1-δy；同样，在第一质心m1与第二电极70b的表面中心me2之间的距离(以及第二质心m2与第三电极72a的表面中心me3之间的距离)变为d2+δy。

应当指出，在该步骤中，固定电极70a、70b、72a、72b也会少许位移，但这种位移的幅度通过机械杠杆(梁65–臂63和64)的放大因子而得以降低，因此可以忽略不计。而且，对于所有电极(70a、70b、72a、72b)，所述位移幅度(距离的额外变化)相同；假定如下文所讨论的，进行电容性差分读取，则所述变化不会影响有用输出信号。可能的二阶效应(诸如根据负载的灵敏度变化(非线性因子))也通过机械放大因子而得以倍减。

因此，等效电容ce1、ce2和静电力fel1、fel2不再相同。在一些实施例中，第一等效电容ce1和第一静电力fel1增加，而第二等效电容ce2和第二静电力fel2减小。

因此，mems传感器30生成第一电容信号sc1和第二电容信号sc2，其分别指示第一等效电容ce1和第二等效电容ce2的变化，然后第一电容信号sc1和第二电容信号sc2被传输给处理电路32。

mems传感器30和处理电路32在图6的框图中分别被示意性地表示为mems块30和asic块32。

详细地，asic块32包括输入级84，在一些实施例中为电容-电压转换器，其被配置为接收第一电容信号sc1和第二电容信号sc2以及生成输出信号sv(例如，电压信号)，该输出信号sv与电容变化δc成比例，该电容变化δc等于在等效电容ce1与ce2之间的差。

为此，将由于拉力ft而导致的锚固件67、69的位移表示为δl，

δl＝εyl(1)，

其中εy是拉伸变形系数，l是如先前所描述的和在图3中所示的臂63、64的长度。另一方面，在位移δl与作用在便携式电子装置1的可变形部分7上的外力f之间的关系复杂，并且例如可以在fea(“有限元分析”)类型模拟的基础上被确定。

因此，如下文所描述的，可以确定电容变化。第一质心m1和第二质心m2相对于静止位置(图3)的位移δy通过以下等式与δl关联：

其中d是在质心轴线o与第一质心m1之间的距离(以及在质心轴线o与第二质心m2之间的距离)，δl具有关于等式(3)所指示的含义，并且如先前所描述的以及如在图3中所示的，dbr是在臂63、64与质心轴线o之间的距离。

因此，称为在等效电容ce1、ce2之差的电容变化δc被定义如下：

其中ε是介电常数，a是电极70、72的面积，d和δy具有上文所指示的含义。而且，证实了电容变化δc与施加在便携式电子装置1的可变形部分7上的外力f成线性比例。

asic块82还包括模数转换级(adc)86，其被配置为从输入级84接收输出信号sv；以及温度传感器88，其耦合到模数转换级86，并且向模数转换级86供应相对于输入设备3在其中操作的热条件的温度信号st。在输出信号sv和温度信号st的基础上，转换级86以本身已知的方式生成经温度补偿的数字信号sd。

asic块32还包括滤波级90，例如，低通数字滤波器(lpf)，其被配置为接收和滤波由转换级86所生成的数字信号sd，以生成传输到与该装置1相关联的其他设备(例如，传输到由第一板15(图1)所承载的电子部件)的经滤波的信号sf。

mems块30和asic块32还耦合到额外电子部件(在图6中示意性地表示)，诸如电压和电流生成单元92、ftp(几次可编程)存储器94、振荡器元件96、定时发生器98以及中断发生器100。

图7示出了本输入设备的mems结构的另一实施例。详细地，图7示出了mems结构142，其具有与图3至图5所示的mems结构42相似的一般结构，与图3至图5所示出和描述的部分类似的部分在图7中由相同的附图标记指定，并且进行简要描述。

详细地，mems结构142包括梁65以及固定到锚固件67、69的臂63、64。而且，mems结构142包括第一框架结构154和第二框架结构155，其例如具有四边形(例如，矩形)形状，并且相对于梁65(在一些实施例中，分别与第一半梁65a和第二半梁65b)具有刚性。在一些实施例中，框架结构154、155包括在一些实施例中垂直于梁65的横向侧156和与梁65平行的纵向侧157。框架结构154、155包围第一半梁65a和第二半梁65b的相应端，并且限定了第一开口160a、第二开口160b、第三开口162a和第四开口162b，该第一开口160a、第二开口160b、第三开口162a和第四开口162b具有四边形(例如，矩形)形状并且包围第一电极70a、第二电极70b、第三电极72a和第四电极72b。

图7的mems结构142还包括四个电极170a、170b、172a和172b，以下称为第五电极170a、第六电极170b、第七电极172a和第八电极172b。额外电极各自沿着、并且且平行于分别面向框架结构154、155的纵向侧157的第一电极70a、第二电极70b、第三电极72a和第四电极72b在相应开口160a、160b、162a、162b中延伸。

分别面向第五电极170a和第八电极172b的纵向侧157例如被布置在与所述电极相距第二距离d2处；同样，分别面向第六电极170b和第七电极172a的纵向侧157例如被布置在与所述电极相距第一距离d1处。

在使用中，额外电极170、172在第一dc偏置电压v1处被偏置。而且，梁65和框架结构154、155在第二电压v2处被偏置。

作为额外电极170a、170b、172a、172b和框架结构154、155被偏置的结果，mems结构142经受额外总静电力fel'，其又增加到第一总静电力fel。

额外电极170a、170b、172a、172b与框架结构154、155的纵向侧157一起形成相对于电容器73-1、73-2、73-3和73-4平行布置的额外电容器的板。因此，相应电容相加，并且此处的mems结构142的电容高于图3的mems结构42的电容。

mems结构142以与已经参照图3至图5所描述的方式类似的方式操作。

图8至图10示出了谐振电容类型的mems设备206，其中在谐振频率变化的基础上确定电容变化。

参考图8，mems设备206包括mems块230以及连接到mems块230的asic块232。

mems模块230包括参考振荡电路290，其生成参考驱动信号sref；以及测量振荡电路292，其生成测量驱动信号smems，所述信号指示相应谐振频率fr1、fr2。振荡电路290、292分别由包括振荡元件294、296和驱动级316、318(包括相应电流-电压转换级，其中增益为gm)的自维持谐振回路(正反馈)形成，驱动级316、318连接到相应振荡元件294，296。

详细地，每个振荡元件294、296包括相应移动质量块300、302，其电容耦合到相应驱动电极304、306和相应感测电极308、310，如在图9和图10中所详细示出的并且如下文所进一步讨论的。

以本身已知的方式(例如，通过简单逆变器形成皮尔斯振荡器的方式)提供的驱动级316、318从感测电极308、310接收相应输出信号sout1、sout2，该相应输出信号sout1、sout2与以下项相关：在感测电极308、310与相应移动质量块300、302之间形成的电容器的电容变化；由于移动质量块300、302自身的谐振振荡引起的变化；以及由于外力f而导致的包括mems设备206的变形在内的其他可能干扰(如下文所详细讨论的)。

因此，驱动级316、318生成驱动信号sref、smems(在一些实施例中，在平衡处具有频率分别等于相应振荡电路290、292的谐振频率fr1、fr2的ac电压)，然后，将它们供应给相应驱动电极304、306，以使相应移动质量块300、302(被偏置为dc电压vdc1，vdc2)以其固有谐振频率振动。

图9和图10分别示出了图8的mems块230的参考振荡元件294和测量振荡元件296。

在一些实施例中，在图9中，参考振荡元件294是例如剪式千斤顶型电路，并且具有与欧洲专利号ep3407492中描述的结构类似的结构。

此处，参考振荡元件294的移动质量块300(下文也称为参考移动质量块300)具有与第一谐振频率fr1相等的谐振频率，并且包括第一参考柔性臂350和第二参考柔性臂352，该第一参考柔性臂350和第二参考柔性臂352彼此平行并且与第二轴线x平行；第一参考连接臂354和第二参考连接臂356，该第一参考连接臂354和第二参考连接臂356平行于第三轴线y延伸并且将参考柔性臂350、352的端部连接在一起；以及参考锚固臂360，该参考锚固臂360在第一参考柔性臂350与第二参考柔性臂352之间平行于第三轴线y延伸，并且在其中心区域处连接到参考连接臂354、356。参考锚固臂360在中心处锚固到中心锚固件370，该中心锚固件370被布置在第一振荡元件294的质心o'处，并且被固定到图2的mems传感器42的导电区域40中的一个导电区域。

参考移动质量块300的结构限定了第一参考窗口380和第二参考窗口382，该第一参考窗口380和第二参考窗口382具有四边形(例如，矩形)形状，该四边形形状分别由以下项界定：第一参考柔性臂350和第二参考柔性臂352，第一参考连接臂354和第二参考连接臂356的相应部分，以及由参考锚固臂360。

参考振荡元件294的驱动电极304包括第一参考驱动电极400和第二参考驱动电极402，其分别面向第一参考柔性臂350和第二参考柔性臂352并且与之平行。

此处，参考感测电极306包括第一参考测量电极404和第二参考测量电极406，其分别面向第一参考柔性臂350和第二参考柔性臂352并且与之平行，并且第一参考测量电极404和第二参考测量电极406分别布置在第一参考窗口380和第二参考窗口382中。

在静止处，并且在没有偏置的情况下，参考柔性臂350、352被设置为与参考测量电极404、406相距相同的参考距离d3，并且与之并联形成具有总参考电容cr的两个电容器。

在使用中，在驱动参考电极400、402与参考移动质量块300之间施加交流偏置电压，导致参考柔性臂350、352在第一谐振频率fr1处沿着第三轴线y以相反相位和相反方向发生柔性变形。参考柔性臂350、352相对于参考测量电极404，406的后续接近/凹进导致总参考电容cr发生变化并且生成对应第一输出信号sout1。

参照图10，测量振荡元件296在此处是对外力灵敏的具有双锚固件的双端音叉型电路。

在图10中，测量振荡元件296的移动质量块302(下文还称为移动测量质量块302)具有等于第二谐振频率fr2的谐振频率，并且包括：第一测量柔性臂410和第二测量柔性臂412，该第一测量柔性臂410和第二测量柔性臂412平行于第二轴线x延伸；第一测量连接臂414和第二测量连接臂416，该第一测量连接臂414和第二测量连接臂416平行于第三轴线y延伸，并且在其端部将第一测量柔性臂410和第二测量柔性臂412连接在一起；以及第一测量锚固臂420和第二测量锚固臂422，该第一测量锚固臂420和第二测量锚固臂422分别在第一测量连接臂414和第二测量连接臂416以及第一测量锚固臂430和第二测量锚固臂432之间平行于第二轴线x延伸。测量锚固件430、432固定到图2的导电区域40中的一个导电区域。

移动测量质量块302界定具有例如四边形(例如，矩形)形状的测量窗口440，并且包围测量感测电极310。

在该实施例中，图8的驱动电极308包括第一测量驱动电极445和第二测量驱动电极447，该第一测量驱动电极445和第二测量驱动电极447被布置为在移动测量质量块302的外部分别平行于第一测量柔性臂410和第二测量柔性臂412。

在静止处，并且在没有偏置的情况下，第一测量柔性臂410和第二测量柔性臂412被布置在距测量感测电极310相同距离处，该距离在下文被称为测量距离d4。第一测量柔性臂410和第二测量柔性臂412与测量感测电极310一起形成两个并联电容器，该两个并联电容器具有总测量电容cm。

在使用中，相对于移动测量质量块302向测量驱动电极445、447施加交流偏置电压，导致测量柔性臂410、412在第二谐振频率fr2处沿着第三轴线y以相反相位和相反方向发生柔性变形。测量柔性臂410、412相对于测量感测电极310的后续接近/凹进导致总测量电容cm发生变化，并且生成第二输出信号sout2。

更进一步地，mems设备206操作以检测外力f，该外力f作用在便携式电子装置1的可变形部分7上，因此作用在图1的封壳2的膜9上，作为测量振荡元件296的第二谐振频率fr2的变化。

在一些实施例中，如针对mems传感器42所描述的，膜9(图4)的变形在mems设备206中引起拉伸应力，该拉伸应力以不同方式作用在参考振荡元件294和测量振荡元件296两者上。

事实上，因为参考移动质量块300固定到单个参考锚固件370，所以参考振荡元件294对膜9的变形不灵敏，并且因此当膜9由于外力f而经历变形时，参考振荡元件294随膜9刚性移动。因此，参考移动质量块300不会由膜9的变形所生成的拉力ft而经历变形，并且柔性臂350、352的第一谐振频率fr1基本不变。

取而代之的是，拉力ft导致测量振荡元件296的移动测量质量块302经历变形；在一些实施例中，如上文参考图4所描述的，拉力ft以相反方向作用在测量锚固件430、432上，测量锚固件430、432在没有外力的情况下相对于它们的位置位移。在一些实施例中，测量锚固件430、432在相反方向上沿着第二轴线x进行平移，以便远离测量振荡元件296的质心轴线o”移动。实际上，由于外力f所生成的施加在梁410和412上的轴向载荷，所以移动测量质量块302在与第二轴线x平行的方向上被“拉伸”。

由于移动测量质量块302经历变形，所以在测量柔性臂410、412与感测电极310之间的距离相对于致动移动而发生变化，从而导致测量柔性臂410、412的刚度增加。因此，第二谐振频率fr2也根据意大利专利第1407689号(与美国专利us9.377.482相对应)中的描述而发生变化。因此，测量驱动级312修改其测量驱动信号smems，以使移动测量质量块302保持在第二谐振频率fr2处的振荡状态中。

因此获得的驱动信号sref、smems被供应给asic块232(图8)，对这些驱动信号sref、smems进行处理以生成数字信号sd,ris，该数字信号sd,ris指示作用在图1的装置1的可变形部分7上的外力f。基本上，asic块232对由测量振荡电路292所生成的测量驱动信号smems的循环进行计数，并且将它们与由参考振荡电路290所生成的参考驱动信号sref的循环进行比较。检测在测量驱动信号smems的循环数目中相对于参考驱动信号sref的循环数目的改变，使得能够检测是否在可变形部分7上施加了外力f。

图11示出了便携式电子装置的不同实施例。在一些实施例中，图11示出了总体结构与图1的便携式电子装置1的结构类似的便携式电子装置500。

在一些实施例中，便携式电子装置500包括例如由铝制成的体部502，其具有第一体部表面502a和第二体部表面502b；以及凹部504，其从第一体部表面502a开始在体部502中延伸，并且容纳输入设备(键元件)503。

输入设备503包括壳体505，其布置在凹处504中并且具有柔性部分507，该柔性部分507与图1的柔性部分7类似并且具有膜509。在一些实施例中，通过结合层510(例如，胶水层)，输入设备503被固定在凹处504中。

对于其余部分，可以以与参照图1至图10所描述的方式来制造输入设备503。在一些实施例中，在这种情况下，电信号可以在无线模式中与布置在输入设备503外部的电子电路和设备交换。

mems传感器和对应输入设备具有各种优点。

在一些实施例中，由于用于操作mems设备的偏置电压低，所以mems传感器具有低功耗。

更进一步地，在制造过程结束时，它被完全容纳在壳体中(在图1的封壳2、图11的壳体505中)，该壳体不能从外部进入；因此，mems传感器完全能耐水或其他液体，因此无需提供被设计为将其与外部环境隔离的密封元件(例如，o形环)。

mems传感器总体上具有较小的尺寸；例如，其可以制造为具有小于500μm的总体厚度，因此还可以用于小尺寸的电子设备，诸如智能手表或智能电话。

另外，mems设备6、206的检测原理允许响应于膜9、509的变形而具有良好的线性度，以及确定作用在其上的外力f时更高的精度；在一些实施例中，本申请人已经验证了mems设备6、206的电容变化与膜9的变形成正比。

而且，mems设备6、206的检测原理允许具有良好的成品率。

另外，参考图8至图10的实施例，mems传感器230在低谐振频率处操作，从而减少了功耗水平，然而，这并不暗示在测量的准确性和灵敏度方面中的任何损失。而且，使用作为参考振荡电路操作的第一振荡电路294使得能够消除硅的杨氏模量的变化对温度变化的依赖性，从而使得能够进行更可靠的测量。

更进一步地，mems设备6、206可以使用制造mems设备时通常使用的技术或步骤来制造，因此成本相当。

最后，显而易见的是，在不背离本公开的范围的情况下，可以对mems设备、mems输入设备以及本文中所描述和示出的对应电子装置进行修改和变化。

比如，mems传感器可以以相反方式来安装，即，具有基板20或mems传感器30直接固定到灵敏部分7上，具有适当布置结构以用于连接到板15、17。

而且，在图10的实施例中，驱动电极445、447和测量电极310的位置可以调换，从而将驱动电极布置在测量窗口440内，并且将两个测量电极310布置在测量窗口440外，每个电极面向柔性臂410、412中的一个柔性臂。

上文所描述的各种实施例可以组合以提供其他实施例。如果需要采用各种专利、申请和出版物的概念以提供其他实施例，则可以修改实施例的各个方面。可以根据上述具体实施方式对实施例进行这些和其他改变。一般而言，在以下权利要求书中，所使用的术语不应解释为将权利要求书限制为说明书和权利要求书中所公开的特定实施例，而是应当解释为包括所有可能实施例以及这些权利要求所享有权利的全部范围等同物。因而，权利要求不受公开内容的限制。