DE2524437B2

DE2524437B2 - Schalttafelstruktur einer kapazitiv gekoppelten tastatur

Info

Publication number: DE2524437B2
Application number: DE19752524437
Authority: DE
Inventors: Jon Edward Cary N.C. Fox (V.St.A.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-06-14
Filing date: 1975-06-03
Publication date: 1977-07-28
Also published as: DK268175A; GB1473976A; CH584425A5; DE2524437C3; NL181390B; SE402397B; NL7506648A; US3921167A; ES438448A1; JPS51656A; YU147375A; FR2280295B1; SE7506085L; FR2280295A1; DE2524437A1; JPS5630574B2; DK142718B; BE829203A; BR7503747A; CA1030662A

Description

Diese Erfindung betrifft die Schalttafelstruktur einer kapazitiv gekoppelten Tastatur mit auslenkbaren, an ihrem unteren Ende ein elektrisch leitendes Koppelglied

aufweisenden Tasten und einer mit Abstand unterhalb der Kcppelglieder angeordneten Schahungstafel, die in einer Schaltungsanordnung als Kopplungsstelle dekkungsgleich zu jedem Koppelglied in einer Ebene wenigstens zwei voneinander isolierte, nahe nebeneinänderliegende Flächenelektroden aufweist, von denen die eine als Speiseelektrode an einer Wechselspannung liegt und die andere als EsripfangseSektrode mit einem Verstärker verbunden ist, wobei alle Flächenelektroden der Schaitungstafel und deren Verbindungsleitungen vorzugsweise ein Matrixsystem von Kopplungsstellen bilden.

Derartige Schalttafelstrukturen sind zweckinäßigerweise ein Bestandteil von kapa?itiv §·.'--gelten Tastaturen, insbesondere für tasterrbsdijnie T^räteder Daten- und Textverarbeitung, wie Revuen- und Schreibmaschinen, oiler Druck- uml cetimasdiinen zur Eingabe ven Schriftzeichen, !> .^n, Informationen und/oder Steuerungsbefehle

Es sind bereits kapazitive gekoppelte Tastaturen bekannt, bei denen das untere Ende der federnd auslenkbaren Tasten jeweils mit einem elektrisch leitenden, vorzugsweise scheibenförmigen Kopplungsglied bestückt ist In einem Abstand, der nur geringfügig größer ist als. die Auslenkhub einer Taste, ist unterhalb zj der Kopplungsglieder eine Schaltungstafel als Träger von Flächenelektroden und Verbindungsleitungen angeordnet Unter jedem Tasten-Koppelglied ist die Oberseite der Schaltungstafel mit einem Paar flächenhaften Elektroden belegt die voneinander isoliert nahe jo beieinander liegen und zueinander eine gerippe Küppe'kapssts! aufweisen. Von den paarweise angeordneten Elektroden ist eine, die nachfolgend als Speiseelektrode bezeichnet wird, mit einer Wechsel Spannungsquelle verbunden, die hochfrequente Signale liefert Die andere, als Empfangselektrode oezeichnete Flächenelektrode ist über eine Ausgangsleitung mit einem Verstärker, einem Detektor oder mit logischen Scha'1 kieisen verbundea Das Koppelglied einer Tas»e, die Speiseelektrode i:nd die Empfangselektrode bilden eine kapazitive Koppelstelle bzw. einen variablen Blindwiderstand, der elektrisch aus zwei in Reihe geschalteten verärsd !sehen Kondensatoren gebildet wird. In der Ruhestellung der Taste is; die Gesamtkapazität einer koopelsttile klein bzw. c»r Blindwiderstand hoch, und in der Auslem· stellung der betätigten Taste isi die Gesamtkapa/11.' relativ groß und der Blindwiderstand klein. Der kopplungssteile nachgeschaliete logische Schaiiungskfcisv oder Detektoren werden von den Kapazitätsänderungen bzw den Änderungen des Blmdwiderstandes beeinflußt

Bei den kapazitiv gekoppelten Tastaturen sind die Knnnlungsstellen vorzugsweise in Form einer Matrix angeordnet die aus M-Zeilen und N Spalten bestem. Su sind beispielsweise in Af-Zeilcn die Speiseelektroden und in /V-Spalter die EmpfangseleW ·. roden kreuzweise m !!einander verbundea

Als Stand der Technik ist bekannt:

Deutsche Offenlegungssdirift 19 40 554. Diese offenbart ein federnd auslenkbares Tastenelement für Eingabeeinrichtungen als Umwandler einer mechanischen Bewegung in ein elektrisches Signal. Bei diesem kapazitiven Tiste-ielement ist das auslenkbare Koppelglied an seiner Urwerseste isoliert und ist über zwei paraHelen, auf einer jchaltungstafel befestigten, als Elektroden dienenden Leiterstreifen angeordnet

Deutsche Offentegi<.igsschrift 22 47 972. Diese offenbart eine Abfühleinrichtung für eine Kapazitätsmatrix,

bei der die kapazitiven Kopplungsstellen zeilen- oder spaltenweise angesteuer· und entsprechend zeilen- oder spaltenweise auf das Vorhandensein von Ausgangssignalen abgetastet werden.

Deutsche Offenlegungsschrift 22 54 340. Diese offenbart ein kapazitives Tastenfeld und in einem Matrixsystem angeordnete kapazitive Speicherstellen.

Deutsche Offenlegungsschrift 23 37 670. Diese betrifft eine tastengesteuerte Dateneingabevorrichtung, deren nach Art einer Matrix in Zeilen und Spalten angeordnete Tasten ein elektrisches Signal beeinflussen.

US-PS 36 96 908. Diese betrifft eine kapazitiv gekoppelte Tastatur, bei der an einer Kopplungsstelle auf einer Schaltungstafel sich zwei stationäre Flächenelektroden befinden, von denen jede mit einem in Reihe geschalteten Schaltkreis verbunden ist

Zum besseren Verständnis der mit kapazitiven Tastaturen zusammenhängenden Technik sei auf die US-PS 37 86 497 verwiesen, in der Einzeih -iten der elektronischen Scha'tkreise er'äutert sind, die im Zusammenhang mit einer kapazM'v gekoppelten elektronischen Matrix-Tastatur verwenu<?t werden. Auch in der USA-Defensive Publication T 9 04 008 ist eine Verstärkerschaltung sowie die allgemeine Sc'-altung für eine kapazitive Matrix für die Benutzung mit einer kapazit^ r_en Tastatur beschrieben.

Bei den kapazitiven Tastaturen besteht die allgeme ne Forderung, die Schaltungsanordnung, insbesondere an den Kopplungsstellen, die Oberflächen der Kopplungsglieder und der Flächenelektrode vor Verschmut zung, Korrosion und Einwirkungen der Luftfeuchte sowie anderen Umwelteinflüssen zu schützen.

Besonder bei den in Matrixform ausgeführten Schaltungsanordnungen von kapazitiven Tastaturen ergeben sich Schwierigkeiten in der Leitungsführung zu den in den Kopplungsstellen auf der Oberseite einer Schaltungstafel paarweise angeordneten Fläcr-eneiektroden. Urn die Streukapazitäten und den Grundpegel der Kapazität einer Kopplungsstelle in eir«.r Schaltungstafel möglichst klein zu halten, ist man bestrebt, die Leitungen zu den Speise- und Empfangselektroden so zu führen, Jaß diese Leitungen einen möglichst großen Abstand zueinander aufweisen. Es ergeben sich jedoch dann Schwierigkeiten wenn bi ispieiswe:se m der Matrix-Schaltungsanordnung eine große Anzahl von Kr._4?.ungspunkten ^r Leitungen vorkommt. Die Vermeidung von Kreuzungen und die Lösung dieser Schwierigkeiten erfolgt im allgemeinen dadurch, daß die Leitungen auf den beiden Oberflächen einer Schalungsplatte angeordnet werden, wobei allerdings d;e Verbindungen zwischen Schaltungsteilen. ζ B. zu dun Flächenelektroden, durch innenplattierte Löcher erfolgen muß, die die Schaltungsplatte durchdringen. Diese Lciiüfig3führup.gEte'*^h"'k ·<« bei den sogenannten gedruckten Schaltungstafeln allgemein gebräuchlich.

Auf diese Weise ist es zwar möglich, sehr flache Strukturen ^ι or. Schai'ungsiafeln herzustellen, was bei Tasta;ureji irr^ er erstrebenswert ist doch ergeben sich große Herstellungskosten und häufig Fehler wegen der Schwierigkeiten, die bei der Herstellung guter innenplattserter Löcher und komplizierter Leitungsmuster auf beiden Seiten einer Schaltungstafel auftreten.

Es wäre Jeshalb eine wesentliche Verbesserung, wenn es möglich wäre, einerseits auf die innenplattierten Löcher und andererseits auf die Photoätz-Prozesse zu verzichten, die bei der Herstellung von gedruckten Schaltungstafeln eine Rolle spielen. Es ist klar, daß man um die Anordnung von Leitungen auf beiden Seiten

einer Schaltungstafel nicht herumkommt, wenn die Mx N-Matrix größer als 2 χ 2 Kopplungsstellen ir.t, und außerdem die M- und N-Leitungen zwecks Verbindung mit der übrigen Schaltungsanordnung an einen Rand der Schal'.ungstafel geführt werden müssen, da es nicht möglich ist, ohne Verwendung komplizierter-isolierter Leitungskreuzungen auszukommen. - ^J

Es ist die Aufgabe der'Erfindung,-eine ,verbesserte Struktur einer Sduuungstafel für <eine kapazitiv gekoppelte Tastatur zu schaffen, bei der die Schaltungsanordnung der Flächenelektroden und der Verbin dungsleitungen gegen Verschmutzung. Luftfeuehtig keitseinfluß und sonstigen Umwelteinwirkungen geschützt sind. Andere Forderungen bestehen darin, daß die vorstehend erwähnten Nachteile ur,<' !angel von bekannten Schaltungstafeln iür kapazitive Tastaturen weitestgehend vermieden sind, daß die zu einer Kopplungsstelle und den Anschlußflächen führenden Leitungen möglichst kreuzungsfrei und voneinander entfernt sind und sich vorzugsweise auf beiden Seilen einer dielektrischen Trennschicht erstrecken und daß die fertige Schaltungstafel eine möglichst kompakte Struktur und eine geringe Dicke aufweist. Eine sehr wesentliche Forderung besteht darin, daß die neue Schaltungstafel auf einfache Weise herstellbar und für die Massenfertigung geeignet sein muß und billig zu fertigen ist, wobei eine zuverlässige Leitungsverbindung gew ahrleistet sein muß.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost, daß die Schaltungstafel mehrschichtig ist und übereinanderliegend eine untere, eine mittlere und eine obere dielektrische Platte enthält, daß in den beiden Ebenen zwischen den drei Platten elektrisch voneinander isoliert eine erste und eine zweite Schaitungsanordnung eingebettet sind, die jeweils die Flächenelektroden, die Verbindungsleitungen und die Anschlußflächen enthalten; daß für jede Kopplungsstelle der Tasten in der ersten Schaltungsanordnung jeweils ein erstes Paar Flächenelektroden und in der zweiten Schaltungsanordnung deckungsgleich ein zweites Paar Flächenelektroden vorgesehen sind, daß ein erstes Paar Flächenelektroden aus einer mit einer Wecl seispannungsquelle verbundenen Speiseelektrode und einer Kopplungselektrode besteht, ein zweites Paar Flächenelektroden wenigstens aus einer mit einer Ausgangsleitung verbundenen Empfangselektrode und einer Blindelektrode oder einem Füllstück besteht, und daß die Flächenelektroden so angeordnet sind, daß einerseits die Speiseelektroden und die Biindelektroden und andererseits die Kopplungselektroden und die Empfangse'ektroden übereinander liegen.

Bei der erfindungsgemäßen Schalttafelstruktur für eine kapazitiv gekoppelte Tastatur sind die in der Aufgabenstellung erwähnten Forderungen, insbesondere diejenige, daß die Leitungsverbindung durch plattierte Löcher in der Schalttafel vermieden werden soll, dadurch erfüllt, daß die einzelnen Kopplungsstellen aus zwei flächenhaften Elektrodenpaaren gebildet werden, die getrennt durch ein dielektrische Folie in zwei Schichten deckungsgleich u. _-r inander liegen.

Die Reihenkapazität einer KOp₁. jngsstelle setzt sich aus zwei veränderlichen Kapazitäten und siner festen Kapazität zusammen. Eine erste veränderliche Kapazität besteht zwischen der Speiseelektrode und dem Koppelglied, die zweite veränderliche Kapazität besieh! zwischen dem Koppelglied und der Kopplungselektrode und die feste Kapazität besteht zwischen der koppelelekirode und der Empfangselektrode. Die feste Kapazität zwischen der Speiseelektrode und der Blifdelektrode hat einen vernachlässigbaren kleinen Einfluß auf die Kopplungsstelle. Die Blindelektrode kann deshalb'in der Tafelstruktur auch ein elektrisch nichtleitendes Dist:<nzstück sein, dessen Zweck' darin besteht, die Herstellung einer planen Schaltungstafel zu 'ermöglichen.

' =s' '■ Die 'erste und die zweite Schaltungsanordnung, die 'jeweils.die" Etek'trodenpaare, die 'Verbindungsleitungen

in und die zung^nformigrn Anschlußflächen enthalten liegen übereinander in zwei verschiedenen Ebenen und sie sind durch die mittlere Platte, welche beispielsweise eine Folie sein kann, voneinander isoliert. Die beiden Schaltungsanordnungen haften zweckmäßiger weise auf

is den zueinander zeigenden Seiten der oberen und unteren Platte als spiegelbildliche Muster der Flächen elektroden Zur Herste ing einer kompakten Schaltta felstruktur wc Jen die Deiden äußeren Platten unter Beifügung der minieren Trennfolie zusammengefügt. Es

zo ist je ' tuch möglich, die be'den Schahungsanordnungen <iuf beiden Seiten er mittleren Platte anzubringen, so daß die Flächenetektroden deck ings gleich übereinanderliegen

Die beiden Schaltungsanordnung en in einer Schaltungstafel können mittels eines Druckverfahrens unter Verwer> .mg von leitender Farbe auf die isolierende Platten oder Folien aufgebracht werden, oder auch durch ein lithographisches Verfahrer bei dem die Flächeneiektroden. die Leiteroahnen urd die zungen-

«> förmigen Anschlußflächen aus e:ner platt erten Kupferschicht geätzt werden.

Weitere Einzelheiten über die erfinüungsgemäße Struktur einer Schaltungstafel für kapazitiv gekoppelte Tastaturen werden nachstehend in einem Ausführungs

vs beispiel anhand von Zeichnungen beschriebei Von den Zeichnungen stellen dar F i g. IA die auf eine Isolierplatte aufgebrachte erste Schaltungsanordnung einer kapazitiven Matrix -Tastatur.

Fig. IB eine zweite bis auf die Anschlußllächen spiegelbildliche Schaltungsanordnung des ersten ?chaltungsmusters gemäß 1A.

F i g. 2 in einer vergrößerten und auseinandergezogenen schernatischen Abbildung den Querschnitt durch d.^;e »Sandwich«-Struktur der Schaltungstafel, die sich beim Zusammenbau de^r die Schaltungsanordnungen tragenden Platten gemäß den Fig.IA und IB mit einer Zwischenisolation ergibt.
Die Fig.iA zeigt eine flexible Schaltungsplatte,

deren Isolierplatte 1 vorzugsweise aus dünnen dielektrischem Kunststoffmaterial« beispielsweise einer Folie von 0.05 mm Dicke besteht Auf einer Oberflächenseite der dünnen Isolierplatte 1 ist eine Anzahl von gedruckten oder geätzten, elektrisch leitenden ersten Flächeneiektroden 2 und 3 koplanar angeordnet wobei jeweils ein Paar Flächeneiektroden der Kopplungsstelle einer Taste zugeordnet sind Ein derartiges erstes Paar Flächeneiektroden 2,3 wird aus einer Speiseelektrode 2 und einer Kopplungselektrode 3 gebildet die, wie die Fig.IA zeigt die gleiche rechteckige Flächenform aufweisen und voneinander isoliert sind, jedoch nahe beieinander liegen. Di? Speiseelektroden 2 sind durch Leiterbahnen 4. die sich vorwiegend in Längsrichtung bzw. vertikaler Richtung der Isolierplatte I erstrecken, untereinander verbunden und sie bilden im montierten Zustand in einer Schaiüingssnainx Reihen nnd Spalten (M. /VJL Die Leiterbahnen 4 sind einzeln mit zungenförmigen Anschlußflächen 5 verbunden, die an einem Rand

7 ^v 8

der Isolierplatte ! angeordnet angeordnet sind. Wie aus für die Schaltungsanordnung von bereits als Muster

, .der Fi g. 1A weiter zu ersehen ist, sind die Xopplungs- gefertigten Schaltungstafeln wurde eine Drucktechnik

> ,"elektroden 3 nicht initeinander verbunden, sondern sie angewandt unter Verwendung von Silbertinte als

£r bilden isolierte Inseln inrder ersten Sdialtungsanord- Leitmatcrial. Eine derartige Drucktechnik ist einfacher

',\nung. ' ■ Ί . '·Λ ■ 5 und weniger teuer als die bekannten Photoatz- bzw.

* V-Dieses Ausführungsbeispiel der'Struktureiner mehr- Me'tallplattierungs-Verfahren. ■ *

schichttu^n~ Schaltungstafcl "enthält gerriäQ^F ig. 2 eine Wie eingangs bereits erwähnt wurde undVie aus der

\~i- ' ''^t Matrix·-Vcn .in 'zwei ί Ebenen liegenden bersten -und Fig.2.;/.u ersehen ist, enthält die fertige mehrschichtc

^f£? '" zweiten Paaren von Flächerielektroden"^ 3 und 2', 3', ' Schallungstafel in ihrer Struktur eine obere; eine

die durch die mutiere dielektrische PIdUt 6 vi nunander io mittlere und eine untere Isolierplatte 1. 6,ίΓ. Es ist

pptrcnni. kapa/ 'iv miteinander ^.koppelt und Oie in zwtikrr.aßig wenn diese drei Isolierplatten. insbesonde

der oberen Lbene hegende erste Schallungsanordnung. re die obere und die miniere, gute dielektrische

welch«· die ersten Paare von Flachene'ek iroden 2. i und Eigenschaften aufweisen. Die mittlere Isolierplatte 6

die Verbindungs.eitungen 4 sowie Anschlußflachen 5 dient dls dünne Trennschicht der unm.iielbar an beiden

enthalt, sind beispielsweise den /Vf-Zeilen der Schal- 15 Oberflächenseiten aneinanderliegenden ersten und lungsmatrix zugeordnet. In der Matrix sind M und N zweiten Schaltungsanordnungen. Diese mutiere Isolier-

gan/e Zahlen Die kapazitiv·.- Kopp¹ ingssiellc jeder platte 6 ist /wcckmäßigerweise eine Folie, die die beiden

Tas'e ir der Tastatur wird ;..-s einem ersten und einem Schaltungsanordnungen vollständig überdeckt

zweiten Paar Flächcnclektroden 2 Ϊ und 2\ 3'gebildet In diesem Ausfuhrungsbeispiel ist. wie die F 1 g. 2

wobei das ersic Llektrodenpaar 2. 3 in einer der 20 zeigt die erste Schaltungsanordnung aul Ii Unterseite

M Zeilen der Manu enthalten ist und das /- '■ ■ der oberen Isotierplatte 1 angeo^r Inet und die zweite Elektrodenpaar 2,3 in einer der N- Spalten. spiegelbildliche Schaltungsanordnung befindet sich auf In Fig. IB ist eine /weite Schalungsplatte I' mit der Oberseite der unteren Isolierplatte 1. Es ist gunstig,

einer spiegelbildlichen /weiten Schaltungsanordnung wenn in dieser Schalltafelstruktur eine der äußeren

der in Fig. IA abgebildeten ersten <haltungsanord- 25 Isolierplatte !oder I starr und die andere flexibel ist

nung dargestellt Diese /weite Schaltungsanordnung so daß sich die flexible Platte an die Unebenheiten der

nach F1 g. 1B enthält /weite Paare von Flächenelektro- Oberflacr-e der starren Isolierplatte anschmiegen kann,

der 2' und 3'. die deckungsgleich zu den ersten Paaren In diesem beschriebenen Ausführungsbeispiei ist die

von Flächenelektroden 2.3 der ersten Schaning>anord untere Isolierplatte Γ ziemlich starr, da sie als

nung sind lcdes Paar der /weiten Flacheneiektroden 2'. 30 Trägerptaue Hient. die mittlere Folie 6 und die obere

3'besteht aus gleichen Elekirodenflächen. von denen die Isolierplatte I sind hingegen flexibel. Im fertigen

eine als Blindelektrode 2' und die andere als Zustand ist die abgebildete mehrschichtige Schaltungs-

Empfangselektrode 3' bezeichnet wird Die Blindelek- tafel stabil und sie hat nur eine geringe Dicke,

troden 3' bilden auf der Isolierplatte Γ. bzw in der Die Isolierplatten 1, Γ und 6 der kapazitiven

zweiten Schaltungsanordnung isolierte Inseln und sie 35 Schaltungstafel sind, wie die F1 g. 1A und 1B zeigen, mit

dienen lediglich als Distanzelemente, damn bei der Passungslöchern versehen, die die genaue Ausrichtung

fertigen Schaltungstafei eine plane Oberfläche erreicht der !sollerplatten und der Schaltungsanordnung erleich-

wird. Ansielle der Blmdelektroden 3' sind auch tern Zur Bildung der Schaltungstafel werden die beiden

elektrisch nichtleitende Distanzstücke verwendbar. In Isolierplatte! 1. 1'. welche jeweils Hälften der

der zweiten Schaltungsanordnung nach Fig. IB sind die 40 Schallungstafel bilden, unter Beifügen der mittleren

einzelnen Empfangselektroden 3 durch Leiterbahnen 4 dielektrischen Folie 6 aneinandergefügt, so daß die

untereinander verbunden, welche sich vorzugsweise in beiden Schaltungsanordnungen unmittelbar einander

horizontaler Richtung auf der Isolierplatte !'erstrecken. gegenüberliegen und lediglich durch die dielektrische

Diese Leiterbahnen 4 bi'ien bei einer fertigen Folie 6 voneinander getrennt sind. Die beiden Schaltungstafel in der Schaltungsmatrix Zeilen oder 45 Schaltungsplatlen werden so aufeinandergelegt, daß die Spalten, die zu zungenförmigen Anschlußflächen 5 am «ml Λ bezeichneten Kanten zueinander ausgerichtet Rand der Schaltplatte geführt sind. Da die Blindeleklro- sind. Die sich dadurch ergebende Struktur der

den 2' nicht angeschlossen sind, ist die Situation in der Schaltungstafel ist schematisch in F i g. 2 als eine

zweiten SU uiiungsanordnung also genau umgekehrt zu auseinandergezogene Schnittansicht dargestellt

der in Fig. IA gezeigten ersten Schaltungsanordnung. 50 Die so gebildete »Sandwich«-Struktur de· Schal-

Die Isolierplatte 1' dieser Schaiiungspiatte. welche als lungstafel basteht also aus einer unteren stabilen

untere Hälfte der fertigen Schaltungstafei in diesem Isolierplatte I^- als Träger, die auf ihrer Oberseite m« der

Ausfuhrungsbeispiel nach F i g. 2 dient kann flexibel zweiten Schaltungsanordnung versehen ist. welche die \ I oder starr sein. Fails diese Isolierplatte 1' starr ist kann zweiten flächenhaften Elektrodenpaare 2', 3' enthält ί I sie als Träger der oberen flexiblen Schaltplatte dienen. S5 sowie die Leiterbahnen 4 und die zungenförmigen : I wobei dann die Dicke der unteren Isolierplatte Γ Anschlußflächen 5. Auf der zweiten Schattungsanord-F belanglos ist ^nun? ''⁶S* *e dünne Isolierschicht 6 und auf dieser die

I Die beiden Schaltungsplatten sind nach verschiede- erste Schaltungsanordnung, die auf der oberen Isolier-

nen bekannten Verfahren herstellbar, bei denen die platte 1 haftet Diese erste oder obere Schaltungsanord-

beiden Scha'tungsmuster dadurch erzeugt werden, daß 60 nung enthält die ersten flächenhaften Elektrodenpaare

z. B. die Leiterbahnen 4. die Flächenelektrodenpaare 2, 2, 3. die Leiterbahnen 4 und die zungenförmigen

h 1 3 und 2\ 3' sowie die zungenförmigen AnschluBflächen 5 Anschlußflächen 5. Im zusammengebauten Zustand der

g I mittels elektrisch leitender Tinte- oder Leitfarbe jeweils beiden Schaltplatten ist die folienförmige Isolierplatte 6

a. § auf eine Oberflächenseite der Isolierplatten I und 1' in Berührung mit den beiden Schaltplatten, welche nun

π 1 aulgedruckt werden. Die Erzeugung der ersten und ^h> eine Einheit und eine kompakte Schaltungstafel bilden,

η 1 zweitenSchaliungsrnuster ist auch mittelskonveniionel- in der Fϊg.2 ist abschnittsweise ein kleiner Teil der

r- 1 ler Photosätz-Techniken oder Metall-Plattierungsver- Schaltungstafel schematisch stark vergrößert und in

d I fahren möglich. Als bevorzugtes Herstellungsverfahren auseinandergezogener Darstellung abgebildet um eine

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bessere Übersicht über die Funktion und Struktur der kapazitiven Schaltungstafel zu erhalten. Die Fig.2 zeigt, daß in einem Abstand über der Schalt ngstafel ein elektrisch leitendes Koppelglied 7 an der Unterseite einer auslenkbaren Taste angeordnet ist. Durch nicht gezeigte M»'»el kann dieses Koppelglied 7 beim Anschlag einer Taste mit der Oberseite der (sotierplattc 1 in Berührung gebracht werden. Diese Annäherung des Koppdgliedes 7 bewirkt eine intensive kapazitive Kopplung zwischen den deckungsgleich darunurin-ger den ersten F.lektrodenpa ίγ 2, 3. von denen du- cm Elektrode als Speiseelektrode 2 und die andere als Kopp.ungselekirode J bezeichnet wird. Die flachenhaf te Speiseelektrode 2 ist über die leiterbahn 4 und die zungenförmige Anschlußfläche 5 mn einer Speisespannungsquelle 8 verbunden, welche Wcchsclsiromsignale liefert. Diese Wechielstromsignale werden kapazitiv bei ausgelenktem Koppelglied 7 zur benachbarten Koppel elektrode 3 überiragen. Bei einer kopplungsstelle besteht zwischen der Speiseelcki de 2 und dem Kopplungsglied 7 die veränderliche Kapazität Ci und zwischen dem Kopplungsglied 7 und der Kopplungselektrode 3 besteht die variable Kapazität (2.

Während die ersten flächenhaften Elektrodenpaare 2, 3, bestehend aus der Speiseelektrode 2 und der KopplungselektroHc 1. in diesem Ausführungsbeispiel in der oberen Zwischenschicht angeordnet sind, befinden sich die zweiten flächenhaften Elektrodenpaare 2', 3'. die jeweils aus einer Blindelektrode 2 und einer Empfangselektrode 3' gebildet werden, deckungsgleich zum ersten Elektrodenpaar 2. 3 in der unteren Zwischenschicht der Schaltungstafel. Dabei liegt über einer Blindelektrode 2' eine Speiseelektrode 2 und über einer Empfangselektrode T liegt eine Kopplungselektrode 3. Ei ,e Kopplungselektrode 3 und eine Empfangselektrode 3' bilden eine feste Kapazität C 3. die die Signale der Kopplungselektrode 3 auf die Empfangselektrode 3' koppelt. Die Empfangselektroden 3' sind über die Leiterbahnen 4 und die zungenförmigen Ai .gangsanschlüsse 5 mit Verstärkern 9 oder mit logischen Schaltungskreisen verbunden.

Diese deckungsgleiche Anordnung der ersten und zweiten flächenhaften Elektrodenpaare 2, 3 und 2', 3' einer Kopplungsstelle in zwei übereinanderliegenden Ebenen in der Schaltungstafel, die durch die dünne Isolierplatte 6 voneinander getrennt sind, ergibt eine Reihenschaltung von drei Kapazitäten Cl. C2 und C3. Die von der Wechselspannungsquelle 8 in eine Speiseelektrode 2 des ersten Elektrodenpaares 2, 3 gelieferten Signale werden durch das Koppelglied 7 Ober die veränderbare Kapazität Ci zur Kopplungselektrode 3 des ersten Elektrodenpapres 2, 3 übertragen, die mit dem Koppelglied 7 eine zweite veränderliche Kapazität C2 bildet Die beiden Kapazitäten C1 und Cl sind praktisch gleich groß und sie haben ihren Maximalwert, wenn das Koppelglied 7 auf der Oberseite der isolierplatte 1 anliegt Die dritte unveränderliche Kapazität C 3 besteht zwischen der Kopplungselektrode 3 und der Empfangselektrode 3', die lediglich durch das Dielektrikum der folienförmigen Isolierplatte 6 voneinander getrennt sind. Eine wie C3 gleich groß, feste Kapazität CA besteht auch zwischen der Speiseelektrode 2 und der BlindelektrocL 2¹. Diese Kapzkit CA wird bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch nicht benötigt

* mittlere Isolierplatte 6 wird vorzugsweise eine e!-·---irische Kunststoffolie verwendet, die auf beiden Seite" ;nit Klebstoff versehen wird. Durch diese Klebewirkung haften nach dem Zusammenbau die drei Isolierplatten 1, 6, Γ und die beiden spiegelbildlichen Schaltungsanordnungen mit den einander entsprechenden flächenhaften Elektroden 2 und 2' bzw. 3 und 3' gut

aneinander. Nach der Aushärtung des Klebstoffes; sind die beiden aufeinanderliegender Schaltungsplatlcn fest miteinander verbunden und sie bilden eine kapazitive Schaitungstafel mit einer mehrschichtigen Struktur. Die derart zusammengesetzte Schaltungstafel stellt i eine

to dünne, hc seit g polierte ,juiinetriMhc Schal'mgsanordnunj. dar. lie in zwei Zwiscb ns' ^ki, Sien der Sch.iitungstafci eingebettet ist u J lit A -chselspan nungssignale von den fcinganisanschli, »·η zu den Ausgdngsansthlussen leiten ka ι. wenn ein Kopneiglied 7 in gecgnetei We^e in die Nähe eines Paarc^ der Elektroden 2, ί bzw 2', J' gebracht wird Diese mehrschu htigt Schaltungstafel kann auch flexibel hergestellt werden, falls es fur den Anwendungsfall zweckmäßig ist. wenn die drei Isoherplaiten t, Γ und 6 aus einem felxi^'en Material bestehen

Nach dem Z isammensetzen de jrei Isoiierplatten 1, 1' und b /u einer »Sandwichw-Strukturder Schaltungstafel wird zwe< kmäßigerweise im Anschluß an die Verklebung durch Zusammenpressen der auHnander-

2s liegenden Isolierschichten I, Γ jeder Luft- und Feuch'igkeitsrest aus der mehrschichtigen Schalttafel struktur entfernt. Durch die Verwendung von Klebstoff auf beiden Seiten der mittleren isolierplatte 6 ergibt sich nach der Aushärtung des Klebstoffes eine versiegelte Struktur, bei der alle leitenden SchaUangsteile innerhalb des versiegelten Bereiches liegen. Ein besonderer Vorteil dieser aus mehreren Isolierschichten gebildeten Schaltungstafel besteht darin, daß keine galvanischen Verbindungen in den Isolierplat· * i, !',6 durch Löcher hindurchgeführt werden müssen. Durch die vorstehend beschriebene Schichtstruktur der Schaltungstafel wird die Notwendigkeit der Vf rwendung von innen plattierten Löchern vermieden und eine ein'ache, kostensparende Fertigungsweise erreicht.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel für eine mehrschichtige kapazitive Schaltungstafel wurden für die obere und die untere Isolierplatten 1 und 1' der Schichtstruktur eine Kunststoffolie von je 0,05 mm Dicke verwendet.

Die die Kapazitäten Ci. ..CA bildenden flächenhalten Elektroden 2, 2\ 3 und 3' sowie die Leiterbahnen 4 und die zungenförmigen Anschlußflächen 5 wurden, wie bereits erwähnt wurde, durch ein Druckverfahren mit einer silberhaltigen Leitfarbe hergestellt Für die Elektroden 2,2', 3 und 3' wurde jeweils eine Fläche in der GröSe 12, 5 χ 5 mm gewählt wobei jeweils ein Paar Elektroden 2,3 und 2', 3' nebeneinander auf einer Fläche on 123 auf 125 mm angeordnet waren bei einem Mittenabstand der Flächenelektroden von etwa

SS 183 mm.

Die in der F i g. 2 angedeuteten Kapazitäten CI und C2 sind von der Elektrodenfläche, der Dicke und die Dielektrizitätskonstanten der oberen Isolierplatte I und der Größe des Luftspaltes zwischen dem Koppelglied 7

und der Flächenelektrode 2, bzw. 3 abhängig. Wenn das Koppelglied 7 auf der Oberseite der Isolierplatte 1 aufliegt, dann beträgt die Gesamtkapazität der in einer Reihenschaltung angeordneten Kapazitäten Cl und C2 angenähert 11 pF. Wenn das Koppelglied 7 von der

Isolierplatte 1 abgehoben ist und sich die Taste in der Ruhestellung befindet, verbleibt eine Restkapazitäi von weniger als 1 pF für die Reihena Ordnung von Cl, C2. Die feste Kapazität C3. die die Signale von der oberen

Koppelelektrode 3 durch die mittlere Isolierplatte 6 auf die Empfcngseleklrode 3' übertrügt, hat eine Kapazität

von etwa 4 bis 5 pF. Da die feste Kapazität C 3 in Reihe

mit der Gesamtkapazität von Ct, C2 liegt, welche bei

rbetätigtef Taste etwa 11 pF beträgt, ergibt sich bei einem Tastcnanschlag eine Kapazitätsänderung von /angenähert 9 pF. Diese Kapazitätsänderung ist mehr als

• genug für eine zuverlässige Aussteuerung von Abtast- Iy und Treiberschaltungen, die auf Kapazitätsänderungen von weniger als einem pF ans; rechen.

Dse silberhaltige Leilfarbe. die zum Drucken der flächenhaften Elektroden 2, Ί und 3, 3' auf den beiden Isolierplatren 1 und 1' benutzt wurde, hatte einen Widerstand von etwa 2 Ohm. gemessen an einer quadratischen Fläche. Die gedruckte Fläche einer *₅ Elektrode nal somit einen relativ r -hen ohmschen Widerstandswert im Vergleich zur üblichen Leitungsverdrahtung durch Kupferlciter. die praktisch einen vernachlässigbaren kleinen Widerstandswert aufweist. Diese rela ν hohen ohmschen Widerstandswerte dieser gedruckten Schaltungsanordnungen stellen im Vergleich zu den kapazitiven Blindwiderständen dieser Schaltungsanordnung kein Problem dar. weil in der Schahungstafel keine Gleichströme fließen. Weil im Zusammenhang mit der beschriebenen kapnz'uivcn Kopplung Gleichströme keine Rolle spielen, ist der Einfluß dieses relativ hohen Reihenwiderstandes praktisch vernachlässigbar. Die ohmschen Widerstandswerte dieser gedruckten Schaltungsanordnungen können nur bei einer Übertragung von größeren Strömen an Bedeutung gewinnen. Bei der kapazitiven Schaltungstafel hingegen in der vorstehend beschriebenen Struktur, wo verhältnismäßig kleine Wechselströme flieHcn, hat fdieser reelle Widerstand keinen großenEinfluß auf den Scheinwiderstand der Schaltungsanordnung und ist praktisch vernachlässigbar.

Aus der vorstehenden Beschreibung des Aus^führungsbeispicles der Struktur einer mehrschichtigen kapazitiven Schaltungstafel ergibt sich, daß durch die Verwendung von nur drei Einzelteilen — von denen zwei mit Ausnahme ihrer Anschlüsse sich spiegelbildlich erisprechen — in den Isolierplatten der Schaltungstafcl innenplattierte Löchern zur Zwischenverbindung bzw zum Anschluß der Flächenelektroden vermieden wer den und daß eine zuverlässige kapazitive Schaltungstafel herstellbar ist, die außerordentlich einfach zu fertigen und kostengünstig ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

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Patentansprüche:

_v I. Schaktafelstruktur einer kapazitiv gekoppelten Tastatur mit auslenkbaren, an ihrem unteren Ende ein elektrisch leitendes Koppelglied aufweisenden Tasten und einer mit Abstand unterhalb der Koppeigiieder angeordneten Schaitungstaie!, die in einer Schaltungsanordnung als Kopplungsstelle deckungsgleich zu jed^m Koppelglied in einer ι ο Ebene wenigstens zwei voneinander isolierte, nahe nebeneinanderliegende Flächenelektroden aufweist, yon denen die etne äs Speseeicktrcde an eine! Wechselspannung liegt und die andere als Empfangselektrode mit einem Verstärker verbunden ist, wobei alle Fiächenelektroden der Schaltungstafe! und deren Verbindungsleitungen vorzugsweise ein Mamxsysteni von KoppeisteHcTi bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die SchaltungstaH mehrschichtig \\ und übereinanderliegend eine untere, eine mittlere und eine obere dielektrische Platte (1, 6, 1) enthält, daß in den beiden Ebenen zwischen den drei Platten (1, Γ, 6) elektrisch voneinander isoliert eine erste und eine zweite Schaltungsanordnung (2, 5) eingebettet ist, die jeweils paarweise angeordnete Fiächenelektroden (2,3 und 2\ 3% die Verbindungsleitungen (4) und die zungenfönriigen Anschlußfläcnen (5) enthalten, daß für jede Kopplungsstelle der Tasten in der ersten Schaltungsano JnungjewetlseinerstesPaarFIächenelektroden (2, 3) und in der zweiten Schaltungsanordnung deckungsgleich iszü π zweites Paar Flächenelektroden (2*, 3') verger ;hen sind, daß ein erstes Paar Flächenelektroden (2, i) aus einer mit einer Wechselspannungsquelle (8) \ jrbjndene Speiseelektrode (2) und einer Kopplungselektrode (3) besteht, daß ein zweites Paar Flächenelektroden (2*. 3') aus einer mit einer Ausgangsleitung (4) verbundenen Empfangselektrode (3') und einer Blindelektrode 'Tf) oder einem Füllstück besteht und daß die Flächenelektroden (2, 2* und 3, 3') so angeordnet sind, daß einernte eine Speiseelektrode (2) und eine Biindclekircxk _v., and andererseits eine Kopplungselektrode (3) und die F.mpfangselektrode (3') einander geger, jberliegen.
2. Schalttafelstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere als Trägerplatte vorgeM hrie Isolierplatte (Γ) stabil ist und daß auf diren >bersciie ein die zweiten Paare der Flächenelektroden (2', 3'), die Verbindungsleitungen (4) und Äungenförmigen Anschlußflächen (5) umfassendes zweites Schaltungsmuster angeordnet ist, daß die obere Isolierplatte (1) flexibel ist und daß auf derer Unterseil·· ein die ersten Paare der Flächenelektroden (2, 3) die Verbindungsle-.tungen (4) und Anschlub lachen (S) umfassendes zweites Schaltungsmuster angeordnet ist und daß die mittlere Isolierplatte (6) eine die beiden Schaitungsmuster überdeckende Folie ist.
3. Schalttafelstruktur nach einem der Ansprüche t oder 2, dadurch gekennzeichnet, daS sich die Verbindungsleitungen (4) zwischen den Flächenelektroden (2,1 und T, 3') und den Anschlußflächen (S) der einen Schaltungsanordnung vorwregend in horizontaler Richtung und in der anderen Schal- ** tungsanordnung vorwiegend in vertikaler Richtung sich erstrecken.
4. Schalttafelstruktur nach einem der Ansprüche 2

oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die untere und die obere Isolierplatte (I', I) deckungsgleich sind, daß die Schattungsmuster der Flächenelektrodenpaare (2, 3 und 2', 3') auf den Plaitenoberflächen zueinander spiegelbildlich angeordnet sind, und daß in den drei Isolierplatten (1, V, 6) Bohrungen zur gegenseitigen Ausrichtung der Isolierplatten vorgesehen sind
5. Schalttafelstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindungen gedruckte Leiterbahnen (4) vorgesehen sind, die bei beiden Isolierplatten (1, 1') jeweils an der gleichen Randseite in breitere zungenförmige Anschlußflächen (5) übergehen, daß diese Anschlußflächen (5) der beiden Schaltungsanordnungen an den Plattenrändern gegeneinander versetzt sind ind daß in den Piattenbereichen die AnschkiBfläehen (5) enthalten die benachbarte Isolierplatte entsprechend große Ausschnitte aufweist.
6. Schalttafelstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schaltungsmuster bildenden Flächenelektroden (2,3 und 3,3'). Leiterbahnen (4) und Anschlußflächen (5) aus mit Leitfähigkeitsfarbe gedruckten oder nach photolithographischen Ätzverfahren hergestellten leitenden Mustern bestehen.
7. Sch.ilitafelstru'.tur nach einem dtr Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Isolierptatten (1. *'.⁶) ^der Schaltungstafel luft- und feuchtigkeitsdicht miteinander verbunden sind.
8. Schalttafelstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis " dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelglieder (7) der auiienkbaren lasten gegenüber den Kopplungsstellen in eine Ruhe- und eine Auslenkstellung bringbar sind, derart, daß bei einer Koppiungsstelle deren Reihenkapazität (C 1... C 3) zwischen der Speiseelektrode (2) und der Empfangselektrode (3') in der Auslenk«tellung der Taste wesentlich größer ist als η des Ruhestellung der Taste.
9. Schalttafelstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Isnlierptatten (1, t\ 6) der Schaltungstafel angeordneter. Flächenelektroden (2, 3 ι nd 3, V) und die Verbindungsleitungen (4) im zusammengebauten Zustand eine M χ /V-Matrix mit M- Reihen und A/-Spalten bilden, die in zwei Ebenen übereinanderliegen. wobei Mund Nganze Zahlen sind, und daß die M-Reihen der Matrix mit der Wechselspannungsqueiie (S) und die N-Spalten mit je einer Aiisgangsfläch<* (5) verbunden sind
10. Schaluaielstruktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet daß die an der oberen tlexiblen isoiierpiane (i) naucmk-n 3f>t.icc!cl;".roder. {2} der ersten Flächentkktrodeipaare (2, 3) die *f Reihen der Matrix bilden, daß die an der unteren Isolierplatte (I) haftenden Empfangselektroden (J) der zweiten Elektrodenpaare [1, 3') die M-Reihen der Matrix bilden, und daß die Kopplungselektroden (3) und die Bltndelekiroden (2*) keine Anschlußleitungen aufweisen.