電動牙刷、沖牙器等產品市場的爆發性增長，顯示全球人口正在越來越關注牙齒/口腔的健康問題。
根據資料顯示，中國電動牙刷市場規模呈現逐年上漲的態勢，2017年中國電動牙刷市場規模為43億元，2021年中國電動牙刷市場規模上漲為125億元，同比2020年上漲50.6%。
隨著國民收入的增加，對生活質量和身體健康的需求增加，中國電動牙刷市場規模也在上漲。預計2022年中國電動牙刷市場規模為185億元。
2017-2022年中國電動牙刷市場規模及預測情況
數據來源：公開資料整理
雖然市面上各種電動牙刷的品質以及價格差異都非常大。電動牙刷的工作原理其實並不複雜，去除刷頭和外殼之後，我們可以看到其內部主要部件，如下圖：
工作原理：電池驅動振動電機帶動振動頭以一定頻率和幅度做周期振動，振動頭帶動牙刷頭振動以達到清洗牙齒的目的。控制電路可以改變振動的頻率，幅度和工作周期來適配不同使用者的愛好。那麼振動電機的驅動，電機-振動頭-刷頭的運動傳遞，以及最終與人體口腔的互動決定了牙刷的使用體驗及清洗效能。
其中，用於刷頭扭矩（BHT: brush head’s torque）測量的軸應力/應變傳感器，用於取代機械結構的防水按鍵（WPK: waterproof keystroke）是湃睿半導體（Prime-Semi）微應力/應變融合傳感器片上系統 PMDS-Fx 的主要關注方向。
湃睿半導體為領先的品牌製造商提供包括傳感器晶片、驅動程序、集成開發環境、結構（系統）設計優化、量產工藝建議、專利支持等在內的交鑰匙方案如下。
軸應力
（BHT）
基於軸應力的刷頭扭矩測量，是電動牙刷實現用戶畫像（user profiling）的充要條件。配合 6-DoF 的慣性傳感器，電動牙刷可以相對精準的感知以下用戶行為特徵：
以上用戶行為特徵的單一或組合適用（用戶畫像），使得最終產品能夠實現真正個性化的功能落地，甚至是對專業化的齒科治療過程予以支持和配合。
微應力/應變傳感器 PMDS-F2 在電動牙刷電機軸上的典型適配結構如下圖（1）至圖（2） 所示
此外，基於合理的材料選擇與結構設計，以及合理的軸應力靈敏度與解析度/精度預期， 也可以將 PMDS-F2 直接貼裝在 PCB 上，而 PCB 與電機及電機軸整體形成良好的應力/應變傳 遞關係，如下圖（3）示意。
圖（3）通過 PCB 感知電機軸應力的示意圖
這種方式的最大優點在於，電機軸無需進行加工以獲得傳感器晶片貼裝所需的平面，因 而不會影響其剛度。此外，通過標準化的 PCB 貼裝而非焊接膠實現傳感器晶片的裝配，在工 藝成本上也會更加合理。
當然，通過電機軸-電機殼體-PCB 之間的剛性連接來傳遞牙刷頭產生的應力/應變，對系 統的整體結構設計頗具挑戰，需要在電路布局與結構設計之間進行平衡。
綜上，對於電動牙刷軸應力測量的適用結構建議如下表（1）。
防水按鍵
（WPK）
與傳統的機械式按鍵相比，基於壓感原理的防水按鍵具備以下優勢：
微應力/應變傳感器 PMDS-F3 在電動牙刷防水按鍵中的典型適配結構如下圖所示。
對於可開蓋結構的應用，可以將 PCB 背面（沒有元器件的一面）直接粘貼在按鍵位置的中心；對於無法開蓋的結構來說，可以用過盈配合將 PCB 緊貼外殼進行定位和裝配。
防水按鍵結構示意圖
與競爭方案相比，基於 PMDS-F3 的防水按鍵方案具備以下優點：
- 單晶片融合傳感器方案
- 更小 PCB 尺寸
- 更低系統功耗
- 更優化的成本
傳感器晶片
與傳統的基於惠斯通電橋原理的壓阻應變片（不論是 MEMS 形式，還是柔性塗層形式）方案相比，PMDS-Fx 具備以下優勢：
系統框圖
PMDS-Fx 系列微應力/應變融合傳感器 SoC 的功能模塊，主要包括應力/應變、電容、溫度敏感單元，以及內置微處理器、底層與應用固件如下：
PMDS-Fx 系統功能框圖