DE102014100803B4 - Method for manufacturing an electrode arrangement for a touch-sensitive capacitive input device and electrode arrangement and input device - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenanordnung (1) für ein berührungsempfindliches kapazitives Eingabegerät mit den folgenden Schritten:• Bereitstellen einer Gitteranordnung (1), die als Flächengebilde aus zwei Gittern ausgebildet ist, und die Gitteranordnung mehrere, wenigstens tangential entlang einer gemeinsamen Fläche angeordnete, gleichförmige, elektrisch leitende Elektrodenflächen (2, 3, 4, 5, 9, 10) aufweist und jedes Gitter mehrere über Leiterbahnen (6, 7, 12, 13) elektrisch leitend verbundene Elektrodenfläche (2, 3, 4, 5, 9, 10) aufweist und die Gitter zueinander isoliert sind;• Trennen jeweils zwei der Leiterbahnen (12, 13) pro Elektrodenfläche, so dass die Elektrodenflächen (2, 3, 4, 5, 9, 10) jedes Gitters der Gitteranordnung (1) lediglich reihenweise oder spaltenweise elektrisch verbunden sind; dadurch gekennzeichnet,• dass die jeweils elektrisch verbundenen Elektrodenflächen (2, 3, 4, 5, 9, 10) und die damit elektrisch verbundenen Leiterbahnen der bereitgestellten Elektrodenanordnung (1) einstückig ausgebildet sind; und• dass die elektrisch verbundenen Elektrodenflächen (2, 3, 4, 5, 9, 10) und die Leiterbahnen der bereitgestellten Gitteranordnung in einem vorhergehenden Ausstanzschritt aus Blech hergestellt sind.Method for producing an electrode arrangement (1) for a touch-sensitive capacitive input device, comprising the following steps:• Providing a grid arrangement (1), which is designed as a surface structure made up of two grids, and the grid arrangement has a plurality of uniform, at least tangentially arranged, has electrically conductive electrode surfaces (2, 3, 4, 5, 9, 10) and each grid has a plurality of electrode surfaces (2, 3, 4, 5, 9, 10) electrically conductively connected via conductor tracks (6, 7, 12, 13). and the grids are insulated from one another;• Separating two of the conductor tracks (12, 13) per electrode area so that the electrode surfaces (2, 3, 4, 5, 9, 10) of each grid of the grid arrangement (1) are only electrically connected in rows or columns are connected; characterized in that• the respectively electrically connected electrode surfaces (2, 3, 4, 5, 9, 10) and the conductor tracks of the provided electrode arrangement (1) electrically connected thereto are designed in one piece; and• that the electrically connected electrode surfaces (2, 3, 4, 5, 9, 10) and the conductor tracks of the grid arrangement provided are produced from sheet metal in a previous stamping step.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenanordnung für ein berührungsempfindliches kapazitives Eingabegerät (engl. Touchpad). Ein solches Eingabegerät kann einer Anzeigevorrichtung überlagert angeordnet sein, so dass das gesamte Eingabegerät auch als Touchscreen bezeichnet wird. Kapazitiv arbeitende, berührungsempfindliche Eingabegeräte ermitteln anhand der elektrischen Kapazität die Position des Fingers auf der Bedienfläche des Eingabegeräts und bestimmen somit zum Beispiel den Ort des Mauszeigers (engl. Cursors) auf einer dem Eingabegerät zugeordneten Anzeigevorrichtung. Dies kann durch verschiedene Bauweisen geschehen. Üblicherweise ist der Bedienfläche eine Anordnung (Array) von in Spalten und Reihen, also in Form eines Gitters, angeordneten Elektrodenflächen zugeordnet. Diese Elektrodenflächen sind mit wenigstens einer Isolierschicht überzogen, die die Berührung der Elektroden verhindert und das Gleiten des Eingabegerätes, wie beispielsweise des Fingers, über die Bedienfläche ermöglicht. Mit diesem Gitter ist eine Auswertelektronik elektrisch verbunden, die fortlaufend die Kapazität zwischen den Elektroden misst. Kommt man nun mit dem Finger, der - durch seinen Wassergehalt - ebenfalls eine Art Elektrode ist, in die Nähe dieser Anordnung, wird die Kapazität zwischen den Elektroden verändert. Dadurch kann die Position unabhängig von der Stärke des Drucks ermittelt werden. Nach Auswertung wird die Information beispielsweise als Cursorposition an einen Rechner weitergeleitet.The invention relates to a method for producing an electrode arrangement for a touch-sensitive capacitive input device (touchpad). Such an input device can be arranged superimposed on a display device, so that the entire input device is also referred to as a touch screen. Capacitive, touch-sensitive input devices use the electrical capacity to determine the position of the finger on the operating surface of the input device and thus determine, for example, the location of the mouse pointer (cursor) on a display device assigned to the input device. This can be done using different construction methods. An arrangement (array) of electrode surfaces arranged in columns and rows, ie in the form of a grid, is usually assigned to the control surface. These electrode surfaces are covered with at least one insulating layer, which prevents the electrodes from touching and allows the input device, such as a finger, to slide over the operating surface. Evaluation electronics are electrically connected to this grid and continuously measure the capacitance between the electrodes. If you now put your finger, which - due to its water content - is also a kind of electrode, close to this arrangement, the capacitance between the electrodes changes. This allows the position to be determined independently of the strength of the pressure. After evaluation, the information is forwarded to a computer, for example as a cursor position.
Es ist beispielsweise aus der
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren bereitzustellen, was die preiswerte Herstellung robuster Elektrodenanordnung für ein berührungsempfindliches kapazitives Eingabegerät ermöglicht, wobei insbesondere eine flexiblere Ausrichtung der Elektrodenflächen ermöglicht ist. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Anordnung des nebengeordneten Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.The object of the present invention is therefore to provide a method that enables the inexpensive production of a robust electrode arrangement for a touch-sensitive capacitive input device, with a more flexible alignment of the electrode surfaces being made possible in particular. This object is achieved by a method according to
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenanordnung für ein berührungsempfindliches kapazitives Eingabegerät weist die folgenden Schritte auf. In einem Bereitstellungsschritt wird eine Gitteranordnung bereitgestellt, die als Flächengebilde aus zwei Gittern ausgebildet ist. Die Gitteranordnung weist mehrere, wenigstens tangential entlang einer gemeinsamen Fläche angeordnete, gleichförmige, elektrisch leitende Elektrodenflächen auf. Die Elektrodenflächen weisen beispielsweise eine quadratische Form auf. In einer einfachen Ausgestaltung liegen die Elektrodenflächen in einer gemeinsamen Ebene. Der Begriff „wenigstens tangential“ soll beispielsweise eine ebene Formgebung aber auch eine gekrümmte, dem Verlauf der gemeinsamen Fläche entsprechende Formgebung der einzelnen Elektrodenflächen umfassen. Ferner meint eine tangentiale Ausrichtung eine gedachte Berührung der einzelnen Elektrodenfläche in deren geometrischem Mittelpunkt mit der gemeinsamen durch alle Elektrodenflächenmittelpunkte definierten Ebene.The method according to the invention for producing an electrode arrangement for a touch-sensitive capacitive input device has the following steps. In a provision step, a lattice arrangement is provided, which is designed as a flat structure made up of two lattices. The grid arrangement has a plurality of uniform, electrically conductive electrode surfaces arranged at least tangentially along a common surface. The electrode surfaces have a square shape, for example. In a simple configuration, the electrode surfaces lie in a common plane. The term “at least tangential” is intended to include, for example, a planar shape but also a curved shape of the individual electrode surfaces that corresponds to the course of the common surface. Furthermore, a tangential alignment means an imaginary contact of the individual electrode surface in its geometric center with the common plane defined by all electrode surface centers.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann neben den erfindungsgemäß gleichförmigen Elektrodenflächen auch ferner anders ausgebildete Elektrodenflächen umfassen. Beispielsweise weisen die am Rand der Elektrodenanordnung angeordneten Elektrodenflächen ein verringertes Flächenmaß auf und sind beispielsweise dreieckig ausgebildet. Die erfindungsgemäße Gitteranordnung definiert sich durch zwei elektrisch isolierte Gitter aus jeweils mehreren elektrisch verbundenen, gleichförmigen Elektrodenflächen. Bevorzugt sind die die Gitter, d.h. deren Elektrodenflächen alternierend angeordnet, so dass die räumlich nächstbenachbarten Elektrodenflächen, bevorzugt durch eine beabstandete Anordnung, isoliert zueinander sind mit ihren räumlich übernächst benachbarten und damit zum selben Gitter gehörenden Elektrodenflächen durch Leiterbahnen verbunden sind. Leiterbahnen im Sinne der Verbindung meint solche leitenden Abschnitte der Anordnung, die im Wesentlichen durch die Abmessung in Verlaufsrichtung geprägt sind und nur geringe, beispielsweise um den Faktor 1/2 oder geringere, Abmessung in der dazu orthogonalen Querrichtung aufweisen. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren ferner einen Trennschritt, bei dem jeweils zwei der Leiterbahnen pro Elektrodenfläche getrennt werden, so dass die Elektrodenflächen jedes Gitters entweder reihenweise oder spaltenweise elektrisch verbunden sind. Der Trennschritt stellt somit sicher, dass die zwei Gitter in Reihen und Spalten elektrisch aufgetrennt werden, um eine ortsauflösende kapazitive Berührdetektion durch die mit einer Auswerteinheit verbundene Elektrodenanordnung zu erreichen. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass vergleichsweise einfach und bei geringen Kosten die Elektrodenanordnung hergestellt werden kann. Auf eine Platine und insbesondere eine mehrlagige Platine kann gegebenenfalls verzichtet werden.In addition to the electrode surfaces which are uniform according to the invention, the arrangement according to the invention can also also comprise differently configured electrode surfaces. For example, the electrode surfaces arranged at the edge of the electrode arrangement have a reduced surface area and are designed, for example, triangularly. The grid arrangement according to the invention is defined by two electrically isolated grids each consisting of a plurality of electrically connected, uniform electrode surfaces. The grids, ie their electrode surfaces, are preferably arranged alternately, so that the next spatially adjacent electrode surfaces are insulated from one another, preferably by a spaced arrangement, and their next but one spatially adjacent electrode surfaces, which therefore belong to the same grid, are connected by conductor tracks. Conductor tracks in the sense of the connection means those conductive sections of the arrangement which are essentially characterized by the dimension in the direction of extension and only have small dimensions, for example by a factor of 1/2 or less, in the transverse direction orthogonal thereto. According to the invention, the method also includes a separating step, in which two of the conductor tracks per electrode area are separated in each case, so that the electrode areas of each grid are electrically connected either in rows or in columns. The separating step thus ensures that the two grids are electrically separated in rows and columns in order to achieve a spatially resolving capacitive touch detection by the electrode arrangement connected to an evaluation unit. The method according to the invention has the advantage that the electrode arrangement can be produced comparatively easily and at low cost. A circuit board and in particular a multi-layer circuit board can optionally be dispensed with.
Erfindungsgemäß sind die jeweils elektrisch verbundenen Elektrodenflächen und die damit elektrisch verbundenen Leiterbahnen der bereitgestellten Elektrodenanordnung einstückig ausgebildet.According to the invention, the respectively electrically connected electrode surfaces and the conductor tracks electrically connected thereto of the provided electrode arrangement are formed in one piece.
Erfindungsgemäß werden die elektrisch verbundenen Elektrodenflächen und die Leiterbahnen der bereitgestellten Elektrodenanordnung in einem zeitlich vorhergehenden Ausstanzschritt aus Blech hergestellt. Beispielsweise werden zwei Gitter aus mit Leiterbahnen verbundenen Elektrodenflächen aus Blech ausgestanzt, die beim nachfolgenden Bereitstellungsschritt zueinander so angeordnet werden können, dass die zugehörigen Elektrodenflächen bezüglich ihrer Blechzugehörigkeit alternierend ohne Berührkontakt und ohne Höhenversatz angeordnet werden.According to the invention, the electrically connected electrode surfaces and the conductor tracks of the provided electrode arrangement are produced from sheet metal in a temporally preceding stamping step. For example, two grids of sheet metal electrode surfaces connected to conductor tracks are punched out, which can be arranged relative to one another in the subsequent preparation step such that the associated electrode surfaces are arranged alternately with respect to their sheet metal membership without touching contact and without height offset.
Der Randbereich des Gitters ist gemäß einer Ausgestaltungsvariante jeweils mit Lötfahnen zur Befestigung an einer Platine versehen.According to one embodiment variant, the edge area of the grid is provided with soldering lugs for attachment to a printed circuit board.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens folgt dem Ausstanzschritt ein Prägeschritt zeitlich nach. Beispielsweise werden wenigstens die Leiterbahnschnitte eines der zuvor beschriebenen aus Blech gestanzten Gitter in einem Prägeschritt plastisches umgeformt. Beispielsweise weisen letztere nach dem Prägeschritt einen U-förmigen Verlauf auf.According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, the punching step is followed by an embossing step. For example, at least the conductor track sections of one of the above-described grids punched out of sheet metal are plastically deformed in a stamping step. For example, the latter have a U-shaped course after the embossing step.
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens werden pro Trennschritt wenigstens zwei Leiterbahnen getrennt. Beispielsweise sind die Leiterbahnen sich kreuzweise überlagernd angeordnet und werden nahezu gleichzeitig durchtrennt. Bevorzugt erfolgt das Trennen jeweils durch einen Stanzschritt. In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass in einem einzigen Stanzschritt durch ein entsprechend ausgestaltetes Stanzeisen sämtliche, zu trennenden Leiterbahnen getrennt.According to one configuration of the method, at least two conductor tracks are separated per separation step. For example, the conductor tracks are arranged in a crosswise superimposed manner and are severed almost simultaneously. The separation preferably takes place in each case by a stamping step. In one embodiment of the method, it is provided that in a single punching step, all conductor tracks to be separated are separated by a correspondingly designed punching tool.
Zur optimalen Raumausnutzung bei gleichzeitig maximal möglicher Abdeckung der Bedienfläche durch die gesamten Elektrodenflächen sind letztere gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung rautenförmig ausgebildet. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind sämtliche Elektrodenflächen bis auf diejenigen des Randbereichs der Elektrodenfläche rautenförmig ausgebildet.In order to make optimal use of space while at the same time having the maximum possible coverage of the operating surface by the entire electrode surfaces, the latter are of diamond-shaped design according to a preferred embodiment. According to a preferred embodiment, all of the electrode surfaces are rhombic except for those of the edge area of the electrode surface.
Die Erfindung betrifft ferner nicht nur das vorbeschriebene Herstellungsverfahren sondern auch eine nachfolgend beschriebene, nicht zwingend nach dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellte Elektrodenanordnung. Die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung ist als Flächengebilde aus zwei Gittern ausgebildet, die voneinander isoliert sind und gleichförmig ausgebildete Elektrodenflächen aufweisen. Die Elektrodenflächen jedes Gitters sind lediglich reihenweise oder spaltenweise verbunden, indem jeweils zwei der Leiterbahnen pro Elektrodenflächen getrennt sind. Die Reihen und Spalten sind jeweils als ein einstückiges Blechteil ausgebildet und die Elektrodenflächen sind wenigstens tangential entlang einer gemeinsamen Fläche angeordnet. Die Elektrodenflächen sind dabei aus den zuvor beschriebenen Gründen bevorzugt rautenförmig ausgestaltet.The invention also relates not only to the manufacturing method described above, but also to an electrode arrangement described below, which is not necessarily manufactured according to the method described above. The electrode arrangement according to the invention is designed as a flat structure consisting of two grids which are insulated from one another and have uniformly designed electrode surfaces. The electrode surfaces of each grid are only connected in rows or columns by separating two of the conductor tracks per electrode surface. The rows and columns are each formed as a one-piece sheet metal part and the electrode surfaces are arranged at least tangentially along a common surface. For the reasons described above, the electrode surfaces are preferably configured in a diamond shape.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind Leiterbahnen vorgesehen, die wenigstens teilweise außerhalb der gemeinsamen Fläche, die durch die Elektrodenflächen definiert ist, verlaufen. Beispielsweise sind diese U-förmig gekrümmt. Beispielsweise sind ausschließlich die Leiterbahnen der reihenweise elektrisch verbundenen Elektrodenflächen U-förmig gekrümmt oder alternativ sind ausschließlich die Leiterbahnen der spaltenweise elektrisch verbundenen Elektrodenflächen U-förmig gekrümmt.According to a preferred embodiment, conductor tracks are provided, which run at least partially outside the common area that is defined by the electrode areas. For example, these are curved in a U-shape. For example, only the conductor tracks of the electrode surfaces electrically connected in rows are curved in a U-shape, or alternatively only the conductor tracks of the electrode surfaces electrically connected in columns are curved in a U-shape.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die gemeinsame, durch die Elektrodenflächen definierte Fläche in wenigstens einer Richtung gekrümmt verläuft.According to a preferred embodiment, it is provided that the common surface defined by the electrode surfaces is curved in at least one direction.
Die Erfindung betrifft ferner ein berührungsempfindliches, kapazitives Eingabegerät mit einer Elektrodenanordnung in einer der zuvor beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen.The invention also relates to a touch-sensitive, capacitive input device with an electrode arrangement in one of the advantageous configurations described above.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen lediglich eine bevorzugte Ausführungsvariante dar. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung; -
2 eine perspektivische Detailansicht der Elektroanordnung zeitlich vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Stanzschritts; -
3 eine perspektivische Detailansicht der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Elektrodenanordnung.
-
1 a perspective view of the electrode assembly according to the invention; -
2 a perspective detailed view of the electrical arrangement before the implementation of the punching step according to the invention; -
3 a perspective detailed view of the electrode assembly produced according to the method according to the invention.
Die erfindungsgemäße und gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren hergestellte Elektrodenanordnung 1 weist ein Raster von in einer gemeinsamen Ebene angeordneten Elektrodenflächen 2, 3, 4, 5, 9, 10 auf. Die Elektrodenflächen 2, 3, 4, 5, 9, 10 sind rautenförmig und aus metallischem Blechmaterial hergestellt. Die Elektrodenflächen 2, 3, 4, 5, 9, 10 sind über Leitungsabschnitte, die in den Detailansichten der
Die der Elektrodenanordnung 1 zugrundeliegende Gitteranordnung ist im Detail in
Der Stanzschritt kann beispielsweise vor der Verlötung der Lötfahnen 14 der Anordnung 1 mit einer nichtdargestellten Platine aber auch nach der Verlötung erfolgen.The stamping step can take place, for example, before the soldering lugs 14 of the
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