DE102005059067B4

DE102005059067B4 - Kapazitive Tastatureinrichtung

Info

Publication number: DE102005059067B4
Application number: DE200510059067
Authority: DE
Inventors: Helmut Schlenker
Original assignee: FELA GmbH
Current assignee: FELA GMBH, DE
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2014-07-10
Anticipated expiration: 2025-12-09
Also published as: DE102005059067A1

Abstract

Kapazitive Tastatureinrichtung mit – einer Frontplatte (1) aus einem zumindest teilweise transparenten Material, – einer zumindest partiellen Farbschicht (2) rückseitig der Frontplatte (1) zum Ausbilden einer Tastaturbeschriftung (2a, 2b) und – einer strukturierten Leiterbahnenschicht (3) rückseitig der Farbschicht (2), bei der – in einer Ebene rückseitig der strukturierten Leiterbahnenschicht (3) zumindest eine elektrisch nicht leitfähige Trennschicht (4) und rückseitig davon zumindest eine weitere strukturierte Leiterbahnenschicht (5) ausgebildet ist und – die Frontplatte (1), die Farbschicht (2), die Leiterbahnenschicht (3), die zumindest eine elektrisch nicht leitende Trennschicht (4) und die zumindest eine weitere Leiterbahnenschicht (5) Bestandteil eines geschichtet aufgebauten einstückigen Körpers sind, – wobei die Leiterbahnenschicht (3) und/oder die weitere Leiterbahnenschicht (5) zumindest eine Sensorelektrode ausbilden und wobei zumindest eine der beiden Leiterbahnenschichten (3, 5) mit elektronischen Bauelementen und/oder Steckverbindern einer kapazitiven Schaltungsanordnung kontaktierbar ist zum Ausbilden eines von der Vorderseite der Frontplatte (1) aktivierbaren kapazitiven Schaltelements, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aussparung (9) in der Trennschicht (4) und der weiteren Leiterbahnenschicht (5) ausgebildet ist und der Teil der weiteren Leiterbahnenschicht (5) direkt an einen Aussparungsrand (11) der Aussparung (9) durch die Trennschicht (4) reicht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine kapazitive Tastatureinrichtung mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Aus DE 102 24 537 B4 ist eine kapazitive Tastatureinrichtung bzw. ein Verfahren zum Herstellen einer solchen kapazitiven Tastatureinrichtung bekannt. Eine derartige kapazitive Tastatureinrichtung besteht aus einer zumindest teilweise transparenten Frontplatte aus beispielsweise Glas oder Acryl mit einer rückseitig zumindest partiell ausgebildeten Farbschicht, wobei die Farbschicht zum Ausbilden einer Tastaturbeschriftung entsprechend gestaltet ist. Rückseitig der Farbschicht ist eine strukturierte Leiterbahnenschicht ausgebildet. Mittels der strukturierten Leiterbahnenschicht werden Sensorelektroden ausgebildet, welche mit elektronischen Bauelementen und/oder Steckverbindern einer kapazitiven Schaltungsanordnung kontaktierbar sind zum Ausbilden eines von der Vorderseite der Frontplatte aktivierbaren kapazitiven Schaltelements. Dadurch wird eine einteilige kapazitive Tastatureinrichtung bereitgestellt, deren zumindest eine Sensorelektrode von der Vorderseite der Frontplatte aus durch Annäherung mit einem Finger geschaltet ist, ein Signal an eine nachgeschaltete elektronische Einrichtung zur Steuerung von dieser oder einer Maschine auszugeben. Verfahrensgemäß wird bei dem Herstellen eine Schicht nach der anderen auf der Rückseite der Frontplatte aufgetragen und eine Strukturierung der flächig aufgebrachten metallischen Schicht durch Ätzen vorgenommen.
Weitere kapazitive Bedien- bzw. Tastatureinrichtungen sind aus der WO 03/044957 A2 , der GB 2 234 352 A , der DE 20 2005 007 480 U1 und der US 6 310 611 B1 bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine solche kapazitive Tastatureinrichtung bzw. ein Verfahren zum Herstellen einer solchen kapazitiven Tastatureinrichtung derart weiterzuentwickeln, dass auch komplexere Schaltungsanordnungen ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine kapazitive Tastatureinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
Nicht zur Erfindung gehört ein Verfahren zum Herstellen einer kapazitiven Tastatureinrichtung, bei dem eine Frontplatte aus einem zumindest teilweise transparenten Material bereitgestellt wird, rückseitig der Frontplatte direkt oder mittels einer zumindest teilweise transparenten Bindeschicht zumindest partiell eine Farbschicht zum Ausbilden einer Tastaturbeschriftung ausgebildet wird, und rückseitig der Farbschicht eine strukturierte Leiterbahnenschicht direkt oder über eine Trennschicht ausgebildet wird, wobei rückseitig der Leiterbahnenschicht und beabstandet davon eine weitere strukturierte Leiterbahnenschicht ausgebildet wird, zum Ausbilden zumindest eines kapazitiv aktivierbaren Sensorelements mittels Teilen der Leiterbahnenschicht und/oder der weiteren Leiterbahnenschicht und die Teile der Leiterbahnenschicht und/oder der weiteren Leiterbahnenschicht mit elektronischen Bauelementen und/oder Steckverbindern einer kapazitiven Schaltungsanordnung kontaktierbar ausgebildet werden.
Bevorzugt wird bei dem nicht erfindungsgemäßen Verfahren die weitere Leiterbahnenschicht als Metallisierung ausgebildet. Alternativ wird die weitere Leiterbahnenschicht als metallische Folie auf der Farbschicht und/oder der Trennschicht aufgebracht, wobei in vorteilhafter Weise die metallische Folie mit der oder einer Trennschicht vor dem Aufbringen einstückig bereitgestellt und aufgebracht wird.
Bevorzugt wird bei dem nicht erfindungsgemäßen Verfahren zumindest die weitere Leiterbahnenschicht flächig ausgebildet und nachfolgend strukturiert, wobei das Strukturieren insbesondere durch Ätzen durchgeführt wird. Vorteilhaft wird vor dem Ätzen rückseitig der weiteren Leiterbahnenschicht eine Schicht aus Fotolack aufgetragen und mit Struktur belichtet.
Bevorzugt wird bei dem nicht erfindungsgemäßen Verfahren beim oder nach dem Strukturieren der weiteren Leiterbahnenschicht in zumindest einzelnen Abschnitten, in denen Teile der weiteren Leiterbahnenschicht entfernt wurden, auch die über den Strukturelementen der Leiterbahnenschicht befindliche Trennschicht entfernt, so dass zumindest eine Aussparung bis zur ersten, unteren Leiterbahnenschicht entsteht.
Erfindungsgemäß ist eine kapazitive Tastatureinrichtung mit einer Frontplatte aus einem zumindest teilweise transparenten Material, einer zumindest partiellen Farbschicht rückseitig der Frontplatte zum Ausbilden einer Tastaturbeschriftung und einer strukturierten Leiterbahnenschicht rückseitig der Farbschicht, wobei in einer Ebene rückseitig der strukturierten Leiterbahnenschicht zumindest eine elektrisch nicht leitfähige Trennschicht und rückseitig davon zumindest eine weitere strukturierte Leiterbahnenschicht ausgebildet ist und die Frontplatte, die Farbschicht, die Leiterbahnenschicht, die Trennschicht und die zumindest eine weitere Leiterbahnenschicht Bestandteil eines geschichtet aufgebauten einstückigen Körpers sind, wobei die Leiterbahnenschicht und/oder die weitere Leiterbahnenschicht zumindest eine Sensorelektrode ausbilden und wobei zumindest eine der beiden Leiterbahnenschichten mit elektronischen Bauelementen und/oder Steckverbindern einer kapazitiven Schaltungsanordnung kontaktierbar ist zum Ausbilden eines von der Vorderseite der Frontplatte aktivierbaren kapazitiven Schaltelements.
Dabei wird/ist erfindungsgemäß der nicht abgedeckte Bereich durch eine Aussparung in der Trennschicht und der weiteren Leiterbahnenschicht ausgebildet, wobei der Teil der weiteren Leiterbahnenschicht direkt an einen Aussparungsrand der Aussparung durch die Trennschicht reicht.
Bevorzugt wird eine kapazitive Tastatureinrichtung, bei der zumindest Teile der Leiterbahnenschicht in rückseitiger Richtung nicht von der Trennschicht und nicht von der weiteren Leiterbahnenschicht abgedeckt werden/sind. Vorteilhaft ist, wenn in dem nicht abgedeckten Bereich mittels eines metallischen Materials, insbesondere Lots, Teile der Leiterbahnenschicht und der weiteren Leiterbahnenschicht miteinander kontaktiert werden/sind.
Die Leiterbahnenschichten werden/sind vorteilhaft aus Kupfer ausgebildet. Die Trennschicht wird/ist bevorzugt aus einer Harzschicht, insbesondere aus einer Epoxidharz-Schicht ausgebildet. Die Frontplatte ist bevorzugt eine Glasplatte oder eine Kunststoffplatte.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine bevorzugte kapazitive Tastatureinrichtung in Schnittdarstellung sowie in vorderseitiger Draufsicht und
2A–2C Schnittansichten einer solchen kapazitiven Tastatureinrichtung in verschiedenen Schritten eines nicht zur Erfindung gehörenden Herstellungsverfahrens.
Eine bevorzugte kapazitive Tastatureinrichtung basiert auf einer Frontplatte 1, welche aus einem zumindest teilweise durchsichtigen bzw. transparenten Material ausgebildet ist. Vorzugsweise kann als Material neben Glas insbesondere auch ein Kunststoff verwendet werden, wie beispielsweise Acrylglas. In für sich bekannter Art und Weise wird auf der Rückseite der Frontplatte 1 eine Farbschicht 2 aufgetragen, wozu die Rückseite der Frontplatte 1 gegebenenfalls zuvor angerauht wird. Die Farbschicht 2 wird zumindest partiell aufgetragen, um eine durch die Frontplatte hindurch sichtbare Tastaturbeschriftung 2a, 2b auszubilden. Mit der Tastaturbeschriftung 2a, 2b werden beispielsweise lesbare Hinweise wie ein Name, z. B. ”Meier”, angegeben oder optische Hinweise auf ein Tastaturfeld gegeben, vor welchem ein Signal durch Annäherung eines Fingers an die Vorderseite der Frontplatte 1 ausgelöst werden kann. Durch das derart ausgelöste Signal können beispielsweise eine Türklingel oder eine Funktionalität für einen Aufzugsbetrieb aktiviert werden.
Rückseitig der Farbschicht 2 ist eine strukturierte Leiterbahnenschicht 3 ausgebildet. Gegebenenfalls ist zwischen die strukturierte Leiterbahnenschicht 3 und die Farbschicht 2 noch eine Verbindungs- bzw. Trennschicht aus vorzugsweise Epoxidharz eingearbeitet.
Ausgehend von einem solchen in 2A dargestellten Herstellungszustand werden nachfolgend weitere Schichten rückseitig bis zu einem Aufbau ausgebildet, wie dies in 2B dargestellt ist. So wird als erstes eine Trennschicht 4 rückseitig der Farbschicht 2 und der darauf angeordneten Teile bzw. Elemente der strukturierten Leiterbahnenschicht 3 ausgebildet. Vorteilhafterweise ist die Dicke der Trennschicht 4 derart, dass rückseitig eine ebene Fläche entsteht und außerdem die Elemente der strukturierten Leiterbahnenschicht 3 rückseitig abgedeckt sind. Die Trennschicht 4 wird aus einem dielektrischen Material ausgebildet, so dass die Elemente bzw. Teile der strukturierten Leiterbahnenschicht 3 seitlich und rückseitig elektrisch isoliert werden. Nachfolgend wird rückseitig der Trennschicht 4 eine weitere Leiterbahnenschicht 5 ausgebildet. Die weitere Leiterbahnenschicht 5 kann dabei durch eine z. B. aufgedampfte Metallisierung oder durch eine aufgelegte Folie aus metallischem Material, insbesondere aus Kupfer ausgebildet werden. Insbesondere im Fall des Auflegens einer Folie kann diese zuvor an einer Seite mit Material der Trennschicht 4 bedeckt sein, um eine einfache Verbindung der Trennschicht 4 zu ermöglichen.
Nachfolgend wird die weitere Leiterbahnenschicht 5 strukturiert, um ebenfalls einzelne Teile bzw. Strukturelemente mit elektrischer Leitfähigkeit auszubilden. Zum Strukturieren wird vorzugsweise ein Fotolack 6 auf der weiteren Leiterbahnenschicht 5 aufgebracht. Alternativ ist auch möglich, in dem vorherigen Schritt bereits eine mit Fotolack beschichtete Leiterbahnenschicht 5 rückseitig an der Trennschicht 4 zu befestigen.
Der Fotolack 6 wird mittels einer Maske 7 und einer UV-Lichtquelle (UV: Ultraviolett) bestrahlt und anschließend entwickelt, so dass vom Fotolack 7 letztendlich nur Flächen der weiteren Leiterbahnenschicht 5 abgedeckt bleiben, unter welchen nachfolgend Strukturelemente verbleiben sollen. In diesem Zustand erfolgen einer oder mehrere Ätz-Schritte, um die Leiterbahnenschicht 5 und in gegebenenfalls einem weiteren Maskierungs- und Ätz-Schritt auch Teile der Trennschicht 4 zu entfernen. Wesentlich ist dabei die Ausbildung der Strukturierung, wozu auch andere geeignete Mittel als die Verwendung eines Fotolacks etc. einsetzbar sind.
Ausgebildet wird dadurch eine Struktur, wie sie in 2C dargestellt ist. Dadurch wird über einen Teil oder über der gesamten Leiterbahnenschicht 3, das heißt der ersten und vorderseitigen der beiden Leiterbahnenschichten 3, 5 das gesamte Material abgetragen, so dass eine Aussparung 9 entsteht und zumindest Teile der Leiterbahnenschicht 3 rückseitig offen zugänglich sind. Außerdem verbleiben auf Teilen der Trennschicht 4 Teile der nunmehr strukturierten weiteren bzw. rückseitigen Leiterbahnenschicht 5.
Um eine Kontaktierung der ersten Leiterbahnenschicht 3 mit benachbarten Elementen der weiteren Leiterbahnenschicht 5 zu ermöglichen, wird Lot 10 in die Aussparung 9 eingebracht, so dass das Material des Lots 10 eine elektrische Verbindung bewirkt. Auf einfache Art und Weise kann dies dadurch erfolgen, dass die gesamte Anordnung oder deren Rückseite in eine Lotschmelze getaucht wird, wobei vorzugsweise ein Löten in einem Reflow-Ofen durchgeführt wird.
Vorzugsweise wird darauf geachtet, dass Aussparungswandungen 11 der Aussparung 9 bereits vor dem Löten möglichst geradlinig und senkrecht oder leicht außenseitig geneigt zwischen seitlichen Wandungen der Elemente der weiteren Leiterbahnenschicht 5 und der ersten Leiterbahnenschicht verlaufen, was eine besonders gute Benetzung beider Ebenen mit dem Lot 10 ermöglicht.
Ausgebildet wird auf diese Art und Weise letztendlich eine Anordnung aus einer Vielzahl von Schichten in unterschiedlich weiter rückseitiger Beabstandung von der Frontplatte 1. Optional die derart ausgebildeten Elemente der Leiterbahnenschicht 3 und vorzugsweise besonders die derart ausgebildeten Elemente der weiteren Leiterbahnenschicht 5 werden abschließend mit elektronischen Bauelementen 12 und/oder elektronischen Schaltungseinrichtungen 13 kontaktiert. Neben einem dargestellten direkten Anlöten der elektronischen Bauelementen 12 können z. B. auch Steckverbinder angelötet werden, welche zur späteren Aufnahme von Gegen-Steckelementen zu deren Kontaktierung ausgebildet sind.

Claims

Kapazitive Tastatureinrichtung mit – einer Frontplatte (1) aus einem zumindest teilweise transparenten Material, – einer zumindest partiellen Farbschicht (2) rückseitig der Frontplatte (1) zum Ausbilden einer Tastaturbeschriftung (2a, 2b) und – einer strukturierten Leiterbahnenschicht (3) rückseitig der Farbschicht (2), bei der – in einer Ebene rückseitig der strukturierten Leiterbahnenschicht (3) zumindest eine elektrisch nicht leitfähige Trennschicht (4) und rückseitig davon zumindest eine weitere strukturierte Leiterbahnenschicht (5) ausgebildet ist und – die Frontplatte (1), die Farbschicht (2), die Leiterbahnenschicht (3), die zumindest eine elektrisch nicht leitende Trennschicht (4) und die zumindest eine weitere Leiterbahnenschicht (5) Bestandteil eines geschichtet aufgebauten einstückigen Körpers sind, – wobei die Leiterbahnenschicht (3) und/oder die weitere Leiterbahnenschicht (5) zumindest eine Sensorelektrode ausbilden und wobei zumindest eine der beiden Leiterbahnenschichten (3, 5) mit elektronischen Bauelementen und/oder Steckverbindern einer kapazitiven Schaltungsanordnung kontaktierbar ist zum Ausbilden eines von der Vorderseite der Frontplatte (1) aktivierbaren kapazitiven Schaltelements, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aussparung (9) in der Trennschicht (4) und der weiteren Leiterbahnenschicht (5) ausgebildet ist und der Teil der weiteren Leiterbahnenschicht (5) direkt an einen Aussparungsrand (11) der Aussparung (9) durch die Trennschicht (4) reicht.
Kapazitive Tastatureinrichtung nach Anspruch 1, wobei in dem nicht abgedeckten Bereich mittels eines metallischen Materials Teile der Leiterbahnenschicht (3) und der weiteren Leiterbahnenschicht (5) miteinander kontaktiert sind.
Kapazitive Tastatureinrichtung nach einem vorstehenden Anspruch, wobei die Leiterbahnenschichten (3, 5) aus Kupfer ausgebildet sind.
Kapazitive Tastatureinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Trennschicht (4) aus einer Harzschicht, insbesondere aus einer Epoxidharz-Schicht ausgebildet ist.
Kapazitive Tastatureinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Frontplatte (1) eine Glasplatte oder eine Kunststoffplatte ist.