DE10224537A1 - Capacitive keypad e.g. for mounting behind glass, has adhesive layer applied to lettering formed by application of paint to transparent front plate, and conductive track layer with sensor electrodes stuck to it - Google Patents
Capacitive keypad e.g. for mounting behind glass, has adhesive layer applied to lettering formed by application of paint to transparent front plate, and conductive track layer with sensor electrodes stuck to itInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine kapazitive Tastatureinrichtung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen kapazitiven Tastatureinrichtung. The invention relates to a capacitive keyboard device according to the features of the preamble of claim 1 and a Process for producing such a capacitive Keyboard device.
Kapazitive Tastatureinrichtungen mit einer frontseitigen Glasscheibe sind zum Beispiel aus der Zeitschrift Elektronikpraxis No. 2, 29.01.2002, Seite 84 bis 85 bekannt. Diese Hinterglas- Tastaturen sind Eingabesysteme auf der Basis kapazitiver Sensorik. Hinterglas-Tastaturen haben mit einer mechanischen Tastatur nur die Tastenflächen gemein. Aus ihrem Aufbau in Verbindung mit kapazitiver Sensorik resultieren eine Reihe von Eigenschaften, die die Hinterglas-Tastatur für verschiedene Applikationen prädestiniert, für die mechanische Tastaturen kaum geeignet sind. Bei diesen Hinterglas-Tastaturen handelt es sich um Eingabegeräte, die hinter massiven Glasfronten oder sonstigem, transparenten, nicht leitendem Material über als Tasten wirkende kapazitikapazitive Sensoren verfügen und die auf Annäherung eines Gegenstandes (Finger, Hand) ansprechen. Die Sensorsignale werden elektronisch verstärkt und als Schalt- oder Digitalsignale zur Steuerung von Maschinen oder Computern benützt. In dem genannten Artikel liegt hinter der Glasscheibe eine gedruckte Beschriftung mit Tastensymbolen. Diese gedruckte Beschriftung ist zwischen die Glasscheibe und eine Leiterplatte mit Sensorflächen eingelegt. Die gedruckte Beschriftung lässt sich ohne weiteres austauschen, weil es sich bei der Glasplatte, der gedruckten Beschriftung und der Leiterplatte mit Sensorflächen um drei völlig getrennte Einheiten handelt, welche separat hergestellt und anschließend aufeinander montiert werden. Capacitive keyboard devices with a front Glass panels are, for example, from the electronics electronics magazine No. 2, January 29, 2002, pages 84 to 85. This back glass Keyboards are input systems based on capacitive Sensors. Reverse glass keyboards have a mechanical keyboard only the button areas in common. From their structure in connection with capacitive sensors result in a number of properties, the back glass keyboard for various applications predestined for which mechanical keyboards are hardly suitable. These back glass keyboards are Input devices that are behind massive glass fronts or other, transparent, non-conductive material over acting as buttons capacitive-capacitive sensors and that approach one Address object (fingers, hand). The sensor signals are electronically amplified and used as switching or digital signals Control of machines or computers used. In the above The article has a printed label behind the glass with button symbols. This printed label is between the glass pane and a circuit board with sensor areas inserted. The printed lettering can be easily removed replace because it is the glass plate, the printed one Lettering and the circuit board with sensor areas by three completely separate units, which are manufactured separately and then be mounted on top of each other.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte kapazitive Tastatureinrichtung so weiterzubilden, dass diese kompakter aufbaubar und leichter handhabbar ist. Insbesondere soll die aufzufindende kapazitive Tastatureinrichtung auch leichter montierbar sein. Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, wie eine solche kapazitive Tastatureinrichtung hergestellt werden kann. The present invention is based on the object further known capacitive keyboard device so that it is more compact and easier to handle. In particular, the capacitive keyboard device to be found should also be easier to assemble. Furthermore, the invention is the Task to specify a method such as one capacitive keyboard device can be manufactured.
Diese Aufgabe wird für die kapazitive Tastatureinrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren ist Gegenstand des Patentanspruchs 9. This task is accomplished for the capacitive keyboard setup solved the features of claim 1. The invention The method is the subject of claim 9.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und beansprucht. Further developments of the invention are in the subclaims specified and claimed.
Obwohl für die transparente Frontplatte jegliche Materialien, die durchsichtig oder weitgehend durchsichtig sind, geeignet im Sinne der vorliegenden Erfindung erscheinen, wird bevorzugt eine Glasscheibe verwendet. Vorzugsweise ist diese Glasscheibe temperaturstabil, so dass eine Erwärmung der Glasscheibe bei einem nachfolgenden Lötvorgang nicht zum Bruch der Glasscheibe führt. Although any materials for the transparent front panel, which are transparent or largely transparent, suitable for For the purposes of the present invention, one is preferred Glass pane used. This glass pane is preferably temperature stable, so that heating of the glass pane at a subsequent soldering process does not lead to breakage of the glass pane.
Erfindungsgemäß wird auf die Rückseite der Glasscheibe eine Farbschicht beziehungsweise ein Farbaufdruck aufgebracht, der die Symbolik der einzelnen Tastaturelemente trägt. Sofern die Rückseite der Glasscheibe sich als zu glatt herausstellt, um eine Farbschicht zu tragen, wird vorzugsweise diese Rückseite der Glasscheibe aufgerauht. Dies kann durch chemisches Ätzen der Rückseite oder durch mechanisches Schleifen, also Mattieren, der Rückseite der Glasscheibe geschehen. In einem nächsten Schritt wird auf die Farbschicht beziehungsweise den Farbaufdruck ein Haftmittel, vorzugsweise eine Harzschicht, aufgebracht. According to the invention on the back of the glass sheet Color layer or a color print applied, the bears the symbolism of the individual keyboard elements. If the Back of the glass pane turns out to be too smooth to to wear a layer of paint, this back of the Glass pane roughened. This can be done by chemical etching Back or by mechanical grinding, i.e. matting, the Back of the glass pane happen. In a next step is on the color layer or the color print Adhesive, preferably a resin layer, applied.
Auf diese Harzschicht wird eine Leiterbahnenschicht, vorzugsweise eine Kupferschicht aufgebracht, die später entsprechend den notwendigen Leiterbahnen und den Sensorelektroden strukturiert werden kann. A conductor track layer is placed on this resin layer, preferably applied a copper layer, which later corresponds to the necessary conductor tracks and the sensor electrodes structured can be.
Die Haftschicht, die bevorzugt als Harzschicht ausgebildet ist, wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung als Doppelschicht, also in zwei Teilhaftschichten nacheinander aufgetragen. Die erste Teilhaftschicht wird bei Raumtemperatur und in einem entstaubten Raum unmittelbar auf die Farbschicht aufgebracht. Sollte sich herausstellen, dass die Farbschicht zu glatt ist, wird auch diese aufgerauht, vorzugsweise mittels mechanischem Beschleifen mit Bimsmehl. The adhesive layer, which is preferably designed as a resin layer, according to a further development of the invention as a double layer, So applied in two partial adhesive layers one after the other. The first partial adhesive layer is at room temperature and in one dedusted space applied directly to the paint layer. Should it turn out that the layer of paint is too smooth, will these are also roughened, preferably by mechanical means Grind with pumice flour.
Nachdem diese erste Teilhaftschicht getrocknet wurde, wird die zweite Teilhaftschicht, die ebenfalls bevorzugt eine Harzschicht ist, zusammen mit der auf dieser Teilhaftschicht bereits aufgebrachten Leiterbahnenschicht, zum Beispiel Kupferschicht, auflaminiert. Anschließend erfolgt in konventioneller Technik, das heißt mittels Fototechnik oder Siebdrucktechnik, die Strukturierung der Leiterbahnenschicht. Dabei entstehen die notwendigen Leiterbahnen beziehungsweise Sensorelektroden, welche unmittelbar hinter den Tastenelementen des Farbaufdrucks sitzen. After this first partial adhesive layer has been dried, the second partial adhesive layer, which is also preferably a resin layer is, along with that on this sub-layer already applied conductor layer, for example copper layer, laminated. Then, using conventional technology, the means by means of photo technology or screen printing technology, the Structuring the conductor track layer. This creates the necessary Conductor tracks or sensor electrodes, which sit immediately behind the key elements of the color print.
Nachdem die Leiterbahnen und/oder Sensorelemente geätzt sind, wird vorzugsweise eine Lötstopplackschicht auf diese Elemente aufgebracht, diese weiter lötfähig gehalten. Anschließend kann die Bestückung und Kontaktierung dieser Leiterbahnen beziehungsweise Sensorelektroden mittels Bauelementen erfolgen. Es können auch Steckverbinder an diese Leiterbahnen angelötet werden. After the conductor tracks and / or sensor elements have been etched, is preferably a solder resist layer on these elements applied, this kept solderable. Then you can the assembly and contacting of these conductor tracks or sensor electrodes by means of components. It can connectors can also be soldered to these conductor tracks.
Bei dem Lötvorgang ist darauf zu achten, dass die Glasscheibe samt Farbaufdruck, Haftschicht und Kupferschicht langsam erwärmt werden, damit keine Zerstörung beziehungsweise kein Reißen der Glasplatte aufgrund der Temperaturbelastung auftritt. When soldering, make sure that the glass pane including the color print, adhesive layer and copper layer slowly warmed up so that no destruction or tearing of the Glass plate occurs due to the temperature load.
Die kapazitive Tastatureinrichtung gemäß der Erfindung kann vorzugsweise in unterschiedlichen Tastaturfeldern, wie zum Beispiel Mikrowellenherde, Kochplattenbedienfelder, Lichtschalter, Zugangskontrollsystemen etc. eingesetzt werden. The capacitive keyboard device according to the invention can preferably in different keyboard fields, such as Microwave ovens, hotplate control panels, light switches, Access control systems etc. are used.
Die erfindungsgemäße kapazitive Tastatureinrichtung und das Verfahren zur Herstellung einer solchen Einrichtung wird nachfolgend im Zusammenhang mit vier Figuren näher erläutert. Es zeigen: The capacitive keyboard device according to the invention and the Process for producing such a device explained in more detail below in connection with four figures. It demonstrate:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer kapazitiven Tastatureinrichtung in Form einer Bedientastatur mit zehn Ziffernelementen und weiteren vier Buchstabenelementen in Draufsicht und Seitenansicht, Fig. 1 shows an embodiment of a capacitive keyboard means in the form of a keypad with ten digits elements and other elements in four letters plan view and side view,
Fig. 2 ein erster Herstellschritt zur Herstellung einer solchen Tastatureinrichtung, Fig. 2, a first manufacturing step for producing such a keyboard device,
Fig. 3 ein nachfolgender Herstellschritt der Anordnung von Fig. 2, und Fig. 3 shows a subsequent manufacturing step of the arrangement of Fig. 2, and
Fig. 4 ein weiterer nachfolgender Herstellschritt. Fig. 4 shows another subsequent manufacturing step.
In den nachfolgenden Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung. Designate in the following figures, unless otherwise indicated, same reference numerals, same parts with the same Importance.
In Fig. 1 ist links in Draufsicht die erfindungsgemäße kapazitive Tastatureinrichtung anhand eines zehn Ziffern und zwei Buchstaben sowie zwei Zeichenelemente enthaltenen Bedienfeldes dargestellt. In Fig. 1, the capacitive keyboard device according to the invention is shown on the left in plan view using a control panel containing ten digits and two letters and two drawing elements.
Die Anordnung verfügt über eine vorzugsweise hitzebeständige frontseitige Glasscheibe 1, auf deren Rückseite eine Farbschicht 3 aufgebracht ist. Die Farbschicht 3 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel wie die Glasscheibe 1 eine rechteckförmige Außenkontur auf, ist in diesem Ausführungsbeispiel jedoch etwas kleiner als die Umrandung der Glasscheibe 1 gewählt. Die Farbschicht 3 kann, wie dargestellt, ähnlich einer Tastatur eines Telefons die Ziffern 1 bis 0 und die Zeichenelemente # * aufweisen. Zusätzlich sind im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 zwei dreieckförmig gestaltete Buchstabentasten 3x, 3y vorgesehen. Der Farbaufdruck kann beispielsweise so sein, dass die einzelnen Tastenelemente 3a bis 3z rot gestaltet sind mit schwarzem Aufdruck der einzelnen Ziffern beziehungsweise Buchstaben beziehungsweise Figuren, während der verbleibende Bereich beispielsweise weiß gehalten ist. Allerdings sind beliebige Farbkonstellationen hier möglich. The arrangement has a preferably heat-resistant glass pane 1 on the front, on the back of which a color layer 3 is applied. In the exemplary embodiment shown, the color layer 3 , like the glass pane 1, has a rectangular outer contour, but in this exemplary embodiment it is selected to be somewhat smaller than the border of the glass pane 1 . The color layer 3 can, as shown, have the digits 1 to 0 and the character elements # *, similar to a telephone keypad. In addition, two triangular letter keys 3 x, 3 y are provided in the embodiment of FIG. 1. The color print can for example be such that the individual key elements 3 a to 3 z are decorated in red with black print of each item or letters or figures, while the remaining portion is held, for example white. However, any color constellation is possible here.
Das Bedrucken der Glasscheibe 1 erfolgt vorzugsweise mittels Siebdrucktechnik. Andere Bedruckungstechniken sind ebenfalls möglich. Sofern die Rückseite der Glasscheibe 1 zu glatt für einen Farbaufdruck ist, wird die Rückseite der Glasscheibe 3 aufgerauht, um die Haftung der Farbschicht 3 zu erhöhen. Dieses Aufrauhen kann chemisch durch Anätzen oder mechanisch durch Mattieren erfolgen. Es muss lediglich sichergestellt sein, dass die Farbschicht 3 gut auf der Rückseite der Glasscheibe 1 haftet. The glass pane 1 is preferably printed using screen printing technology. Other printing techniques are also possible. If the back of the glass sheet 1 is too smooth for color printing, the back of the glass sheet 3 is roughened to increase the adhesion of the color layer 3 . This roughening can be done chemically by etching or mechanically by matting. It only has to be ensured that the color layer 3 adheres well to the back of the glass pane 1 .
Die Rückseite der Farbschicht 3, also die der Glasscheibe 1 abgewandte Fläche der Farbschicht 3 wird vorzugsweise ebenfalls aufgerauht, um die nachfolgend aufzubringende Schicht besser haften zu lassen. Dieser Aufrauhvorgang kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die rückseitige Fläche der Farbschicht 3 mit Bimsmehl geschliffen wird. The back of the color layer 3 , that is to say the surface of the color layer 3 facing away from the glass pane 1 , is preferably also roughened in order to allow the layer to be subsequently applied to adhere better. This roughening process can be done, for example, by grinding the rear surface of the color layer 3 with pumice powder.
Auf diese vorzugsweise aufgerauhte Farbschicht 3 wird mittels Siebdruck ein Haftmittel, vorzugsweise ein APLD-Harz, wie es aus der EP 858725 B1 bekannt ist, aufgetragen. Das Aufbringen dieser Haftschicht, die vorzugsweise eine Harzschicht ist, erfolgt bei Raumtemperatur in einem klimatisierten und staubentsorgten Raum. Nach dem erfolgten Aufbringen wird diese Harzschicht getrocknet. Vorzugsweise werden die hierbei mit dem Harz beschichteten Glasplatten über ein Förderband in eine Lichtbestrahlungskammer, die ultraviolettes Licht ausstrahlt, geschickt. Der dabei zurückgelegte Verfahrweg der Glasscheiben sollte vorzugsweise mehrere Minuten, zum Beispiel zwölf Minuten dauern, damit das Harz ausdünsten kann. Die UV-Lichtbestrahlung erfolgt in einer Bestrahlungskammer bei etwa 60 Grad Celsius. An adhesive, preferably an APLD resin, as is known from EP 858725 B1, is applied to this preferably roughened ink layer 3 by means of screen printing. This adhesive layer, which is preferably a resin layer, is applied at room temperature in an air-conditioned and dust-free room. After the application, this resin layer is dried. The glass plates coated with the resin are preferably sent via a conveyor belt into a light irradiation chamber which emits ultraviolet light. The travel distance of the glass panes should preferably take several minutes, for example twelve minutes, so that the resin can evaporate. The UV light irradiation takes place in an irradiation chamber at around 60 degrees Celsius.
In Fig. 2 ist die Glasscheibe 1 mit aufgedruckter Farbschicht 3 und anschließend aufgebrachter Harzschicht 5a dargestellt. In Fig. 2, the glass sheet 1 is shown with printed color layer 3 and then applied resin layer 5 a.
Im Unterschied zu Fig. 1 ist die Harzschicht mit dem Bezugszeichen 5a bezeichnet, weil auf diese Harzschicht 5a, die eine erste Teilschicht bildet, eine weitere Harzschicht 5b (vergleiche Fig. 3) aufgebracht wird. In contrast to FIG. 1, the resin layer by the reference numeral 5 a denotes because this resin layer 5 a, which forms a first part layer, another resin layer 5 b is applied (see FIG. 3).
Diese weitere Harzschicht 5b bildet mit einer darüberliegenden Leiterbahnenschicht 7, zum Beispiel eine Kupferschicht, eine vorgefertigte Einheit und wird mittels Laminiertechnik auf die untere Teilschicht 5a auflaminiert. Das Auflaminieren erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur > etwa 100 Grad Celsius und < etwa 130 Grad Celsius. Vor dem Auflaminieren dieser aus der zweiten Teilschicht 5b und der Kupferschicht 7 bestehenden Doppelschicht wird die Glasscheibe 1 samt aufgebrachten Farbdruck 3 und erster Teilschicht 5a vorgewärmt auf ca. 50 bis 60 Grad Celsius. This further resin layer 5 b forms a prefabricated unit with an overlying conductor track layer 7 , for example a copper layer, and is laminated onto the lower sub-layer 5 a by means of lamination technology. The lamination is preferably carried out at a temperature> about 100 degrees Celsius and <about 130 degrees Celsius. Before this double layer consisting of the second sub-layer 5 b and the copper layer 7 is laminated on, the glass pane 1 together with the applied color printing 3 and the first sub-layer 5 a is preheated to approximately 50 to 60 degrees Celsius.
Dieser Auflaminiervorgang der aus den Schichten 5b und 7 bestehenden Doppelschicht auf die erste Teilschicht 5a ist auch aus der bereits erwähnten EP 858725 B1 bekannt. Insoweit wird zum Zwecke der Offenbarung ausdrücklich auf dieses Dokument Bezug genommen. Dort wird allerdings weder eine Glasscheibe noch eine Farbschicht mit einer Haftschicht in Verbindung gebracht. This lamination process of the double layer consisting of layers 5 b and 7 onto the first sub-layer 5 a is also known from the already mentioned EP 858725 B1. In this respect, reference is expressly made to this document for the purpose of disclosure. There, however, neither a glass pane nor a layer of paint is associated with an adhesive layer.
Im nächsten Schritt (vergleiche Fig. 4) wird die Leiterbahnenschicht 7 in konventioneller Weise strukturiert, um einzelne Leiterbahnen und/oder Sensorelektroden oder dergleichen zu bilden. Die Strukturierung erfolgt mittels Fototechnik oder Siebdrucktechnik und anschließendem Ätzvorgang. Nach dem Ätzen der Leiterbahnenschicht 7 wird bevorzugt ein Lötstopplack 9 auf die geätzten Leiterbahnen und/oder Sensorelektroden mittels Siebdruck und/oder Fotostrukturierung aufgetragen. Anschließend werden die freien Leiterflächen lötfähig gehalten, was beispielsweise mittels einem bekannten chemischen SN-Verfahren geschehen kann. In the next step (cf. FIG. 4), the conductor track layer 7 is structured in a conventional manner in order to form individual conductor tracks and / or sensor electrodes or the like. The structuring takes place by means of photo technology or screen printing technology and subsequent etching process. After the etching of the conductor track layer 7 , a solder resist 9 is preferably applied to the etched conductor tracks and / or sensor electrodes by means of screen printing and / or photo structuring. The free conductor surfaces are then kept solderable, which can be done, for example, using a known chemical SN method.
Es hat sich herausgestellt, dass bei einem anschließenden Bestücken dieser Leiterbahnen mittels bekannter Löttechnik darauf geachtet werden muss, dass die Glasscheibe 1 nicht zu Bruch geht aufgrund der hohen Temperaturbelastung. Zur Vermeidung dieses Problems und zum Schutz der Glasplatte 1 wird vorzugsweise die gesamte Sandwichanordnung, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, vorgewärmt, so dass die Temperaturbelastung beim Lötvorgang auf ein Minimum reduziert wird. It has been found that when these conductor tracks are subsequently fitted using known soldering technology, care must be taken to ensure that the glass pane 1 does not break due to the high temperature load. To avoid this problem and to protect the glass plate 1 , the entire sandwich arrangement, as shown in FIG. 4, is preferably preheated, so that the temperature load during the soldering process is reduced to a minimum.
In der Seitenansicht von Fig. 1 ist die fertig bestückte
Anordnung dargestellt. Zur Verdeutlichung sind hier Bauelemente 20
auf die entsprechenden Lötpunkte der Leiterbahnenschicht 9
aufgelötet gezeichnet. Darüber hinaus ist auch ein Steckverbinder
22 dargestellt, der unmittelbar auf die Leiterbahnenschicht 9
aufgelötet sein kann, so dass externe Schaltungskomponenten an
diesen Steckverbinder angeschlossen werden können.
Bezugszeichenliste
1 Transparente Frontplatte, Glasscheibe
3 Farbaufdruck, Farbschicht
3a. .3z Tastaturelemente
5 Haftschicht, Harzschicht
5a Erste Haftteilschicht
5b Zweite Haftteilschicht
7 Leiterbahnenschicht
9 Lötstopplackschicht
20 Elektrische Bauelemente
22 Steckverbinder
In the side view of Fig. 1, the fully assembled arrangement is shown. For clarification, components 20 are drawn here soldered onto the corresponding soldering points of the conductor track layer 9 . In addition, a connector 22 is also shown, which can be soldered directly onto the conductor track layer 9 , so that external circuit components can be connected to this connector. LIST OF REFERENCE SIGNS 1 transparent front plate, glass pane
3 color print, color layer
3a. .3z keyboard elements
5 adhesive layer, resin layer
5 a First adhesive part layer
5 b Second adhesive layer
7 conductor track layer
9 layer of solder resist
20 Electrical components
22 connectors
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