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Die Erfindung betriffst ein elektronisches
Gerät mit
vereinfachter Tastatur, insbesondere ein Mobiltelefon. Aufgabe der
Erfindung ist eine Reduzierung der Herstellungs- und Montagekosten
und eine Vereinfachung des Herstellungsprozesses, insbesondere für die vorgenannten
Mobiltelefone. Derartige vereinfachte Tastaturen kommen im Bereich
der Mobiltelefonie, jedoch auch bei Rechenmaschinen, elektronischen
Terminkalendern oder jedem anderen Gerät mit Bedientastatur zum Einsatz.
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Eine Bedientastatur ist ein eigenständiges Bauteil,
das mit einer gedruckten Hauptschaltung verbunden sein muss. Für die Verbindung
einer Tastatur mit der gedruckten Hauptschaltung gibt es mehrere
Lösungen.
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Eine erste Lösung zur Herstellung der Tastatur
besteht darin, ein Flex zu verwenden, das zusätzlich als Detektormatrix der
Tastatur dient, und dieses Flex über
einen Steckverbinder mit der gedruckten Hauptschaltung zu verbinden.
Ein Flex ist eine Isolierschicht mit Leiterbahnen (im Allgemeinen
geätzt). Damit
kann ein Flex integrierte elektronische Grundschaltungen, hybride
Grundschaltungen oder strukturierte Verbindungen aufweisen. Diese
Grundschaltungen dienen jeweils als elektronischer Detektor. Ein
derartiges Flex übernimmt
somit die einzelnen Funktionen der Tastatur. Diese Lösung ist
jedoch aufwendig und nimmt viel Platz in Anspruch. Ein Flex ist Bekannterweise
kostspieliger als eine gedruckte Schaltung, seine Herstellung ist
kompliziert, und zudem ist ein Doppelsteckverbinder erforderlich:
ein erster Steckverbinder, der an das Flex angeschlossen ist und
ein zweiter Steckverbinder, ergänzend zum
ersten, der an die gedruckte Hauptschaltung angeschlossen ist.
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Eine zweite Lösung zur Herstellung der Tastatur
besteht darin, eine zweite gedruckte Schaltung zu verwenden, die über einen
Doppelsteckverbinder an die gedruckte Haupt schaltung angeschlossen wird.
Diese Lösung
hat zwar den Vorteil, dass die Kosten für das Flex entfallen, aber
gleichzeitig den Nachteil, dass ein Doppelsteckverbinder zur Verbindung
der beiden gedruckten Schaltungen untereinander verwendet wird.
Ein Doppelsteckverbinder benötigt
viel Platz und ist teuer.
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Eine dritte Lösung zur Herstellung der Tastatur
besteht darin, die Detektormatrix der Tastatur direkt auf der gedruckten
Hauptschaltung vorzusehen. Die letztgenannte Lösung ist in Bezug auf Kosten, Einfachheit,
und Kompaktheit die beste. Sie weist jedoch bestimmte Einschränkungen
auf. Die Tastaturmatrix muss gezwungenermaßen auf der Oberfläche der
gedruckten Hauptschaltung angeordnet sein. Hierfür hat die gedruckte Hauptschaltung
an ihrer Oberfläche
gegenüber
dieser Tasten die Grundschaltungen aufzuweisen. Dadurch entstehen
Schwierigkeiten bei der Verwaltung unterschiedlicher Schemen der
Tastenbelegung mit ein und derselben gedruckten Hauptschaltung.
Außerdem
könnten
hierbei im Kontaktbereich der Tasten keine Brücken auf der gedruckten Hauptschaltung
gesetzt werden. Derartige Brücken
sind jedoch vor allem erforderlich, wenn es sich bei der gedruckten
Hauptschaltung um eine Mehrlagenschaltung (mit mehreren übereinander
gestapelten Verbindungslagen zwischen Oberseite und Unterseite)
handelt. Zwar können
Halbbrücken
hergestellt werden, insbesondere mittels Laserbohrung, doch sind
die Kosten hierfür
extrem hoch.
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Bei dieser dritten Lösung verfügt die äußere Oberfläche der
gedruckten Hauptschaltung über
eine verminderte Strahlenfestigkeit, da in diesem Fall die durchgehende
Masselage welche die empfindlichen Bereiche schützt, entfällt. Es wäre denkbar, eine Sonderschicht
für diese
durchgehende Masselage vorzusehen, doch würde dies weitere Kosten verursachen und
die Herstellung zusätzlich
erschweren. Es muss eine beträchtliche
Fingergröße berücksichtigt
werden, um zeitvariable Tastenpositionen verwalten zu können. Damit
sind die Möglichkeiten
unterschiedlicher Tastenanordnungen gering.
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Weiterhin wäre es denkbar, eine Tastatur
aus Polyester auf der gedruckten Hauptschaltung anzubringen, entweder
ausschließlich
durch Anschweißen
an zwei Stellen oder Verkleben mit einer Rückseite oder beides. Der elektrische
Anschluss zur Karte würde
dabei entweder über
einen Steckverbinder oder über
ein anisotropisches Elastomer oder über ein Zebra oder durch mechanischen
Druck erfolgen. Eine derartige Lösung
wäre komplex.
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Erfindungsgemäß ist die Tastaturmatrix auf einer
gesonderten gedruckten Schaltung angebracht. Diese gesonderte gedruckte
Schaltung weist ausschließlich
den Tasten entsprechende elementare Detektorschaltungen auf und
ist als Bauteil auf die gedruckte Hauptschaltung aufgebracht. Diese
gesonderte gedruckte Schaltung wird vorzugsweise durch die so genannte
Castellation-Technologie auf die gedruckte Hauptschaltung aufgebracht.
Bei dieser Technologie erfolgt die Kontaktierung über den Wafer.
Auf dem Wafer einer gesonderten gedruckten Schaltung werden seitliche
Halbbrücken
gesetzt und mit elementaren Detektorschaltungen verbunden. Diese
Halbbrücken
werden zudem auf leitende Zonen im Randbereich der gedruckten Hauptschaltung gelötet. Durch
diese Lötstellen
wird die gedruckte Schaltung der Tastatur an der gedruckten Hauptschaltung
befestigt. Diese Halbbrücken
stellen auch elektrische Verbindungen zwischen den Grundschaltungen
der Tastaturmatrix und den einzelnen Lagen der gedruckten Hauptschaltung
her. So entsteht eine relative große und feine Lötfläche einer
gedruckten Schaltung auf einer dickeren Hauptschaltung.
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Diese Halbbrücken sind vorteilhafter als
ganze Brizcken, da sie weniger Platz beanspruchen. Aufgrund des
Kapillareffektes des Lots beim Löten
sind sie vollkommen funktio nell. Steht genug Platz zur Verfügung, kann
die gedruckte Nebenschaltung auch über ganze Brücken mit
der gedruckten Hauptschaltung verbunden werden.
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Die Erfindung betrifft folglich ein
durch die Kennzeichen des Anspruches definiertes elektronisches
Gerät.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand
der Beschreibung und der Figuren der dazugehörigen Zeichnung, die nur als
Hinweis dienen und die Erfindung keineswegs einschränken, näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen gedruckten Mehrlagenschaltung eines
Mobiltelefons;
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2 eine
schematische Darstellung der zusätzlich
aufgebrachten gedruckten Nebenschaltung sowie deren Verbindungen
mit der Hauptschaltung.
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes elektronisches
Gerät.
Dieses Gerät
weist eine gedruckte Hauptschaltung 1 auf. Die Schaltung 1 ist
vorzugsweise eine Mehrlagenschaltung. Sie weist insbesondere Brücken auf.
Diese Brücken
sind aus der 1 nicht
ersichtlich, da sie durch die auf die Schaltung 1 aufgebrachte
gedruckte Nebenschaltung 2 verdeckt sind. Diese Brücken stellen
Verbindungen mit den einzelnen Lagen der gedruckten Hauptschaltung
her. Über
die Schaltung 1 können
Bauteile wie ein Mikroprozessor 3, ein Sender-Empfänger 4 und
ein Datenspeicher 5 miteinander verbunden werden. Die Bauteile 3 bis 5 sind
auf einer Seite der Schaltung 1 angeschlossen gezeigt.
Weitere Bauteile, hier nicht ersichtlich, können auf eine andere (aus 1 nicht ersichtlich) Seite
der Schaltung 1 montiert werden. Die Schaltung 2 weist
ihrerseits eine Bedientastaturmatrix 6 auf.
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Die Bedientastatur 6, die
hier fünfzehn
auf fünf
Zeilen und drei Spalten verteilte Tasten aufweist, liegt gegenüber einer
Matrix mit fünf
Detektor-Zeilen und -Spalten auf der Schaltung 2. Die einzelnen
Detektoren der Detektormatrix sind jeweils lotrecht zu einer Taste
angeordnet. Die elementaren Detektorschaltungen der Tastatur sind
auf der Schaltung 2 durch individuelle (elektrisch unabhängige) Anschlüsse, deren
Zahl mindestens mit derjenigen der Zeilen und Spalten übereinstimmt)
zugänglich.
Diese Anschlüsse
führen
seitlich in Durchkontaktierungen bzw. Brücken. Diese Durchkontaktierungen
werden vorzugsweise durch halbe Durchkontaktierungen bzw. Halbbrücken 7.0 bis 7.7 ersetzt,
indem an den Rändern
der Schaltung 2 metallisierte Nuten gesetzt werden. Zum
Beispiel werden zuerst ganze Brücken gesetzt.
Anschließend
werden diese Brücken
gekürzt,
um Halbbrücken 7.0 bis 7.7 zu
erhalten. In ihrer Schichtlage auf der Schaltung 1 belegt
die Schaltung 2 einen Platz auf der Schaltung 1,
auf dem keine Bauteile 3 bis 5 aufgebracht werden.
Die obere Lage der Schaltung 2 (diejenige, die nicht an
die Schaltung 1 angrenzt) befindet sich im Verhältnis zur
Schaltung 1 auf einer Höhe
der gleichen Ordnung wie die Oberseite der Bauteile 3 bis 5.
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Die gedruckte Schaltung 2 der
Tastatur 6 ist verlötet
und somit durch die Halbbrücken 7.0 bis 7.7 mit
den einzelnen Lagen der Hauptschaltung verbunden. Es gibt mindestens
so viele Halbbrücken
wie Zeilen und Spalten. Im gezeigten Beispiel sind über acht
Halbbrücken
erforderlich, da die Matrix drei Spalten und fünf Zeilen aufweist.
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Die Schaltung 2 ist hier
mit zwei Metallisierungsschichten ausgeführt. Eine erste Schicht ist
für die
Anschlüsse
bestimmt, die den Zeilen entsprechen. Eine zweite Schicht ist für die Anschlüsse bestimmt,
die den Spalten entsprechen. Die beiden Schichten werden vorzugsweise
auf beiden Seiten der Schaltung 2 hergestellt.
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2 zeigt
eine mögliche
Darstellung der Matrix der elementaren Detektorschaltungen in Form eines
Blockes B. Die Darstellung ist eine elektrische Darstellung. Der
Block 8 weist acht Ausgänge
auf. Diese acht Ausgänge
sind SA, SB, SC, SD, SE, SF, SG und SH. Jeder Ausgang entspricht
einer Zeile oder einer Spalte. Die Ausgänge SA, SB und SC entsprechend
jeweils dem Tastenspaltenzustand A, Bund C. Die Ausgänge SD,
SE, SF, SG und SH entsprechen jeweils dem Tastenzeilenzustand D,
E, F, G und H. Die Ausgänge
SA bis SH sind jeweils mit den Halbbrücken 7.0 bis 7.7 verbunden.
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Die Ausgänge des Blockes 8 sind über den Bus 9 mit
einem Datenspeicher 5 und einem Mikroprozessor 3 verbunden.
Der Mikroprozessor 3 ist über den Bus 9 mit
einem Display 10, einem Sender-Empfänger 4 und einem Programmspeicher 11, der
ein Mobiltelefonie-Unterprogramm 12 und ein Transformations-Unterprogramm 13 aufweist,
verbunden.
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In einem schematischen Beispiel weist
der Block 8 Detektorschaltungen 14 auf, die jeweils über Anschlüsse 15 und 16 mit
einer Polarisierungsspannung Vcc im Verhältnis zur Masse gespeist werden. Jede
Schaltung 14 ist an zwei Ausgänge angeschlossen: an einen
Spaltenausgang SA bzw. SB bzw. SC je nach Position der Schaltungsspalte
im Block 8, und an einen Ausgang SD bzw. SE bzw. SF bzw.
SG bzw. SH je nach Position der Schaltungszeile im Block B.
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Die bekannten Detektorschaltungen
sind als Schalter ausgebildet, die an ihren beiden Ausgängen, je
nachdem ob eine ihnen zugeordnete Taste gedrückt ist oder nicht, einen Zustand
herbeiführen (beispielsweise
den gleichen). Diese bekannten Schalter können elektronische Kippschaltungen
aufweisen, die auf einen Zustand der Nähe (durch Drücken der
Taste) einer Äquipotentialfläche (eines
Metallchips) oder einer Magnetplatte ansprechen. In Anbetracht der
Vcc-Speisung und
der Masse ist die Anzahl der Halbbrücken größer als die Summe der Ausgänge.
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In der Praxis werden die Ergebnisse
der logischen Zustände
der Ausgänge
SA bis SH über
den Bus 19 im Datenspeicher 5 gespeichert. Ein
Zustand an einem der Ausgänge
SA bis SH bedeutet, dass der Benutzer eine Taste gewählt hat.
Der Mikroprozessor 3 und die Programme 12 und 13 werten
diese Ergebnisse aus und handeln danach, insbesondere um eine Zahl
mit einem Paar Ausgänge,
dessen logischer Pegel 1 ist, in Übereinstimmung zu bringen und diese
Zahl am Display 10 anzuzeigen.
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Soll das Gerät gemäß 1 besser abgeschirmt werden, kann die
Schaltung 2 dreilagig ausgeführt werden. In diesem Fall
dienen zwei Lagen zur Herstellung der Bahnen SA bis SH und der Anschlüsse 15 und 16.
Eine dritte Lage, vorzugsweise darunter liegend, ist eine Masselage.
Die Masselage wird dann mit einem Isolierfilm abgedeckt, bevor sie
auf die Schaltung 1 aufgebracht wird, damit sie nicht mit den
Brücken
der Schaltung 1 in Berührung
kommt. Auf jeden Fall wird der auf der gedruckten Nebenschaltung 2 aufgebrachte
Block 8 über
die voneinander getrennten Anschlüsse (die Brücken 7.0 bis 7.7) mit
dem Bus 9 verbunden. Sollte es aus dem einen oder anderen
Grund notwendig sein, die Belegung der Tasten zu ändern oder
diese untereinander auszutauschen, braucht weder die Schaltung 1 noch
die Schaltung 2 geändert
zu werden. Es ändert
sich nur die Tastatur 6. Mit dem Speicher 5 ist
es möglich,
die geänderte
Belegung zu berücksichtigen,
insbesondere um unterschiedliche Zeichnungen am Display 10 anzuzeigen.
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Zum Setzen der Brücken bzw. Halbbrücken 7.0 bis 7.7 werden
diese auf Lötaugen 17,
die auf der Schaltung 1 vorgesehen sind, gegenüber ihrer
Position verlötet.
Die Lötaugen 17 werden
am Rand der Schaltung 1 angeordnet. In der Praxis weist
die gedruckte Schaltung 1 eine Dicke von einem Millimeter (zwischen
0,8 und 1 mm) auf, während
die gedruckte Schaltung 2 (vorzugsweise nur zweilagig)
dünner
ist, beispielsweise 0,4 mm. Die Schaltung 1 weist bei einem
Aus führungsbeispiel
eine Größe von 37
mm × 88
mm auf, während
die Schaltung 2 kleiner ist und eine Größe von 35 mm × 50 mm
aufweist. Die Schaltung 2 ist vollständig in die Schaltung 1 eingezeichnet.